DE102016206012B4

DE102016206012B4 - Verfahren zum Herstellen einer Bauteilverbindung

Info

Publication number: DE102016206012B4
Application number: DE102016206012.0A
Authority: DE
Inventors: Maik Hammer; Johann van Niekerk
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2016-04-12
Filing date: 2016-04-12
Publication date: 2023-11-23
Anticipated expiration: 2036-04-13
Also published as: DE102016206012A1

Abstract

Verfahren zum Herstellen einer Bauteilverbindung (1) mit folgenden Schritten:• Bereitstellen eines ersten Bauteils (2), welches aus einem ersten Material besteht und welches eine Ausbuchtung (2a) aufweist,• Bereitstellen eines zweiten Bauteils (3), welches aus einem zweiten Material, das sich von dem ersten Material unterscheidet, besteht, und welches eine Einbuchtung (3a) aufweist,• Aneinanderbringen der beiden Bauteile (2, 3), derart, dass die Ausbuchtung (2a) des ersten Bauteils (2) in die Einbuchtung (3a) des zweiten Bauteils (3) ragt,• Berührungsloses Verschweißen der beiden Bauteile (2, 3) im Bereich der in die Einbuchtung (3a) ragenden Ausbuchtung (2a) mittels einer Laserstrahlschweißeinrichtung (5), dadurch gekennzeichnet, dass• es sich bei dem ersten Bauteil (2) und bei dem zweiten Bauteil (3) jeweils um ein Blechbauteil handelt und die beiden Blechbauteile (2, 3) beim Aneinanderbringen übereinander angeordnet werden,• die Laserstrahlschweißeinrichtung (5) während des Verschweißens gepulst mehrfach ein- und ausgeschaltet wird und• die Laserstrahlschweißeinrichtung (5) so angesetzt wird, dass der Laserstrahl (6) auf dasjenige der beiden Bauteile (3) auftrifft, dessen Material den höheren Schmelzpunkt aufweist, wobei das Bauteil, dessen Material den höheren Schmelzpunkt aufweist, durchgeschweißt wird.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer Bauteilverbindung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
Ein derartiges Verfahren ist aus der US 6 441 335 B1 bekannt. Zum technischen Hintergrund der Erfindung zählen die US 6 163 011 A1 , EP 288 884 A1 , DE 696 02 553 T2 sowie die JP S63-203286 A.
Aufgabe der Erfindung ist es, zwei relativ zueinander positionierte Bauteile dauerhaft fest miteinander zu verbinden.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
Ausgangspunkt der Erfindung ist ein Verfahren zum Herstellen einer Bauteilverbindung oder, genauer gesagt, ein Verfahren zum Verbinden eines ersten Bauteils und eines zweiten Bauteils.
Ein bereitgestelltes erstes Bauteil besteht aus einem ersten Material und weist eine Ausbuchtung auf. Bei dem ersten Bauteil handelt es sich um ein Blechbauteil. Die Ausbuchtung kann z. B. die Form einer Kugelkalotte haben.
Ein bereitgestelltes zweites Bauteil besteht aus einem zweiten Material, das sich von dem ersten Material unterscheidet. Das zweite Bauteil weist eine Einbuchtung auf. Bei dem zweiten Bauteil handelt es sich ebenfalls um ein Blechbauteil. Die Einbuchtung kann ebenfalls kugelkalottenförmig gestaltet sein. Vorzugsweise ist die Ausbuchtung des ersten Bauteils komplementär in Bezug auf die Einbuchtung des zweiten Bauteils gestaltet.
Die beiden Bauteile werden derart aneinandergebracht dass die Ausbuchtung des ersten Bauteils (formschlüssig) in die Einbuchtung des zweiten Bauteils ragt. Dadurch sind die beiden Bauteile relativ zueinander positioniert.
Anschließend werden die beiden Bauteile im Bereich der in die Einbuchtung ragenden Ausbuchtung berührungslos verschweißt. Das berührungslose Verschweißen erfolgt gemäß der Erfindung mit einer Laserstrahlschweißeinrichtung. Die Laserstrahlschweißeinrichtung wird gemäß der Erfindung während des Verschweißens gepulst mehrfach ein- und ausgeschaltet (sogenanntes „Kurzimpulslaserschweißen). Durch das gepulste Ein- und Ausschalten der Laserstrahlschweißeinrichtung kann der Wärmeeintrag in die Bauteile bzw. in das primär mit dem Laserstrahl bestrahlte Bauteil begrenzt werden. Dadurch ist das erfindungsgemäße Verfahren auch zum Verschweißen vergleichsweiser dünner Blechbauteile geeignet.
Die Länge der einzelnen Laserschweißimpulse kann beispielsweise im Bereich zwischen einigen Millisekundensekunden und einigen Sekunden liegen.
Erfindungsgemäß wird die Laserstrahlschweißeinrichtung so angesetzt, dass der Laserstrahl auf dasjenige der beiden Bauteile auftrifft, dessen Material den höheren Schmelzpunkt aufweist, wobei das Bauteil, dessen Material den höheren Schmelzpunkt aufweist, an der Auftreffstelle des Laserstrahls durchgeschweißt wird. Dadurch wird der Wärmeeintrag in das „wärmeempfindlichere Bauteil“ begrenzt.
Optional kann eine zusätzliche bzw. weitere Laserstrahlschweißeinrichtung (die eine geringere Wärmeleistung als die „erste“ Laserstrahlschweißeinrichtung aufweist) verwendet werden, die so angesetzt wird, dass der Laserstrahl auf dasjenige der beiden Bauteile auftrifft, dessen Material den niedrigeren Schmelzpunkt aufweist. Auf diese Weise können die beiden Bauteile von zwei Seiten her miteinander verschweißt werden.
Eine weitere Laserstrahlschweißeinrichtung ist aber nicht zwingend erforderlich, d. h. die beiden Bauteile können auch lediglich von der Seite desjenigen Bauteils her, dessen Material den höheren Schmelzpunkt aufweist, miteinander verschweißt werden.
Vorzugsweise sind die Ausbuchtung und die Einbuchtung so gestaltet und dimensioniert, dass zwischen der Ausbuchtung und der Einbuchtung nach dem Aneinanderbringen der beiden Bauteile und vor dem Verschweißen der Bauteile ein zumindest geringer Luftspalt zwischen der Ausbuchtung und der Einbuchtung verbleibt. Der Luftspalt kann z.B. im Bereich von weniger als 1 mm, z. B. im Bereich zwischen 0,1 und 0,5mm liegen. Ein derartiger Luftspalt hat den Vorteil, dass hierüber Gas, welches beim Schweißen entsteht, entweichen kann.
Wie bereits erwähnt, können mit dem erfindungsgemäßen Verfahren zwei Bauteile, die aus unterschiedlichen Materialien bestehen, miteinander verschweißt werden. Beispielsweise kann es sich bei dem Material, welches den höheren Schmelzpunkt aufweist, um ein Stahlbauteil und bei dem Material, welches den niedrigeren Schmelzpunkt aufweist, um ein Aluminiumbauteil handeln. Bei den Bauteilen kann es sich z.B. um Fahrzeugkarosseriebauteile handeln.
Im Folgenden wird die Erfindung im Zusammenhang mit der Zeichnung näher erläutert. Die einzige 1 zeigt das Grundprinzip der Erfindung.
1 zeigt eine Bauteilverbindung 1, die aus einem ersten Bauteil 2 und einem zweiten Bauteil 3 besteht. Das erste Bauteil 2 weist eine kugelkalottenförmige Ausbuchtung 2a auf. Das zweite Bauteil 3 weist eine kugelkalottenförmige Einbuchtung 3a auf. Die Innenseite der kugelkalottenförmigen Einbuchtung 3a ist im Wesentlichen komplementär in Bezug auf eine Außenseite der kalottenförmigen Ausbuchtung 2a, so dass sich zwischen den beiden Bauteilen 2, 3 eine Formschluss ergibt, wodurch die beiden Bauteile 2, 3 relativ zueinander positioniert sind.
Wie aus 1 ersichtlich ist, liegt die Außenseite der Ausbuchtung 2a nicht ganz exakt an der Innenseite der Einbuchtung 3a an, wodurch sich zwischen der Ausbuchtung 2a und der Einbuchtung 3a ein gewisser geringer Spalt 4 ergibt.
Das erste Bauteil 2 kann z. B. aus Aluminium und das zweite Bauteil 3 aus Stahl bestehen. Bekanntlich hat Stahl einen höheren Schmelzpunkt als Aluminium.
Nach dem Aneinanderbringen der beiden Bauteile 2, 3 derart, dass die Ausbuchtung 2a des ersten Bauteils 2 in die Einbuchtung 3a des zweiten Bauteils 3 ragt, werden die beiden Bauteile 2, 3 im Bereich der in die Einbuchtung 3a ragenden Ausbuchtung 2a mittels einer Laserstrahlschweißeinrichtung 5 miteinander verschweißt. Die Laserstrahlschweißeinrichtung 5 wird während des Verschweißens gepulst mehrfach ein- und ausgeschaltet, wodurch sich der Wärmeeintrag in das Bauteil 3 und somit auch der Wärmeeintrag in das Bauteil 2, welches einen niedrigeren Schmelzpunkt als das Bauteil 3 aufweist, begrenzen lässt.
Wie aus 1 ersichtlich ist, wird die Laserstrahlschweißeinrichtung 5 so angesetzt, dass der Laserstrahl 6 auf dasjenige der beiden Bauteile 2, 3 auftrifft (nämlich auf das Bauteil 3), dessen Material den höheren Schmelzpunkt aufweist. Das Bauteil 3, welches im Vergleich zum Bauteil 2 einen höheren Schmelzpunkt aufweist, wird mittels des Laserstrahls 6 an der Stelle, an der der Laserstrahl 6 auf das Bauteil 3 auftrifft, durchgeschweißt, wodurch eine Schweißverbindung 7 zwischen den beiden Bauteilen 2, 3 hergestellt wird.

Claims

Verfahren zum Herstellen einer Bauteilverbindung (1) mit folgenden Schritten: • Bereitstellen eines ersten Bauteils (2), welches aus einem ersten Material besteht und welches eine Ausbuchtung (2a) aufweist, • Bereitstellen eines zweiten Bauteils (3), welches aus einem zweiten Material, das sich von dem ersten Material unterscheidet, besteht, und welches eine Einbuchtung (3a) aufweist, • Aneinanderbringen der beiden Bauteile (2, 3), derart, dass die Ausbuchtung (2a) des ersten Bauteils (2) in die Einbuchtung (3a) des zweiten Bauteils (3) ragt, • Berührungsloses Verschweißen der beiden Bauteile (2, 3) im Bereich der in die Einbuchtung (3a) ragenden Ausbuchtung (2a) mittels einer Laserstrahlschweißeinrichtung (5), dadurch gekennzeichnet, dass • es sich bei dem ersten Bauteil (2) und bei dem zweiten Bauteil (3) jeweils um ein Blechbauteil handelt und die beiden Blechbauteile (2, 3) beim Aneinanderbringen übereinander angeordnet werden, • die Laserstrahlschweißeinrichtung (5) während des Verschweißens gepulst mehrfach ein- und ausgeschaltet wird und • die Laserstrahlschweißeinrichtung (5) so angesetzt wird, dass der Laserstrahl (6) auf dasjenige der beiden Bauteile (3) auftrifft, dessen Material den höheren Schmelzpunkt aufweist, wobei das Bauteil, dessen Material den höheren Schmelzpunkt aufweist, durchgeschweißt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge eines Laserschweißimpulses im Bereich zwischen einigen Millisekunden und einigen Sekunden liegt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine weitere Laserstrahlschweißeinrichtung verwendet wird, die so angesetzt wird, dass der Laserstrahl auf dasjenige der beiden Bauteile auftrifft, dessen Material den niedrigeren Schmelzpunkt aufweist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausbuchtung (2a) komplementär zu der Einbuchtung (3a) gestaltet ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Ausbuchtung (3a) und der Einbuchtung (2a) nach dem Aneinanderbringen und vor dem Verschweißen der beiden Bauteile (1, 2) ein Luftspalt (4) verbleibt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausbuchtung (2a) die Form einer Kugelkalotte hat.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Einbuchtung (3a) die Form einer Kugelkalotte hat.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Bauteil (2) aus Aluminium besteht.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Bauteil (3) aus Stahl besteht.