DE102018130178A1

DE102018130178A1 - Method for producing a component assembly and motor vehicle

Info

Publication number: DE102018130178A1
Application number: DE102018130178.2A
Authority: DE
Inventors: Ewgeni Agibalow; Steffen Ruhe
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2018-11-28
Filing date: 2018-11-28
Publication date: 2020-05-28

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Bauteilverbunds sowie ein Kraftfahrzeug, insbesondere einen Personenkraftwagen.Ein Verfahren zur Herstellung eines Bauteilverbunds (10) umfasst die Bereitstellung eines elektrisch leitfähigen ersten Bauteils (11) und eines elektrisch leitfähigen zweiten Bauteils (12) sowie ein Aufbringen eines Materials (20) auf das erste Bauteil (11) mittels Auftragschweißen. Es umfasst weiterhin eine widerstandsbedingte Erwärmung jeweils zumindest eines Bereichs des aufgebrachten Materials (20), des ersten Bauteils (11) und des zweiten Bauteils (12), sodass das erste Bauteil (11) und das zweite Bauteil (12) mittels Widerstandsschweißen stoffschlüssig miteinander verbunden werden.The invention relates to a method for producing a component assembly and a motor vehicle, in particular a motor vehicle. A method for producing a component assembly (10) comprises the provision of an electrically conductive first component (11) and an electrically conductive second component (12) and the application of a component Materials (20) on the first component (11) by means of build-up welding. It also includes resistance-related heating of at least one area of the applied material (20), the first component (11) and the second component (12), so that the first component (11) and the second component (12) are integrally connected to one another by means of resistance welding will.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Bauteilverbunds sowie ein Kraftfahrzeug, insbesondere einen Personenkraftwagen.The invention relates to a method for producing a component assembly and a motor vehicle, in particular a passenger car.

Ein wesentliches Ziel bei der Konstruktion von Fahrzeugen ist die Gewichtsreduktion. Insbesondere im Bereich der Karosserie von Kraftfahrzeugen werden vermehrt Kombinationen unterschiedlicher Bauteile eingesetzt, die Vorteile hinsichtlich der Gewichtseinsparungen einerseits sowie der geforderten Festigkeiten andererseits aufweisen. Neben Kombinationen unterschiedlicher Werkstoffe wie etwa Stahl und Aluminium kommen dabei beispielsweise auch Kombinationen unterschiedlicher Blechdicken zur Anwendung.Weight reduction is an essential goal when designing vehicles. Particularly in the area of the body of motor vehicles, combinations of different components are increasingly being used, which have advantages in terms of weight savings on the one hand and the required strengths on the other. In addition to combinations of different materials such as steel and aluminum, combinations of different sheet thicknesses are also used.

Zur Verbindung der einzelnen Bauteile zwecks Herstellung bzw. Weiterverarbeitung der Bauteilverbunde sind Fügeverfahren notwendig. Es steht hier allerdings in Abhängigkeit des Anwendungsfalls nur eine begrenzte Anzahl an Verfahren zur Auswahl. So ist beispielsweise herkömmliches Widerstandspunktschweißen zum Verbinden von Stahlblechen mit deutlich voneinander abweichenden Blechdicken aufgrund der unterschiedlichen Widerstände der Bleche und der damit verbundenen unterschiedlichen Erwärmung nicht möglich.Joining processes are necessary to connect the individual components for the purpose of manufacturing or further processing the component assemblies. However, depending on the application, there is only a limited number of methods to choose from. For example, conventional resistance spot welding for joining steel sheets with significantly different sheet thicknesses is not possible due to the different resistances of the sheets and the associated different heating.

Ein bekanntes Verfahren zur Verbindung von Blechbauteilen ist das Widerstandsbuckelschweißen. Hierbei werden in einem Blech mittels eines Umformverfahrens sogenannte Buckel erzeugt bzw. eingeprägt, die während des Schweißens an dem mit dem Blech zu verbindenden Bauteil anliegen aufgrund der verringerten Kontaktfläche der beiden Bleche eine gezielte widerstandsbedingte Erwärmung bewirken. Durch Realisierung einer Schweißkraft und eines Schweißstroms werden die Buckel geschmolzen und rückverformt, sodass sich eine die beiden Bauteile verbindende Schweißlinse ausbildet. Es findet jedoch in der Regel keine vollständige Rückverformung statt, sodass die Fügeverbindung an der Außenseite sichtbar bleibt. Durch das Einbringen von Buckeln erfolgt eine lokale Schwächung des Blechs. Auch ist das Buckelschweißen nicht für die Verbindung dünner Bleche geeignet, da die darin erzeugten Buckel bereits bei geringer Krafteinwirkung rückverformt bzw. eingedrückt werden. Werden aufgrund der Rückverformung lediglich geringe Prozesskräfte genutzt, kommt es zu einer Porenbildung und somit zur Beeinträchtigung der Festigkeit. Insbesondere bei größeren Dickenunterschieden der zu fügenden Bleche bzw. bei Mehrblechverbindungen kommt es zu kritischer Porenbildung.A known method for connecting sheet metal components is resistance projection welding. In this case, so-called humps are produced or impressed in a sheet metal by means of a forming process, which, during welding, bear against the component to be connected to the sheet metal because of the reduced contact area of the two sheets, causing targeted resistance-related heating. By realizing a welding force and a welding current, the humps are melted and reshaped, so that a welding lens that connects the two components is formed. However, there is usually no complete reshaping so that the joint remains visible on the outside. By inserting humps, the sheet is locally weakened. Hump welding is also not suitable for the connection of thin sheets, since the humps generated therein are deformed or pressed in even with a small amount of force. If only small process forces are used due to the reshaping, pore formation occurs and thus the strength is impaired. Critical pore formation occurs in particular in the case of larger differences in thickness of the sheets to be joined or in the case of multi-sheet connections.

Die DE 10 2015 009 211 A1 beschreibt eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Erzeugung von Schweißbuckeln bei aus hochfesten Stählen hergestellten, plattenförmigen Werkstücken. Die Vorrichtung umfasst eine Formelektrode mit einer Kontaktfläche zur elektrischen Kontaktierung des Werkstücks, wobei die Kontaktfläche eine als Negativform eines Schweißbuckels ausgeformte Vertiefung aufweist. Die Vorrichtung umfasst weiterhin eine Gegenelektrode zur elektrischen Kontaktierung der gegenüberliegenden Seite des Werkstücks, Mittel zur Erzeugung einer Kraft zwecks Einspannung des Werkstücks zwischen den Elektroden sowie Bestromungsmittel zur Bestromung der Elektroden zwecks widerstandsbedingter Erwärmung des eingespannten Werkstücks. Damit kann der zwischen den Elektroden angeordnete Bereich des Werkstücks fließfähig gemacht und in die Negativform hineinverformt werden. Mit anderen Worten wird das Werkstück zur Herstellung des Buckels umgeformt.The DE 10 2015 009 211 A1 describes a device and a method for producing welding bosses in plate-shaped workpieces made from high-strength steels. The device comprises a formula electrode with a contact surface for electrical contacting of the workpiece, the contact surface having a depression shaped as a negative shape of a welding boss. The device further comprises a counter electrode for making electrical contact with the opposite side of the workpiece, means for generating a force for clamping the workpiece between the electrodes and energizing means for energizing the electrodes for heating the clamped workpiece due to resistance. The region of the workpiece arranged between the electrodes can thus be made flowable and deformed into the negative mold. In other words, the workpiece is formed to produce the hump.

Die CH 453 230 A offenbart eine Verschleißschutzauflage für Arbeitsmaschinen zum Aufschweißen auf Verschleiß ausgesetzten Oberflächenteilen. Ein Grundkörper aus warmverformbarem Stahl weist an seiner Oberfläche regelmäßig angeordnete, durch Auftragschweißen erzeugte buckelförmige Hartkörper aus hochverschleißfestem Schweißgut auf. Die Hartkörper werden einem Lichtbogenschweißprozess als Schweißdraht zugeführt. Die Verschleißschutzauflage wird derart an der zu schützenden Oberfläche angeordnet, dass die Hartkörper nach außen weisen, um abrasives Material wie Erde oder Steine von einer Kuppe zur anderen zu leiten.The CH 453 230 A. discloses a wear protection pad for work machines for welding on surface parts exposed to wear. A base body made of heat-formable steel has hump-shaped hard bodies made of highly wear-resistant weld metal that are regularly arranged on its surface and produced by cladding. The hard bodies are fed to an arc welding process as welding wire. The wear protection pad is arranged on the surface to be protected in such a way that the hard bodies point outwards in order to conduct abrasive material such as earth or stones from one crest to another.

Die DE 10 2008 044 691 A1 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung einer Fügeverbindung zwischen einem Stahlbauteil und einem Aluminiumbauteil. Es wird ein Lotdepot durch einen Lichtbogen- oder Laserprozess auf einem der Bauteile fixiert. Das Lotdepot wird gemeinsam mit den Bauteilen zwischen zwei Elektroden eingespannt, mit einer Druckkraft beaufschlagt und induktiv erwärmt, sodass sich zwischen dem Blechbauteil und dem Lotdepot eine Lötverbindung sowie zwischen dem Aluminiumbauteil und dem Lotdepot eine Schweiß- oder Lötverbindung ausgebildet wird. Das Lotdepot kann AI-, Zn-, Ni-, oder Cu-Basis-Lote aufweisen.The DE 10 2008 044 691 A1 describes a method for producing a joint connection between a steel component and an aluminum component. A solder depot is fixed on one of the components using an arc or laser process. The solder depot is clamped together with the components between two electrodes, pressurized and inductively heated, so that a solder connection is formed between the sheet metal component and the solder depot and a welded or soldered connection is formed between the aluminum component and the solder depot. The solder depot can have Al, Zn, Ni, or Cu-based solders.

Es ist die Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung eines Bauteilverbunds zur Verfügung zu stellen, welches auf einfache Weise eine Verbindung von Bauteilen unterschiedlicher Dicke ermöglicht.It is the object of the invention to provide a method for producing a component assembly, which enables components of different thicknesses to be connected in a simple manner.

Die Aufgabe wird gelöst durch das Verfahren zur Herstellung eines Bauteilverbunds gemäß Anspruch 1. Ausgestaltungen des Verfahrens sind in den Unteransprüchen 2-9 angegeben. Des Weiteren wird ein Kraftfahrzeug gemäß Anspruch 10 zur Verfügung gestellt.The object is achieved by the method for producing a component assembly according to claim 1. Embodiments of the method are specified in subclaims 2-9. Furthermore, a motor vehicle is made available according to claim 10.

Ein erster Aspekt der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung eines Bauteilverbunds. Dieses umfasst eine Bereitstellung eines elektrisch leitfähigen ersten Bauteils und eines elektrisch leitfähigen zweiten Bauteils, ein Aufbringen eines Materials auf das erste Bauteil mittels Auftragschweißen, sowie eine widerstandsbedingte Erwärmung jeweils zumindest eines Bereichs des aufgebrachten Materials, des ersten Bauteils und des zweiten Bauteils. Dies erfolgt derart, dass das erste Bauteil und das zweite Bauteil mittels Widerstandsschweißen stoffschlüssig miteinander verbunden werden. A first aspect of the invention is a method for producing a component assembly. This includes the provision of an electrically conductive first component and an electrically conductive second component, application of a material to the first component by means of cladding, and resistance-dependent heating of at least a portion of the applied material, the first component and the second component. This is done in such a way that the first component and the second component are integrally connected to one another by means of resistance welding.

Das erste Bauteil und/oder das zweite Bauteil können im Wesentlichen flächig geformte Bauteile sein, beispielsweise Blechbauteile. Die Bauteile sind zumindest in dem Bereich der Verbindung elektrisch leitfähig. Es ist ersichtlich, dass jedes der Bauteile daneben elektrisch nicht leitfähige Bereiche aufweisen kann. Die elektrische Leitfähigkeit ermöglicht die Realisierung eines Schweißstroms und damit die Widerstandsschweißung der Bauteile.The first component and / or the second component can be essentially flat-shaped components, for example sheet metal components. The components are electrically conductive at least in the area of the connection. It can be seen that each of the components in addition can have electrically non-conductive regions. The electrical conductivity enables the realization of a welding current and thus the resistance welding of the components.

Auftragschweißen meint das Aufbringen eines Materials auf das erste Bauteil unter Herstellung einer stoffschlüssigen Verbindung. Dabei sind das Material des ersten Bauteils und das aufgetragene Material schweißkompatibel. Das aufzubringende Material wird auch als Schweißzusatzwerkstoff bezeichnet.Build-up welding means the application of a material to the first component to create a material connection. The material of the first component and the applied material are sweat-compatible. The material to be applied is also referred to as a filler metal.

Das Auftragschweißen kann durch Realisierung eines Schweißpunkts auf einer Oberfläche des ersten Bauteils ausgeführt werden, sodass das Material auf die Oberfläche des ersten Bauteils aufgebracht wird.The build-up welding can be carried out by realizing a welding spot on a surface of the first component, so that the material is applied to the surface of the first component.

Insbesondere erfolgt eine punktförmige Auftragschweißung unter Herstellung sogenannter Buckel auf der Oberfläche des ersten Bauteils. Ein Buckel kann in der Draufsicht im Wesentlichen kreisförmig sein und einen Durchmesser zwischen 1 mm und 10 mm, insbesondere zwischen 2 mm und 6 mm und beispielsweise zwischen 3 mm und 4 mm aufweisen. Beispielsweise werden mehrere Punkte bzw. Buckel des Materials aufgebracht. Das aufgebrachte Material kann auch als Materialdepot bezeichnet werden. Es kann zusätzlich auf das zweite Bauteil Material mittels Auftragschweißen aufgebracht werden.In particular, spot welding is carried out to produce so-called humps on the surface of the first component. A hump can be essentially circular in plan view and have a diameter between 1 mm and 10 mm, in particular between 2 mm and 6 mm and for example between 3 mm and 4 mm. For example, several points or humps of the material are applied. The material applied can also be referred to as a material depot. Material can also be applied to the second component by means of cladding.

Auch eine linienförmige oder flächige Auftragschweißung ist nicht ausgeschlossen, wobei die Linien oder Flächen aus einzelnen Punkten bzw. Linien zusammengesetzt werden können. Beispielsweise kann durch Auftragschweißung Material mit einer Oberfläche auftragen werden, die im Wesentlichen der Kontaktfläche der jeweiligen Schweißelektrode entspricht, wie etwa eine quadratische Fläche mit 8 cm Kantenlänge.A line-shaped or flat build-up welding is also not excluded, whereby the lines or surfaces can be composed of individual points or lines. For example, build-up welding can be used to apply material with a surface that essentially corresponds to the contact area of the respective welding electrode, such as a square area with an edge length of 8 cm.

Im Gegensatz zum Löten wird die Liquidustemperatur zumindest in Bereichen des ersten und zweiten Bauteils erreicht. Mit anderen Worten schmelzen zumindest Bereiche des ersten und zweiten Bauteils. Dabei wird eine Schweißlinse erzeugt. Versuche haben gezeigt, dass auf diese Weise die Festigkeit der Verbindung deutlich höher ist als beim Löten.In contrast to soldering, the liquidus temperature is reached at least in areas of the first and second component. In other words, at least regions of the first and second component melt. A welding lens is created. Tests have shown that the strength of the connection is significantly higher than that of soldering.

Das widerstandsbedingte Erwärmen erfolgt typischerweise mittels zweier Schweißelektroden, wobei die beiden Bauteile sowie das aufgebrachte Material zwischen den Schweißelektroden angeordnet sind, sodass ein zwischen den Schweißelektroden realisierter elektrischer Strom durch beide Bauteile und das aufgebrachte Material fließt.Resistance-related heating is typically carried out by means of two welding electrodes, the two components and the applied material being arranged between the welding electrodes, so that an electrical current which is implemented between the welding electrodes flows through both components and the applied material.

Insbesondere wird eine Vielzahl an beispielsweise punktförmigen Auftragschweißungen sowie eine Vielzahl stoffschlüssiger Verbindungen durch Widerstandsschweißen realisiert. Typischerweise wird aufgebrachtes Material jeder Auftragschweißung zur Herstellung einer stoffschlüssigen Verbindung genutzt.In particular, a large number of spot welds, for example, as well as a large number of integral connections are realized by resistance welding. Typically, the applied material of each build-up weld is used to produce a material connection.

Das Auftragschweißen ermöglicht eine ortsfeste Anordnung des aufgebrachten Materials, sodass das erste Bauteil ohne weitere Fixierung des aufgebrachten Materials bewegt werden kann. Es erfolgt keine Beeinträchtigung des Querschnitts des ersten Bauteils wie beim herkömmlichen Erzeugen eines Buckels mittels Umformen. Es können auch sehr dünne erste Bauteile genutzt werden, da die mittels Auftragschweißen erzeugten Buckel Materialanhäufungen darstellen, die nicht eingedrückt werden können. Da die mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellte Verbindung einen sehr geringen Platzbedarf hat, können die zur Verbindung genutzten Flanschlängen der Bauteile in Vergleich zum herkömmlichen Widerstandspunktschweißen reduziert werden, was eine Gewichtsersparnis mit sich bringt und eine gesteigerte konstruktive Freiheit ermöglicht.The build-up welding enables a fixed arrangement of the applied material, so that the first component can be moved without further fixing of the applied material. There is no impairment of the cross section of the first component as in the conventional production of a hump by means of forming. Very thin first components can also be used, since the humps generated by cladding represent accumulations of material that cannot be pressed in. Since the connection produced by means of the method according to the invention takes up very little space, the flange lengths of the components used for the connection can be reduced in comparison with conventional resistance spot welding, which saves weight and enables increased design freedom.

In einer Ausgestaltung des Verfahrens wird das Auftragsschweißen derart durchgeführt, dass das erste Bauteil im Bereich des aufgebrachten Materials eine Dickenzunahme zwischen 10% und 150%, insbesondere zwischen 20% und 120% und beispielsweise zwischen 60% und 100% erfährt. Die Dickenzunahme kann zwischen 50% und 70% betragen.In one embodiment of the method, build-up welding is carried out in such a way that the first component in the area of the material applied experiences an increase in thickness between 10% and 150%, in particular between 20% and 120% and, for example, between 60% and 100%. The increase in thickness can be between 50% and 70%.

Eine Ausgestaltung des Verfahrens zur Herstellung eines Bauteilverbunds ist dadurch gekennzeichnet, dass das erste Bauteil und das zweite Bauteil vor dem Widerstandsschweißen derart in Bezug zu einander positioniert werden, dass das aufgebrachte Material zwischen den beiden Bauteilen angeordnet ist.One embodiment of the method for producing a component assembly is characterized in that the first component and the second component are positioned in relation to one another before resistance welding in such a way that the material applied is arranged between the two components.

Mit anderen Worten liegt bei der Durchführung des Widerstandsschweißverfahrens das mittels Auftragsschweißen auf das erste Bauteil aufgebrachte Material an der Oberfläche des benachbarten zweiten Bauteils an. Mit anderen Worten wird ein Buckelschweißverfahren zur stoffschlüssigen Verbindung der Bauteile durchgeführt. In other words, when the resistance welding method is carried out, the material applied to the first component by means of build-up welding rests on the surface of the adjacent second component. In other words, a projection welding process is carried out for the integral connection of the components.

Dabei erfolgt eine zumindest bereichsweise widerstandsbedingte Erwärmung des aufgebrachten Materials und der angrenzenden Bereiche des ersten und zweiten Bauteils. Typischerweise wird das gesamte aufgebrachte Material erwärmt und insbesondere verflüssigt. Somit erfolgen eine stoffschlüssige Verbindung des ersten Bauteils mit dem aufgebrachten Material sowie eine stoffschlüssige Verbindung des aufgebrachten Materials mit dem zweiten Bauteil.In this case, the applied material and the adjacent areas of the first and second component are heated, at least in certain areas, due to resistance. Typically, the entire material applied is heated and in particular liquefied. A cohesive connection of the first component to the applied material and a cohesive connection of the applied material to the second component thus take place.

Der geringste elektrisch leitfähige Querschnitt befindet sich insbesondere in dem Bereich des aufgebrachten Materials, welcher dem zweiten Bauteil zugewandt ist und dieses kontaktiert. Dort erfolgt somit die größte Erwärmung, sodass eine besonders effektive Schweißung realisiert wird.The smallest electrically conductive cross section is in particular in the area of the applied material which faces the second component and contacts it. This is where the greatest heating takes place, so that a particularly effective welding is carried out.

Bei an beiden Bauteilen mittels Auftragschweißen angeordnetem Material ist das Material insbesondere an zueinander weisenden Oberflächen der Bauteile angeordnet.In the case of material arranged on both components by means of cladding, the material is arranged in particular on surfaces of the components facing one another.

Diese Ausgestaltung bringt den Vorteil mit sich, dass an den Bereichen aufgebrachten Materials durch querschnittsbedingt gezielte Erwärmung kleine, gezielte Schweißungen möglich sind. Dadurch erfolgen punktuelle, kleine Wärmeeinträge und somit ein geringer Bauteilverzug.This configuration has the advantage that small, targeted welds are possible on the areas of material applied by cross-sectionally targeted heating. This results in selective, small heat inputs and thus a low component distortion.

In einer Ausgestaltung des Verfahrens wird das Auftragsschweißen derart durchgeführt, dass das mittels Auftragsschweißen aufgebrachte Material an der Verbindungsseite mit dem ersten Bauteil einen größeren Querschnitt aufweist als an der dem ersten Bauteil abgewandten Seite. Insbesondere weist das aufgebrachte Material eine keglige Form auf.In one embodiment of the method, build-up welding is carried out in such a way that the material applied by build-up welding has a larger cross-section on the connection side with the first component than on the side facing away from the first component. In particular, the material applied has a conical shape.

Eine weitere Ausgestaltung des Verfahrens zur Herstellung eines Bauteilverbunds ist dadurch gekennzeichnet, dass das Widerstandsschweißen als Widerstandspunktschweißen realisiert wird.A further embodiment of the method for producing a component assembly is characterized in that resistance welding is realized as resistance spot welding.

Dabei ist das aufgebrachte Material insbesondere punktförmig. Es werden in dem Bereich des aufgebrachten Materials Elektroden gegenüberliegend an den Außenseiten der aneinander anliegenden Bauteile angeordnet. Es wird mittels der Elektroden ein Schweißstrom realisiert und eine die Bauteile zusammendrückende Kraft ausgeübt.The material applied is particularly punctiform. In the area of the applied material, electrodes are arranged opposite one another on the outer sides of the components lying against one another. A welding current is realized by means of the electrodes and a force compressing the components is exerted.

Diese Ausgestaltung bringt den Vorteil mit sich, dass ein energieeffizientes und gut automatisierbares Verfahren bereitgestellt wird, welches durch die lokal wirkende Schweißwärme lediglich einen geringen Bauteilverzug mit sich bringt.This configuration has the advantage that an energy-efficient and easily automatable method is provided which, due to the locally acting heat of welding, results in only a small amount of component distortion.

Eine weitere Ausgestaltung des Verfahrens zur Herstellung eines Bauteilverbunds ist dadurch gekennzeichnet, dass das Auftragschweißen mittels Lichtbogenschweißen, insbesondere mittels Metall-Aktivgasschweißen, erfolgt.A further embodiment of the method for producing a component assembly is characterized in that the build-up welding is carried out by means of arc welding, in particular by means of metal active gas welding.

Insbesondere wird Schutzgasschweißen genutzt, beispielsweise Metall-Inertgasschweißen oder Wolfram-Inertgasschweißen. Die genannten Verfahren ermöglichen auf vorteilhafte Weise eine einfach automatisierbare und kostengünstige Aufbringung des Materials auf das erste Bauteil, insbesondere bei punktförmigen Auftragschweißungen. Typischerweise wird Metall-Aktivgasschweißen genutzt.Inert gas welding is used in particular, for example metal inert gas welding or tungsten inert gas welding. The methods mentioned advantageously enable the material to be applied to the first component in a simple, automated and cost-effective manner, in particular in the case of spot welds. Metal active gas welding is typically used.

In einer weiteren Ausgestaltung wird das Lichtbogenschweißen zwecks Verhinderung einer Überhitzung des ersten Bauteils und/oder des aufgetragenen Materials pulsierend durchgeführt.In a further embodiment, the arc welding is carried out in a pulsating manner in order to prevent the first component and / or the applied material from overheating.

Dies wird auch als zyklisches Schweißen bezeichnet. Insbesondere wird dabei ein Schweißdraht portionsweise mittels des Lichtbogens erhitzt, sodass Tropfen des verflüssigten Materials des Schweißdrahts erzeugt werden, die nacheinander auf das erste Bauteil bzw. auf zuvor aufgebrachte Tropfen aufgebracht werden, sodass mehrere Tropfen zusammen die Menge des aufgebrachten Materials ausbilden.This is also known as cyclic welding. In particular, a welding wire is heated in portions by means of the electric arc, so that drops of the liquefied material of the welding wire are generated, which are successively applied to the first component or to previously applied drops, so that several drops together form the amount of the applied material.

Typischerweise wird der Zusatzwerkstoff in Form eines Schweißdrahts vor und zurück bewegt, beispielsweise mit Frequenzen zwischen 50 Hz und 130 Hz, sodass sich bei Kontakt des mit einer Spannung beaufschlagten Schweißdrahts mit der Oberfläche des ersten Bauteils bzw. bereits aufgebrachten Zusatzwerkstoffs Tropfen bilden, die bei der jeweiligen Zurückbewegung abgelöst werden. Insbesondere wird der Schweißstrom pulsierend realisiert, sodass das Verfahren auch als Impulsschweißen bezeichnet werden kann. Eine Ausgestaltung dieses Verfahrens wird als CMT-Schweißen, cold metal transfer-Schweißen, bezeichnet.Typically, the filler material is moved back and forth in the form of a welding wire, for example at frequencies between 50 Hz and 130 Hz, so that when the welding wire subjected to a voltage comes into contact with the surface of the first component or filler material already applied, drops form which the respective backward movement can be replaced. In particular, the welding current is implemented in a pulsating manner, so that the method can also be referred to as pulse welding. One embodiment of this method is referred to as CMT welding, cold metal transfer welding.

Auf diese Weise können auf vorteilhafte Weise besonders dünne erste Bauteile ohne Schädigung infolge zu hoher Temperaturen mittels Auftragschweißen mit dem Material versehen werden. Darüber hinaus ist das pulsierende Lichtbogenschweißen prozesssicher und einfach steuerbar, da eine definierte Anzahl an Pulsen, auch als Zyklen bezeichnet, zur Herstellung eines definierten Durchmessers bzw. einer definierten Dicke des aufgebrachten Materials genutzt wird.In this way, particularly thin first components can be provided with the material by means of cladding without damage due to excessive temperatures. In addition, pulsed arc welding is reliable and easy to control, since a defined number of pulses, also referred to as cycles, are used to produce a defined diameter or a defined thickness of the material applied.

In einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens gilt vor dem Auftragschweißen zumindest im Bereich des aufzubringenden Materials bzw. der durchzuführenden Widerstandsschweißung für ein Verhältnis V einer Dicke D2 des zweiten Bauteils zu einer Dicke D1 des ersten Bauteils: 1 < V ≤ 10, insbesondere 1,5 ≤ V ≤ 5. In a further embodiment of the method, before the build-up welding, at least in the area of the material to be applied or the resistance welding to be carried out, the following applies to a ratio V a fat one D2 of the second component to a thickness D1 of the first component: 1 <V ≤ 10, in particular 1.5 ≤ V ≤ 5.

Das Verhältnis V berechnet sich als Quotient der Dicken D2 und D1: V = D2 / D1. Beispielsweise gilt: 2 ≤ V ≤ 4. In einer beispielhaften Ausgestaltung beträgt die Dicke D1 0,7 mm und die Dicke D2 beträgt 2 mm.The relationship V is calculated as the quotient of the thickness D2 and D1: V = D2 / D1. For example: 2 ≤ V ≤ 4. In an exemplary embodiment, the thickness is D1 0.7 mm and the thickness D2 is 2 mm.

Insbesondere wird die Dicke D1 des ersten Bauteils im Bereich des aufzubringenden Materials gemessen. Insbesondere wird die Dicke D2 des zweiten Bauteils in dem Bereich des zweiten Bauteils gemessen, in dem die Widerstandsschweißung zur stoffschlüssigen Verbindung des ersten und zweiten Bauteils durchzuführen ist.In particular, the thickness D1 of the first component in the area of the material to be applied. In particular, the thickness D2 of the second component is measured in the area of the second component in which the resistance welding for the integral connection of the first and second components is to be carried out.

Typischerweise ist das erste Bauteil dünner bzw. deutlich dünner als das zweite Bauteil. Dies bringt insbesondere im Bereich von Türeinstiegen bzw. Schwellern Vorteile mit sich, da dort konstruktionsbedingt Fügeverbindungen von dicken und dünnen Blechen herzustellen sind. Dies ermöglicht auf vorteilhafte Weise eine Gewichtsersparnis der hergestellten Bauteilverbunde. Insbesondere im Bereich von Elektrofahrzeugen sind derartige Gewichtsreduktionen wünschenswert.The first component is typically thinner or significantly thinner than the second component. This has advantages in particular in the area of door entrances and sills, since there are constructional connections to be made from thick and thin metal sheets. This advantageously makes it possible to save the weight of the component assemblies produced. Such weight reductions are particularly desirable in the field of electric vehicles.

In einer Ausgestaltung weist das erste Bauteil vor der Widerstandsschweißung zumindest im Bereich der herzustellenden Widerstandsschweißverbindung eine Dicke zwischen 0.3 mm und 2 mm auf, insbesondere zwischen 0,45 mm und 1,2 mm und beispielsweise zwischen 0,6 mm und 0.9 mm.In one configuration, the first component has a thickness between 0.3 mm and 2 mm, in particular between 0.45 mm and 1.2 mm and for example between 0.6 mm and 0.9 mm, at least in the region of the resistance weld connection to be produced, before the resistance welding.

Eine Ausgestaltung des Verfahrens zur Herstellung eines Bauteilverbunds ist dadurch gekennzeichnet, dass das erste Bauteil, das zweite Bauteil und/oder das aufgebrachte Material Stahl umfassen und insbesondere aus Stahl hergestellt sind.One embodiment of the method for producing a component assembly is characterized in that the first component, the second component and / or the applied material comprise steel and are in particular made of steel.

Insbesondere gilt dies für alle Bauteile. Die Stähle sind schweißkompatibel, sodass die stoffschlüssige Verbindung mittels Widerstandsschweißen herstellbar ist.This applies in particular to all components. The steels are compatible with welding, so that the material connection can be made using resistance welding.

In einer Ausgestaltung des Verfahrens sind das erste Bauteil und das zweite Bauteil aus unterschiedlichen Materialien hergestellt. Insbesondere umfasst eines der Bauteile einen ferritischen Stahl und das andere Bauteil umfasst einen martensitischen Stahl bzw. ist aus diesem hergestellt. Selbstverständlich ist nicht ausgeschlossen, dass beide Bauteile ferritischen Stahl aufweisen bzw. aus ferritischem Stahl bestehen.In one embodiment of the method, the first component and the second component are made from different materials. In particular, one of the components comprises a ferritic steel and the other component comprises or is made of a martensitic steel. Of course, it is not excluded that both components have ferritic steel or consist of ferritic steel.

Dadurch lassen sich besonders feste, kostengünstige und recyclingfähige Bauteilverbunde herstellen.This enables particularly strong, inexpensive and recyclable component assemblies to be produced.

Eine weitere Ausgestaltung des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass während der Herstellung der stoffschlüssigen Verbindung ein elektrisch leitfähiges drittes Bauteil an der dem ersten Bauteil abgewandten Seite des zweiten Bauteils angeordnet ist und dieses elektrisch leitend kontaktiert. Dabei wird ein Schweißstrom zur stoffschlüssigen Verbindung des ersten Bauteils und des zweiten Bauteils durch das dritte Bauteil realisiert.A further embodiment of the method is characterized in that during the production of the integral connection, an electrically conductive third component is arranged on the side of the second component facing away from the first component and makes electrical contact with it. A welding current for the integral connection of the first component and the second component is realized by the third component.

Mit anderen Worten fließt der Schweißstrom zur stoffschlüssigen Verbindung des ersten Bauteils und des zweiten Bauteils auch durch das dritte Bauteil. Somit kontaktieren die Elektroden das erste Bauteil und das dritte Bauteil und realisieren einen Stromfluss durch die drei Bauteile und durch das auf das erste Bauteil aufgebrachte Material. Das dritte Bauteil kann kraft-, form- und/oder stoffschlüssig mit dem zweiten Bauteil verbunden sein. Das dritte Bauteil ist zumindest im Bereich der herzustellen Widerstandsschweißverbindung ebenfalls elektrisch leitfähig. Es kann ebenfalls Stahl umfassen bzw. aus Stahl hergestellt sein. Typischerweise ist es ein Blechbauteil.In other words, the welding current for the integral connection of the first component and the second component also flows through the third component. The electrodes thus contact the first component and the third component and realize a current flow through the three components and through the material applied to the first component. The third component can be non-positively, positively and / or materially connected to the second component. The third component is also electrically conductive, at least in the area of the resistance welded connection to be produced. It can also comprise steel or be made of steel. Typically it is a sheet metal component.

Es hat sich gezeigt, dass die Widerstandsschweißung des ersten und zweiten Bauteils auch bei Leitung des Schweißstroms durch ein drittes Bauteil realisierbar ist. Dies eröffnet auf vorteilhafte Weise zusätzliche Möglichkeiten zur Herstellung von Fügeverbindungen in Bereichen mehrerer überlappend angeordneter Bauteile. Dies ist insbesondere bei Türeinstiegen bzw. Schwellern der Fall. Das Fügen bei Vorhandensein eines dritten Bauteils ist mit herkömmlichen Buckelschweißverfahren nicht möglich.It has been shown that the resistance welding of the first and second component can also be implemented when the welding current is conducted through a third component. This advantageously opens up additional possibilities for producing joint connections in the areas of a plurality of overlapping components. This is particularly the case with door entrances and sills. Joining when a third component is present is not possible with conventional projection welding methods.

In einer Ausgestaltung des genannten Verfahrens wird mittels des Schweißstroms eine Schweißverbindung zwischen dem zweiten Bauteil und dem dritten Bauteil hergestellt.In one embodiment of the method mentioned, a welding connection is established between the second component and the third component by means of the welding current.

Hierbei dient das dritte Bauteil nicht lediglich zur leitfähigen Verbindung des zweiten Bauteils mit der Elektrode. Es wird zwischen dem zweiten Bauteil und dem dritten Bauteil ebenfalls eine Schweißverbindung, also eine stoffschlüssige Verbindung, hergestellt. Dies erfolgt während der Herstellung der stoffschlüssigen Verbindung zwischen dem ersten Bauteil und dem zweiten Bauteil. Es erfolgt eine widerstandsbedingte Erwärmung von zumindest Bereichen des zweiten Bauteils und des dritten Bauteils, sodass diese zumindest bereichsweise schmelzen und stoffschlüssig miteinander verbunden werden.The third component is not only used for the conductive connection of the second component to the electrode. A welded connection, that is to say an integral connection, is likewise produced between the second component and the third component. This takes place during the production of the integral connection between the first component and the second component. Resistance-related heating of at least regions of the second component and of the third component takes place, so that these melt at least in regions and are connected to one another in a materially integral manner.

Diese Ausgestaltung ermöglicht den Vorteil, dass durch die gleichzeitige bzw. in einem Arbeitsgang erfolgende Herstellung mehrerer Widerstandsschweißverbindungen die Effizienz erhöht wird. Bei den genannten überlappend angeordneten Bauteilen kann auf eine zusätzliche bzw. vorher herzustellende Fügeverbindung des zweiten Bauteils mit dem dritten Bauteil verzichtet werden, was ein kostengünstigeres und schnelleres Verfahren ermöglicht.This configuration enables the advantage that the simultaneous or in one The process of producing several resistance welded joints increases the efficiency. In the case of the above-mentioned components arranged in an overlapping manner, an additional or previously made joint connection of the second component with the third component can be dispensed with, which enables a more cost-effective and faster method.

Ein zweiter Aspekt der Erfindung ist ein Kraftfahrzeug, insbesondere ein Personenkraftwagen oder ein Nutzfahrzeug. Dieses umfasst wenigstens einen mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Bauteilverbund, wobei der Bauteilverbund insbesondere ein Schweller bzw. ein Teil eines Schwellers ist. Alternativ kann der Bauteilverbund als erstes und zweites Bauteil eine insbesondere dünne Außenhaut und ein insbesondere starkes Tragteil bzw. Strukturteil umfassen, beispielsweise im Bereich eines Fahrerhauses. Auch kann der Bauteilverbund im Bereich einer Fahrzeugsäule wie der A-Säule oder der B-Säule angeordnet sein. Darüber hinaus kann der Bauteilverbund Teil des Daches des Kraftfahrzeugs sein.A second aspect of the invention is a motor vehicle, in particular a passenger car or a commercial vehicle. This comprises at least one component assembly produced using the method according to the invention, the component assembly being in particular a sill or part of a sill. Alternatively, the component assembly as the first and second component can comprise a particularly thin outer skin and a particularly strong supporting part or structural part, for example in the area of a driver's cab. The component assembly can also be arranged in the area of a vehicle pillar, such as the A pillar or the B pillar. In addition, the composite component can be part of the roof of the motor vehicle.

Das Kraftfahrzeug kann ein leichtes Nutzfahrzeug bzw. ein Nutzfahrzeug sein.The motor vehicle can be a light commercial vehicle or a commercial vehicle.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand der in den beiliegenden Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele erläutert.The invention is explained below on the basis of the exemplary embodiments illustrated in the accompanying drawings.

Es zeigen

1: eine schematische Darstellung eines Schrittes des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung eines Bauteilverbunds, sowie
2: eine Schnittzeichnung eines ersten Bauteils nach Durchführung eines Schrittes des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung eines Bauteilverbunds.

Show it

1 : a schematic representation of a step of the method according to the invention for producing a component assembly, and
2nd : A sectional drawing of a first component after performing a step of the method according to the invention for producing a composite component.

1 zeigt schematisch die Herstellung einer Schweißverbindung mit dem erfindungsgemäßen Verfahren. Dargestellt sind ein erstes Bauteil 11, zweites Bauteil 12 sowie ein drittes Bauteil 13, welche als Stahlbleche ausgestaltet und übereinander in paralleler Ausrichtung angeordnet sind. Die drei Bauteile 11, 12, 13 bilden den herzustellenden Bauteilverbund 10 aus. Am ersten Bauteil 11 befindet sich ein mittels Auftragschweißen aufgebrachtes Material 20 in Form eines Buckels. 1 shows schematically the production of a welded connection with the inventive method. A first component is shown 11 , second component 12 as well as a third component 13 , which are designed as steel sheets and are arranged one above the other in a parallel orientation. The three components 11 , 12 , 13 form the component assembly to be produced 10th out. On the first component 11 there is a material applied by means of cladding 20th in the form of a hump.

Einander gegenüberliegend auf unterschiedlichen Seiten des herzustellenden Bauteilverbunds 10 sind zwei Schweißelektroden 30 angeordnet. Diese sind zur Realisierung eines Schweißstroms zur Durchführung eines Widerstandspunktschweißverfahrens sowie zur Ausübung einer mittels Pfeilen dargestellten Kraft F auf den herzustellenden Bauteilverbund 10 eingerichtet.Opposite each other on different sides of the component assembly to be produced 10th are two welding electrodes 30th arranged. These are for realizing a welding current for carrying out a resistance spot welding process and for exerting a force represented by arrows F on the component assembly to be produced 10th set up.

Es ist ersichtlich, dass das erste Bauteil 11 und das zweite Bauteil 12 derart in Bezug zueinander angeordnet sind, dass sich das aufgebrachte Material 20 zwischen einander zugewandten Oberflächen des ersten und zweiten Bauteils 11, 12 befindet.It can be seen that the first component 11 and the second component 12 are arranged in relation to one another such that the material applied 20th between mutually facing surfaces of the first and second component 11 , 12 located.

In einem anschließenden, nicht dargestellten Schritt realisieren die Schweißelektroden 30 den Schweißstrom und üben die Kraft F aus, sodass im zwischen den Schweißelektroden 30 befindlichen Bereich das erste Bauteil 11, das zweite Bauteil 12 sowie das aufgebrachte Material 20 widerstandsbedingt erwärmt werden. Dabei kommt es zum bereichsweisen Aufschmelzen des ersten Bauteils 11 sowie des zweiten Bauteils 12 und zum vollständigen Aufschmelzen des aufgebrachten Materials 20, sodass das erste Bauteil 11 mittels des aufgebrachten Materials 20 stoffschlüssig mit dem zweiten Bauteil 12 verbunden wird.In a subsequent step, not shown, the welding electrodes are realized 30th the welding current and exercise the power F off, so that between the welding electrodes 30th the first component 11 , the second component 12 as well as the material applied 20th be heated due to resistance. This results in the first component melting in certain areas 11 and the second component 12 and to completely melt the applied material 20th so that the first component 11 by means of the applied material 20th cohesively with the second component 12 is connected.

Das dritte Bauteil 13 dient der elektrisch leitfähigen Verbindung der unten dargestellten Schweißelektrode 30 mit dem zweiten Bauteil 12. Es ist möglich, jedoch nicht erforderlich, dass auch zwischen dem zweiten Bauteil 12 und dem dritten Bauteil 13 durch den oben beschriebenen Schweißstrom eine stoffschlüssige Verbindung hergestellt wird.The third component 13 is used for the electrically conductive connection of the welding electrode shown below 30th with the second component 12 . It is possible, but not necessary, that also between the second component 12 and the third component 13 a material connection is produced by the welding current described above.

In dieser Ausgestaltung weist das erste Bauteil eine Dicke D1 von etwa 0,7 mm auf, das zweite Bauteil weist eine Dicke D2 von etwa2,5 mm auf und das dritte Bauteil eine Dicke D3 von etwa2,0 mm. Das Verhältnis V der Dicke D2 des zweiten Bauteils 12 zur Dicke D1 des ersten Bauteils 11 beträgt somit V = 3,6. Bauteilverbunde aus Bauteilen mit derartigen Dickenverhältnissen sind mit herkömmlichen Punktschweißverfahren nicht herstellbar.In this embodiment, the first component has a thickness D1 of about 0.7 mm, the second component has a thickness D2 of about 2.5 mm and the third component has a thickness D3 of about 2.0 mm. The relationship V the thick D2 of the second component 12 to the thickness D1 of the first component 11 is thus V = 3.6. Component assemblies from components with such thickness ratios cannot be produced using conventional spot welding processes.

2 zeigt das erste Bauteil 11 bevor es zur Herstellung der Widerstandsschweißverbindung mit dem zweiten Bauteil 12 in Kontakt gebracht wurde. Es ist ersichtlich, dass das mittels Auftragschweißen aufgebrachte Material 20 einen Buckel an der Unterseite des ersten Bauteils 11 ausbildet. Im Gefüge ist eine Trennlinie erkennbar, die das aufgebrachte Material 20 vom Material des ersten Bauteils 11 trennt. Nichtsdestotrotz besteht auch zwischen dem aufgebrachten Material 20 und dem ersten Bauteil 11 eine stoffschlüssige Verbindung. 2nd shows the first component 11 before making the resistance weld to the second component 12 has been brought into contact. It can be seen that the material applied by means of cladding 20th a hump on the underside of the first component 11 trains. A dividing line can be seen in the structure, which is the applied material 20th the material of the first component 11 separates. Nevertheless, there is also between the applied material 20th and the first component 11 a cohesive connection.

Die Dicke D1 des ersten Bauteils 11 im den dem Buckel benachbarten Bereichen beträgt 0,7 mm. Im Bereich des Buckels ist die Dicke D1 des ersten Bauteils 11 durch das aufgebrachte Material 20 um etwa 85% gesteigert, sodass sie etwa 1,3 mm beträgt.The fat D1 of the first component 11 in the areas adjacent to the hump is 0.7 mm. In the area of the hump is the thickness D1 of the first component 11 through the applied material 20th increased by about 85% so that it is about 1.3 mm.

Bezugszeichenliste Reference symbol list

1010th: BauteilverbundComponent group
1111: Erstes BauteilFirst component
1212: Zweites BauteilSecond component
1313: Drittes BauteilThird component
2020th: Materialmaterial
3030th: SchweißelektrodeWelding electrode
FF: Kraftforce
D1D1: Dickethickness
D2D2: Dickethickness
D3D3: Dickethickness

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

DE 102015009211 A1 [0005]
CH 453230 A [0006]
DE 102008044691 A1 [0007]

Claims

Method for producing a component assembly (10), comprising the steps: - provision of an electrically conductive first component (11) and an electrically conductive second component (12), - Applying a material (20) to the first component (11) by means of cladding, and - Resistance-related heating of at least a portion of the applied material (20), the first component (11) and the second component (12), so that the first component (11) and the second component (12) are integrally connected to one another by means of resistance welding.

Method for producing a component assembly (10) according to Claim 1 , characterized in that the first component (11) and the second component (12) are positioned in relation to one another before resistance welding in such a way that the applied material (20) is arranged between the two components.

Method for producing a component assembly (10) according to one of the preceding claims, characterized in that resistance welding is realized as resistance spot welding.

Method for producing a component assembly (10) according to one of the preceding claims, characterized in that the build-up welding is carried out by means of arc welding, in particular by means of metal active gas welding.

Method for producing a component assembly (10) according to Claim 4 , characterized in that the arc welding is carried out pulsating to prevent overheating of the first component (11) and / or the applied material (20).

Method for producing a component assembly (10) according to one of the preceding claims, characterized in that before the build-up welding at least in the area of the material (20) to be applied or the resistance welding to be carried out for a ratio V of a thickness D2 of the second component (12) to one Thickness D1 of the first component (11) applies: 1 <V ≤ 10, in particular 1.5 ≤ V ≤ 5.

Method for producing a component assembly (10) according to one of the preceding claims, characterized in that the first component (11), the second component (12) and / or the applied material (20) comprise steel and are in particular made of steel.

Method for producing a component assembly (10) according to one of the preceding claims, characterized in that an electrically conductive third component (13) is arranged on the side of the second component (12) facing away from the first component (11) during the production of the integral connection and contacts it in an electrically conductive manner, a welding current for the integral connection of the first component (11) and the second component (12) being realized by the third component (13).

Method for producing a component assembly (10) according to Claim 8 , characterized in that a welding connection between the second component (12) and the third component (13) is made by means of the welding current.

Motor vehicle, in particular a passenger car or commercial vehicle, comprising at least one using the method according to one of the Claims 1 - 9 Component assembly (10) produced, the component assembly (10) being in particular a sill or part of a sill.