DE102020000428A1 - Component composite and motor vehicle - Google Patents
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Abstract
Beschrieben wird ein Bauteilverbund, mit einem ersten Bauteil und wenigstens einem zweiten Bauteil, die entlang einer Fügezone miteinander verschweißt sind, wobei das erste Bauteil einen ersten Fügebereich aufweist und das zweite Bauteil einen zweiten Fügebereich aufweist, wobei ein erster Fügebereich und ein zweiter Fügebereich jeweils aus Metall bestehen, wobei zwischen dem ersten Fügebereich und dem zweiten Fügebereich eine Faserstruktur eingebracht und eingeschweißt ist.A component composite is described with a first component and at least one second component which are welded to one another along a joining zone, the first component having a first joining area and the second component having a second joining area, a first joining area and a second joining area each consisting of Made of metal, a fiber structure being introduced and welded between the first joining area and the second joining area.
Description
Beschrieben werden ein Bauteilverbund sowie ein Kraftfahrzeug.A component assembly and a motor vehicle are described.
Bauteilverbünde sowie Kraftfahrzeuge der eingangs genannten Art sind im Stand der Technik bekannt.Component assemblies and motor vehicles of the type mentioned at the beginning are known in the prior art.
Bauteilverbünde sind Objekte, die aus mehreren einzelnen Bauteilen zusammengesetzt sind. Ein Bauteilverbund kann aus zwei miteinander verbundenen Bauteilen bestehen.Component groups are objects that are composed of several individual components. A composite component can consist of two interconnected components.
Im Stand der Technik sind viele verschiedene Verbindungsarten bekannt. Diese werden generell klassifiziert in stoffschlüssige, reibschlüssige und formschlüssige Verbindungen. Zur Klasse der stoffschlüssigen Verbindungen zählen Schweißverbindungen, insbesondere wenn die zu verbindenden Bauteile aus Metall bestehen. Bei geschweißten metallischen Bauteilverbünden ist es bekannt, dass das Schweißen, bei dem eine große Menge Energie in einen sehr kleinen Bereich eingetragen wird, um Metall zu verflüssigen, lokale Veränderungen der Gefügestruktur der Bauteile verursachen kann, die die Festigkeit des Bauteilverbunds beeinträchtigen kann. Beim Auftragsschweißen, bei dem ein geschmolzenes Schweißmaterial aufgebracht wird, kommt hinzu, dass das verwendete Schweißmaterial aus einem anderen Material bestehen kann als die zu verbindenden Bauteile und häufig eine andere Festigkeit aufweist als die zu schweißenden Bauteile. Daher stellen Schweißverbindungen häufig Schwachstellen dar, die bei Überschreiten einer maximal tolerablen Last als erstes versagen.Many different types of connections are known in the art. These are generally classified into material, frictional and positive connections. Welded connections belong to the class of material connections, especially when the components to be connected are made of metal. In the case of welded metallic component composites, it is known that welding, in which a large amount of energy is introduced into a very small area in order to liquefy metal, can cause local changes in the structural structure of the components, which can impair the strength of the component composite. With build-up welding, in which a molten welding material is applied, there is also the fact that the welding material used can consist of a different material than the components to be connected and often has a different strength than the components to be welded. Therefore, welded connections often represent weak points which fail first when a maximum tolerable load is exceeded.
In Kraftfahrzeugen für den Individualstraßenverkehr sind in aller Regel eine Menge metallischer Bauteile zu finden, insbesondere an tragenden Strukturen. Diese werden in aller Regel aus mehreren Einzelbauteilen zusammengesetzt und zu komplexen Bauteilverbünden verschweißt. Zurzeit ist es erforderlich, die Bauteilverbünde in den Fügebereichen entsprechend aufzudicken, um die notwendige Festigkeit durch eine höhere Materialstärke herzustellen. Hierdurch verändern sich aber sowohl Schwingungsverhalten als auch Gewicht. Alternativ können die Fügebereiche in Bereiche geringer mechanischer Belastung positioniert werden, was die Gestaltungsfreiheit reduziert.A large number of metallic components can usually be found in motor vehicles for individual road traffic, especially on load-bearing structures. These are usually composed of several individual components and welded to form complex component assemblies. It is currently necessary to thicken the component assemblies accordingly in the joining areas in order to produce the necessary strength through a higher material thickness. However, this changes both the vibration behavior and the weight. Alternatively, the joining areas can be positioned in areas of low mechanical stress, which reduces the freedom of design.
Aus der
Somit stellt sich die Aufgabe, Bauteilverbünde sowie Kraftfahrzeuge der eingangs genannten Art dahingehend weiterzubilden, dass stabilere Bauteilverbünde bei geringerem Gewicht möglich sind.Thus, the task arises of developing component assemblies and motor vehicles of the type mentioned at the beginning in such a way that more stable component assemblies are possible with lower weight.
Die Aufgabe wird gelöst durch einen Bauteilverbund gemäß Anspruch 1 sowie ein Kraftfahrzeug gemäß dem nebengeordneten Anspruch 10. Weiterführende Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.The object is achieved by a component assembly according to claim 1 and a motor vehicle according to the
Beschrieben wird ein Bauteilverbund, mit einem ersten Bauteil und wenigstens einem zweiten Bauteil, die entlang einer Fügezone miteinander verschweißt sind, wobei das erste Bauteil einen ersten Fügebereich aufweist und das zweite Bauteil einen zweiten Fügebereich aufweist, wobei erster Fügebereich und zweiter Fügebereich jeweils aus Metall bestehen, wobei zwischen den ersten Fügebereich und den zweiten Fügebereich eine Faserstruktur eingebracht und eingeschweißt ist.A component composite is described with a first component and at least one second component which are welded together along a joining zone, the first component having a first joining area and the second component having a second joining area, the first joining area and the second joining area each being made of metal , a fiber structure being introduced and welded between the first joining area and the second joining area.
Durch das Einbringen der Faserstruktur in den Fügebereich ist es möglich, bei Dehnungsbeanspruchungen der Schweißverbindung Kräfte über die Faserstruktur aufzunehmen, wodurch eine entsprechende Schweißverbindung stabiler ist als eine herkömmliche Schweißverbindung ohne Faserstruktur. Dadurch kann einer Rissbildung in der Schweißnaht vorgebeugt werden. Es werden hochbelastete Schweißverbindungen möglich, die bei Verbindungen mit allen schweißbaren metallischen Werkstoffen umsetzbar sind. Dadurch erhöht sich die Lebensdauer der Schweißnaht, ohne dass konstruktive Veränderungen der Bauteile im Bereich der Schweißverbindung notwendig sind.By introducing the fiber structure into the joining area, it is possible to absorb forces via the fiber structure when the welded connection is subjected to expansion, whereby a corresponding welded connection is more stable than a conventional welded connection without a fiber structure. This can prevent the formation of cracks in the weld seam. Highly stressed welded connections are possible, which can be implemented with connections with all weldable metallic materials. This increases the service life of the weld without having to make structural changes to the components in the area of the welded joint.
Das Einbringen einer Faserstruktur in die Fügebereiche ist grundsätzlich mit allen herkömmlichen Schmelzschweißverfahren umsetzbar.The introduction of a fiber structure into the joining areas can be implemented with all conventional fusion welding processes.
Ein weiterer Vorteil ist, dass aufgrund der höheren Festigkeit der Schweißverbindung eine Reduzierung der Anbindungsfläche möglich ist, also kann mit geringeren Schweißnahtlängen und/oder Einschweißtiefen gearbeitet werden. Dies reduziert weiterhin die Anlagekosten, da kleinere Schweißgeräte verwendet werden können und gleichzeitig die Herstellungskosten, da die Taktzeiten sinken. Ein entsprechender Bauteilverbund kann leichter gestaltet werden als ein herkömmlicher Bauteilverbund.Another advantage is that, due to the higher strength of the welded connection, a reduction in the connection area is possible, that is, with shorter weld seam lengths and / or Welding depths are worked. This further reduces the plant costs, since smaller welding devices can be used, and at the same time the production costs, since the cycle times decrease. A corresponding component assembly can be designed more easily than a conventional component assembly.
In einer ersten weiterführenden Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass die Faserstruktur ein Fasernetz oder ein Fasergewebe ist.In a first further embodiment it can be provided that the fiber structure is a fiber network or a fiber fabric.
Ein Fasernetz hat den Vorteil, dass es sehr dünn ist und damit ohne Probleme und ohne konstruktive Veränderungen zwischen die Bauteile im Fügebereich eingebracht werden kann. Ein Fasergewebe hat den Vorteil, dass es viele Fasern aufweist, die Kraft übertragen können. Ein entsprechender Bauteilverbund wird damit stabiler.A fiber network has the advantage that it is very thin and can therefore be inserted between the components in the joint area without problems and without structural changes. A fiber fabric has the advantage that it has many fibers that can transmit force. A corresponding component composite is thus more stable.
In einer weiteren weiterführenden Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass die Verschweißung durch Autragschweißen oder ein Schmelzschweißverfahren hergestellt ist.In a further refinement, it can be provided that the weld is produced by autoclave welding or a fusion welding process.
Ein entsprechendes Schmelzschweißverfahren ist z.B. Laserschweißen.A corresponding fusion welding process is e.g. Laser welding.
Die Verwendung von Faserstrukturen ist sowohl beim Auftragsschweißen als auch beim Schmelzschweißen sehr gut möglich.The use of fiber structures is very possible both for build-up welding and for fusion welding.
In einer weiteren weiterführenden Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass die Faserstruktur in mehreren Schichten eingebracht ist.In a further refinement, it can be provided that the fiber structure is introduced in several layers.
Durch das Einbringen der Faserstruktur in mehreren Schichten können höhere Stabilitäten erreicht werden. Die Schichten müssen nicht parallel sein.By introducing the fiber structure in several layers, higher stability can be achieved. The layers do not have to be parallel.
In einer weiteren weiterführenden Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass die Faserstruktur Siliciumcarbid und/oder Wolframcarbid aufweist.In a further refinement, it can be provided that the fiber structure comprises silicon carbide and / or tungsten carbide.
Sowohl Siliciumcarbid als auch Wolframcarbid weisen höhere Temperaturfestigkeiten und höhere Zugfestigkeit als üblicherweise im Kraftfahrzeugbereich verbaute Metalle auf. Faserstrukturen aus den vorgenannten Materialien können somit die Stabilität entsprechender Bauteilverbünde signifikant erhöhen.Both silicon carbide and tungsten carbide have higher temperature strengths and higher tensile strengths than metals normally used in the automotive sector. Fiber structures made from the aforementioned materials can thus significantly increase the stability of corresponding component assemblies.
In einer weiteren weiterführenden Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass die Faserstruktur eine höhere Zugfestigkeit als die zu verschweißenden Werkstoffe aufweist.In a further refinement, it can be provided that the fiber structure has a higher tensile strength than the materials to be welded.
Hierdurch lässt sich die Rissfestigkeit einer entsprechenden Bauteilverschweißung erhöhen.This allows the crack resistance of a corresponding component weld to be increased.
In einer weiteren weiterführenden Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass ein erstes Bauteil und ein zweites Bauteil mittels einer I-Naht an einem Überlappstoß verschweißt sind, wobei die Faserstruktur in eine Bauteilöffnung des ersten Bauteils eingebracht ist.In a further refinement, provision can be made for a first component and a second component to be welded to an overlap joint by means of an I-seam, the fiber structure being introduced into a component opening of the first component.
Die Faserstruktur kann während der Montage bzw. Positionierung der Bauteile zueinander in die Bauteilöffnung eingebracht werden, in vielen Fällen ohne die Notwendigkeit einer weitergehenden Fixierung.The fiber structure can be introduced into the component opening during the assembly or positioning of the components with respect to one another, in many cases without the need for further fixing.
In einer weiteren weiterführenden Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass ein erstes Bauteil und ein zweites Bauteil mittels einer Kehlnaht verbunden sind, wobei die Faserstruktur zwischen dem ersten Bauteil und zweiten Bauteil eingelegt ist.In a further refinement, it can be provided that a first component and a second component are connected by means of a fillet weld, the fiber structure being inserted between the first component and the second component.
Kehlnähte sind besonders hohen Scherkräften ausgesetzt. Daher kann der Einsatz einer Faserstruktur bei Kehlnahtverbindungen besonders nützlich sein.Fillet welds are exposed to particularly high shear forces. Therefore, the use of a fibrous structure can be particularly useful in fillet weld joints.
In einer weiteren weiterführenden Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass ein erstes Bauteil und ein zweites Bauteil mittels einer Stumpfstoßnaht miteinander verbunden sind, wobei die Faserstruktur auf das erste Bauteil und das zweite Bauteil auf einer Schweißseite aufgelegt ist.In a further refinement, it can be provided that a first component and a second component are connected to one another by means of a butt joint, the fiber structure being placed on the first component and the second component on a weld side.
Das Auflegen der Faserstruktur ermöglicht das Positionieren desselben, in der Regel ohne die Notwendigkeit zum Fixieren der Faserstruktur im Vormontageprozess.Laying on the fiber structure enables it to be positioned, generally without the need to fix the fiber structure in the pre-assembly process.
Überstehende Fasern können, je nach technischen und ästhetischen Anforderungen, nach dem Schweißprozess entfernt werden.Depending on the technical and aesthetic requirements, protruding fibers can be removed after the welding process.
Ein erster unabhängiger Gegenstand betrifft ein Kraftfahrzeug mit wenigstens einem Bauteilverbund der zuvor beschriebenen Art.A first independent subject relates to a motor vehicle with at least one composite component of the type described above.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der - gegebenenfalls unter Bezug auf die Zeichnung - zumindest ein Ausführungsbeispiel im Einzelnen beschrieben ist. Gleiche, ähnliche und/oder funktionsgleiche Teile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen.Further advantages, features and details emerge from the following description in which at least one exemplary embodiment is described in detail - possibly with reference to the drawing. Identical, similar and / or functionally identical parts are provided with the same reference symbols.
Es zeigen schematisch:
-
1a, b einen Bauteilverbund in einer ersten Ausführungsform mit zwei Bauteilen, die mittels einer I-Naht miteinander verschweißt werden; -
2 einen Bauteilverbund in einer zweiten Ausführungsform mit zwei Bauteilen, die mittels einer Kehlnaht miteinander verschweißt werden; -
3 einen Bauteilverbund in einer dritten Ausführungsform mit zwei Bauteilen, die mittels einer Stumpfstoßnaht miteinander verschweißt werden, sowie -
4 ein Bauteilverbund mit eingebrachter Faserstruktur in einer Rissbrücke.
-
1a, b a component composite in a first embodiment with two components that are welded to one another by means of an I-seam; -
2 a component composite in a second embodiment with two components which are welded to one another by means of a fillet weld; -
3 a component composite in a third embodiment with two components which are welded to one another by means of a butt joint, and -
4th a composite component with an inserted fiber structure in a crack bridge.
Die Verschweißung soll als I-Naht erfolgen. Das erste Bauteil
Vor dem Verschweißen wird ein erstes Fasernetz
Anschließend werden erstes Bauteil
Die Fasernetze
Ein erstes Bauteil
Ein Fasernetz
Der Bauteilverbund
Ein Fasernetz
Die Bauteilverbünde nach
Die Rissbrücke
Obwohl die Erfindung im Detail durch bevorzugte Ausführungsbeispiele näher illustriert und erläutert wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen. Es ist daher klar, dass eine Vielzahl von Variationsmöglichkeiten existiert. Es ist ebenfalls klar, dass beispielhaft genannte Ausführungsformen wirklich nur Beispiele darstellen, die nicht in irgendeiner Weise als Begrenzung etwa des Schutzbereichs, der Anwendungsmöglichkeiten oder der Konfiguration der Erfindung aufzufassen sind. Vielmehr versetzen die vorhergehende Beschreibung und die Figurenbeschreibung den Fachmann in die Lage, die beispielhaften Ausführungsformen konkret umzusetzen, wobei der Fachmann in Kenntnis des offenbarten Erfindungsgedankens vielfältige Änderungen, beispielsweise hinsichtlich der Funktion oder der Anordnung einzelner, in einer beispielhaften Ausführungsform genannter Elemente, vornehmen kann, ohne den Schutzbereich zu verlassen, der durch die Ansprüche und deren rechtliche Entsprechungen, wie etwa einer weitergehenden Erläuterung in der Beschreibung, definiert wird.Although the invention has been illustrated and explained in more detail by preferred exemplary embodiments, the invention is not restricted by the disclosed examples and other variations can be derived therefrom by the person skilled in the art without departing from the scope of protection of the invention. It is therefore clear that there is a multitude of possible variations. It is also clear that embodiments cited by way of example really only represent examples that are not to be interpreted in any way as a limitation, for example, of the scope of protection, the possible applications or the configuration of the invention. Rather, the preceding description and the description of the figures enable the person skilled in the art to implement the exemplary embodiments in concrete terms, whereby the person skilled in the art, with knowledge of the disclosed inventive concept, can make various changes, for example with regard to the function or the arrangement of individual elements mentioned in an exemplary embodiment, without leaving the scope of protection that is defined by the claims and their legal equivalents, such as a more detailed explanation in the description.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION
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DE102020000428.8A Withdrawn DE102020000428A1 (en) | 2020-01-24 | 2020-01-24 | Component composite and motor vehicle |
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