DE102020104473A1

DE102020104473A1 - Verfahren zum Bereitstellen eines Bauteilverbunds für ein Kraftfahrzeug sowie Bauteilverbund für ein Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE102020104473A1
Application number: DE102020104473.9A
Authority: DE
Inventors: Mario Meinhardt; Robert Kirschner
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2020-02-20
Filing date: 2020-02-20
Publication date: 2021-08-26
Also published as: US20230078654A1; WO2021165002A1; CN114829053B; CN114829053A

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bereitstellen eines Bauteilverbunds (1) für ein Kraftfahrzeug, bei welchem in eine Öffnung (3) eines ersten Blechs (2) ein schweißbares Element (4) eingelegt wird, an eine Seite (8) des ersten Blechs (2) ein zweites Blech (5) angelegt und für ein Verkleben der Bleche zwischen den Blechen ein Klebstoff (6) angeordnet wird, und das zweite Blech (5) an das schweißbare Element (4) angelegt und mit dem schweißbaren Element (4) verschweißt wird, wobei beim Einlegen des schweißbaren Elements (4) in die Öffnung (3) des ersten Blechs (2) an der dem zweiten Blech (5) zugewandten Seite (8) des ersten Blechs (2) an einer Fuge (7) zwischen dem ersten Blech (2) und dem schweißbaren Element (4) ein zu der Seite (8) hin offenes Reservoir (9) vorgehalten wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bereitstellen eines Bauteilverbunds für ein Kraftfahrzeug sowie einen Bauteilverbund für ein Kraftfahrzeug gemäß den Oberbegriffen der unabhängigen Patentansprüche.
Aus der DE 10 2017 205 940 A1 ist ein Verfahren zur Herstellung eines Bauteilverbunds mittels Widerstandsschweißen bekannt, bei welchem ein Fügeelement in ein Aluminiumblech eingesteckt wird, wodurch das Fügeelement mit einem Stahlblech, welches an dem Aluminiumblech anliegt, kontaktiert wird. Zumindest durch das Fügeelement und das Stahlblech wird ein elektrischer Strom geleitet, um eine widerstandsbedingte Erwärmung zu erzielen, wodurch sich im Kontaktbereich des Fügeelements mit dem Stahlblech ein Schweißbereich ausbildet. Zusätzlich zur Schweißverbindung kann zwischen dem Aluminiumblech und dem Stahlblech eine Klebeverbindung hergestellt werden. Hierfür wird zumindest in einem Bereich eines der Bleche ein Klebstoff eingebracht. Die widerstandsbedingte Einbringung von Wärme kann dabei eine Realisierung der Klebverbindung verbessern und einen besonders großen Halt zwischen den geklebten Flächen ermöglichen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zum Bereitstellen eines Bauteilverbunds für ein Kraftfahrzeug sowie einen Bauteilverbund für ein Kraftfahrzeug zu schaffen, welche ein besonders sicheres Verbinden eines ersten Blechs mit einem zweiten Blech ermöglichen und dabei einen besonders großen Korrosionsschutz des Bauteilverbunds bereitstellen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren zum Bereitstellen eines Bauteilverbunds für ein Kraftfahrzeug sowie durch einen Bauteilverbund für ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche und der Beschreibung.
Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bereitstellen eines Bauteilverbunds für ein Kraftfahrzeug, bei welchem in eine Öffnung eines ersten Blechs ein schweißbares Element eingelegt wird. Bei dem ersten Blech handelt es sich beispielsweise um ein Aluminiumblech. Bei dem Verfahren ist des Weiteren vorgesehen, dass an eine Seite des ersten Blechs ein zweites Blech angelegt und für ein Verkleben der Bleche zwischen den Blechen ein Klebstoff angeordnet wird. Bei dem zweiten Blech handelt es sich beispielsweise um ein Stahlblech. Das zweite Blech wird an das schweißbare Element angelegt und mit dem schweißbaren Element verschweißt. Somit wird der Bauteilverbund im Rahmen eines Widerstandselementschweißens hergestellt, wobei das schweißbare Element eine sichere Verbindung zwischen dem ersten Blech und dem zweiten Blech ermöglicht. Bei dem Bauteilverbund handelt es sich um eine Mischbauverbindung. Das bedeutet, dass das erste Blech und das zweite Blech aus zueinander unterschiedlichen Materialien, insbesondere zueinander unterschiedlichen Metallen gebildet sind. Das erste Blech ist mit dem zweiten Blech direkt lediglich schwer beziehungsweise gar nicht verschweißbar. Somit wird das schweißbare Element als Hilfsmittel verwendet, um das erste Blech mit dem zweiten Blech sicher verbinden zu können. Das schweißbare Element ist dazu eingerichtet, mit dem zweiten Blech verschweißt zu werden. Das schweißbare Element und das zweite Blech sind über ein Widerstandsschweißen miteinander verschweißbar. Insbesondere ist es vorgesehen, dass das schweißbare Element in das erste Blech eingebracht wird und anschließend auf der Seite desersten Blechs und/oder auf dem zweiten Blech der Klebstoff aufgetragen wird. Anschließend wird das zweite Blech an die Seite des ersten Blechs angelegt, wodurch das zweite Blech mit dem ersten Blech sowie mit dem schweißbaren Element kontaktiert wird. Über den Klebstoff ist somit das zweite Blech mit dem ersten Blech verklebt und darüber hinaus wird das zweite Blech mit dem schweißbaren Element verschweißt, wodurch das zweite Blech besonders sicher am ersten Blech gehalten ist. Um einen besonders hohen Korrosionsschutz des Bauteilverbunds realisieren zu können, ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass beim Einlegen des schweißbaren Elements in die Öffnung des ersten Blechs an der dem zweiten Blech zugewandten Seite des ersten Blechs an einer Fuge zwischen dem ersten Blech und dem schweißbaren Element ein zu der Seite hin offenes Reservoir vorgehalten wird. Beim Anlegen des zweiten Blechs an die dem zweiten Blech zugewandte Seite des ersten Blechs kann der an der Seite des ersten Blechs und/oder an dem zweiten Blech angeordnete Klebstoff in das Reservoir einfließen. Es ist vorgesehen, dass über das Reservoir der Klebstoff in die Fuge zwischen dem schweißbaren Element und dem ersten Blech einfließt. Insbesondere ist vorgesehen, dass der Klebstoff die Fuge zwischen dem schweißbaren Element und dem ersten Blech vollständig ausfüllt. Ein Ansammeln von Feuchtigkeit oder ein Niederschlagen von Luftfeuchtigkeit in der Fuge kann dadurch vermieden werden. Ein direkter Kontakt des schweißbaren Elements und des ersten Blechs mit Wasser kann somit vermieden werden. Aufgrund dessen, dass ein direkter Kontakt des schweißbaren Elements und des ersten Blechs mit Wasser unterbleibt, kann eine Korrosionsgefahr des Bauteilverbunds besonders gering gehalten werden.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das schweißbare Element bündig mit der dem zweiten Blech zugewandten Seite des ersten Blechs abschließt und einen Öffnungsquerschnitt der Öffnung vollständig überdeckt. Das bündige Abschließen des schweißbaren Elements mit der dem zweiten Blech zugewandten Seite des ersten Blechs bewirkt einen besonders großflächigen Kontakt zwischen dem zweiten Blech und dem schweißbaren Element, wodurch eine besonders sichere Verbindung zwischen dem schweißbaren Element und dem zweiten Blech geschaffen werden kann. Unter dem bündigen Abschließen des schweißbaren Elements mit dem ersten Blech, insbesondere einer die Öffnung begrenzenden Wandung des ersten Blechs, ist zu verstehen, dass das schweißbare Element weder wesentlich hinter der die Öffnung begrenzenden Wandung des ersten Blechs zurückspringt, noch wesentlich über diese hervorspringt. Das vollständige Überdecken des Öffnungsquerschnitts der Öffnung mittels des schweißbaren Elements stellt ein besonders sicheres Halten des schweißbaren Elements an dem ersten Blech und über das schweißbare Element einen besonders sicheren Halt des ersten Blechs an dem zweiten Blech sicher. Hierbei kann das schweißbare Element zumindest bereichsweise konisch ausgebildet sein, insbesondere eine sanduhrförmige Geometrie aufweisen, wodurch eine besonders sichere Verbindung zwischen dem schweißbaren Element und dem ersten Blech bereitgestellt werden kann.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung hat es sich als vorteilhaft gezeigt, wenn nach dem Anlegen des zweiten Blechs an das erste Blech an einer dem zweiten Blech abgewandten weiteren Seite des ersten Blechs eine die Fuge überdeckende Vakuumsaugeinrichtung angelegt wird, mittels welcher der Klebstoff aus dem Reservoir in die Fuge saugbar ist. Mittels der Vakuumsaugeinrichtung ist somit die Fuge, welche sich in der Öffnung zwischen dem schweißbaren Element und dem ersten Blech auftut, mit einem Unterdruck beaufschlagbar, wodurch in dem Reservoir angesammelter Klebstoff in die Fuge hineinfließt. Mittels der Vakuumsaugeinrichtung, welche an der dem Reservoir gegenüberliegenden Seite des ersten Blechs angelegt wird, wird somit der Klebstoff in die Fuge gesaugt, wodurch die Fuge mit dem Klebstoff befüllt werden kann. Infolge des Einfließens des Klebstoffs in die Fuge wird die wenigstens eine Fuge vollständig ausgefüllt, wodurch ein Niederschlagen von Luftfeuchtigkeit in der Fuge vermieden werden kann, wodurch wiederum eine Korrosionsgefahr des Bauteilverbunds besonders gering gehalten werden kann.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das schweißbare Element und das zweite Blech über Widerstandspunktschweißen miteinander verschweißt werden. Beim Widerstandspunktschweißen wird an das schweißbare Element und an das zweite Blech je eine Elektrode angelegt, über welche dem schweißbaren Element und dem zweiten Blech Strom zugeführt wird. Eine joulsche Stromwärme, die von einem lokalen Stromfluss durch das schweißbare Element und das zweite Blech erzeugt wird, wird zum Erwärmen einer Kontaktstelle zwischen dem schweißbaren Element und dem zweiten Blech genutzt. Durch eine resultierende Widerstandswärme an der Kontaktstelle zwischen dem schweißbaren Element und dem zweiten Blech werden das schweißbare Element und das zweite Blech an der Kontaktstelle bis zum Erreichen einer erforderlichen Schweißtemperatur erhitzt. Infolge des Erhitzens werden das schweißbare Element und das zweite Blech lokal aufgeschmolzen und sind infolge des Erstarrens der Schmelze miteinander gefügt. Über das Widerstandspunktschweißen sind das schweißbare Element und das zweite Blech besonders einfach und sicher miteinander verbindbar.
In diesem Zusammenhang hat es sich als besonders vorteilhaft erwiesen, wenn eine in der Fuge einzustellende Temperatur vorgegeben wird und in Abhängigkeit von der einzustellenden Temperatur ein Stromfluss des Widerstandspunktschweißens eingestellt wird. Die Temperatur in der Fuge ergibt sich insbesondere durch ein Erwärmen des schweißbaren Elements infolge des Anlegens des Stroms mittels der Elektroden an dem schweißbaren Element und dem zweiten Blech. Mit anderen Worten wird die Schweißtemperatur in Abhängigkeit davon gewählt, welche Temperatur in der Fuge zwischen dem schweißbaren Element und dem ersten Blech resultieren soll. Eine in der Fuge resultierende Temperatur beeinflusst jeweilige Fließeigenschaften des in dem Reservoir angeordneten Klebstoffs, welcher in die Fuge einfließen soll. Insbesondere kann die in der Fuge einzustellende Temperatur derart gewählt werden, dass ein Einfließen des Klebstoffs aus dem Reservoir in die Fuge beim Verschweißen des schweißbaren Elements mit dem zweiten Blech mit wenigstens einer vorgegebenen Mindestwahrscheinlichkeit sichergestellt werden kann. Über die Schweißtemperatur kann somit das Einfließen des Klebstoffs in die Fuge sichergestellt werden, was zur Folge hat, dass der Bauteilverbund besonders sicher vor Korrosion geschützt werden kann.
Es hat sich als weiterhin vorteilhaft gezeigt, wenn sich bei Widerstandspunktschweißen in der Fuge ein Einstellen der Temperatur ermittelt wird und der Klebstoff mit klebenden Stoffanteilen gewählt wird, deren Siedepunkt unterhalb der ermittelten Temperatur liegt. Das bedeutet, dass der Klebstoff in Abhängigkeit von der Schweißtemperatur insbesondere der infolge der Schweißtemperatur sich in der Fuge einstellenden Temperatur gewählt wird, um sicherzustellen, dass sich die klebenden Stoffanteile beim Verschweißen des schweißbaren Elements mit dem zweiten Blech in die Fuge bewegen, wodurch das schweißbare Element mit der die Öffnung begrenzenden Wandung des ersten Blechs verklebt wird, wodurch das schweißbare Element sicher an der die Öffnung begrenzenden Wandung des ersten Blechs erhalten und gleichzeitig elektrisch gegen die die Öffnung begrenzende Wandung des ersten Blechs isoliert ist. Beim Verschweißen des schweißbaren Elements mit dem zweiten Blech stellt sich in dem schweißbaren Element die Schweißtemperatur ein und infolgedessen resultiert eine von der Schweißtemperatur abhängige Temperatur in der Fuge. Infolge der in der Fuge resultierenden Temperatur verdampfen die klebrigen Stoffanteile des Klebstoffs, deren Siedepunkt unterhalb der in der Fuge resultierenden Temperatur liegt und dampfen in die Fuge ein, in welcher sie sich niederschlagen können, wodurch das schweißbare Element mit der die Öffnung begrenzenden Wandung des ersten Blechs verklebt wird. Durch das Anpassen der klebenden Stoffanteile durch deren Auswahl anhand deren Siedepunkt kann das Hineinbewegen der klebenden Stoffanteile in die Fuge beim Widerstandspunktschweißen des schweißbaren Elements mit dem zweiten Blech sichergestellt werden.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung hat es sich als vorteilhaft gezeigt, wenn ein Klebstoff an der dem zweiten Blech zugewandten Seite des ersten Blechs angeordnet wird, welcher magnetisierbare Partikel und/oder ein Treibmittel und/oder ein Geliermittel umfasst. Mittels des Treibmittels kann der in dem Reservoir angeordnete Klebstoff in die Fuge getrieben werden. Mittels des Geliermittels kann eine Viskosität des in dem Reservoir angeordneten Klebstoffs eingestellt werden, insbesondere der in dem Reservoir angeordnete Klebstoff geliert werden, wodurch Fließeigenschaften des Klebstoffs eingestellt werden können, was zur Folge hat, dass der Klebstoff besonders sicher und zuverlässig in die Fuge fließt. Die magnetisierbaren Partikel sind dazu eingerichtet, sich infolge des Magnetfelds, welches aufgrund des sich beim Widerstandspunktschweißen einstellenden Stromflusses zwischen dem schweißbaren Element und dem zweiten Blech resultiert, auszurichten, wodurch der die magnetisierbaren Partikel umfassende Klebstoff von dem Reservoir in die Fuge einströmt. Sowohl die magnetisierbaren Partikel als auch das Treibmittel als auch das Geliermittel ermöglichen ein besonders sicheres Einströmen des Klebstoffs in die Fuge, wodurch sichergestellt werden kann, dass die Fuge vollständig mit dem Klebstoff ausgefüllt wird. Infolgedessen kann eine Korrosionsgefahr für den Bauteilverbund besonders gering gehalten werden.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Bauteilverbund nach dem Verkleben des zweiten Blechs mit dem ersten Blech in einer Erwärmvorrichtung erwärmt wird. Bei der Erwärmvorrichtung kann es sich beispielsweise um einen Trockner einer Einrichtung zum kathodischen Tauchlackieren des Bauteilverbunds handeln. Infolge des Erwärmens des Bauteilverbunds kann der Klebstoff aus dem Reservoir in die Fuge einfließen. Insbesondere wird infolge des Erwärmens des Bauteilverbunds der Klebstoff erwärmt, wodurch eine Viskosität des Klebstoffs sinkt, was wiederum zu besonders vorteilhaften Fließeigenschaften des Klebstoffs und infolgedessen zu einem besonders sicheren Einfließen des Klebstoffs in die Fuge führt. Bei dem Verfahren wird somit das schweißbare Element in der Öffnung des ersten Blechs angeordnet, anschließend an der dem zweiten Blech zugewandten Seite des ersten Blechs und/oder an dem zweiten Blech der Klebstoff aufgetragen und das zweite Blech an die Seite des ersten Blechs angelegt. Anschließend wird der Bauteilverbund mittels der Erwärmvorrichtung erwärmt, wodurch der Klebstoff aus dem Reservoir in die Fuge einströmt. Nach dem Einströmen des Klebstoffs in die Fuge, insbesondere nach dem Erwärmen des Bauteilverbunds mittels der Erwärmvorrichtung wird das schweißbare Element mit dem zweiten Blech verschweißt. Das Erwärmen des Bauteilverbunds vor dem Verschweißen stellt sicher, dass die Fuge vollständig mit dem Klebstoff gefüllt wird. Das Erwärmen des Bauteilverbunds stellt eine besonders einfache Möglichkeit bereit, Fließeigenschaften des Klebstoffs einzustellen, wodurch der Klebstoff besonders sicher in die Fuge einfließt, wodurch eine vorteilhafterweise vollständige Anfüllung der Fuge mit dem Klebstoff erreicht werden kann.
Die Erfindung betrifft des Weiteren einen Bauteilverbund für ein Kraftfahrzeug, mit einem eine Öffnung aufweisenden ersten Blech und mit einem schweißbaren Element, welches in die Öffnung eingesteckt ist. Hierdurch begrenzen das erste Blech und das schweißbare Element eine Fuge. Dieses schweißbare Element schließt insbesondere bündig mit einer Seite des ersten Blechs ab, wobei das erste Blech dazu eingerichtet ist, an der Seite mit einem zweiten Blech verbunden zu werden. Das schweißbare Element überdeckt insbesondere einen Öffnungsquerschnitt der Öffnung vollständig. Um eine Korrosionsgefahr des ersten Blechs mit dem schweißbaren Element besonders gering zu halten, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass an der Seite an einer Fuge zwischen dem ersten Blech und dem schweißbaren Element ein zu der Seite hin offenes Reservoir vorgehalten ist. In das Reservoir ist ein Klebstoff einbringbar. Der Klebstoff wird insbesondere in das Reservoir eingebracht, indem auf der Seite des ersten Blechs und/oder an dem zweiten Blech der Klebstoff aufgetragen wird und das zweite Blech an der Seite an das erste Blech angelegt wird, wodurch zwischen dem ersten Blech und dem zweiten Blech angeordneter Klebstoff in das Reservoir verdrängt wird. Mittels des Klebstoffs ist das zweite Blech mit dem ersten Blech verklebbar. Darüber hinaus ermöglicht der Klebstoff das Auffüllen der Fuge und infolgedessen ein Verddrängen von Luft aus der Fuge, wodurch eine Korrosionsgefahr besonders gering gehalten werden kann. Über das Reservoir beziehungsweise aus dem Reservoir kann der Klebstoff in die Fuge hineinfließen. Hierdurch kann einer Korrosion des Bauteilverbunds infolge sich in der Fuge niederschlagender oder ansammelnder Feuchtigkeit vorgebeugt werden.
Es hat sich in diesem Zusammenhang als besonders vorteilhaft erwiesen, wenn das Reservoir als eine die Öffnung umfangsseitig begrenzende Ringnut ausgebildet ist. Die Ringnut ist besonders einfach in das erste Blech und/oder das schweißbare Element einbringbar, wodurch das Reservoir besonders einfach bereitstellbar ist. Beispielsweise kann die Ringnut in das erste Blech und/oder das schweißbare Element eingefräst werden.
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, den Figuren und der Figurenbeschreibung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar.
Die Erfindung wird nun anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigt die einzige Figur einen Querschnitt eines Bauteilverbunds für ein Kraftfahrzeug, bei welchem ein Aluminiumblech als erstes Blech mit einem Stahlblech als zweites Blech im Rahmen eines Widerstandselementschweißens über ein Hilfsmittel, bei welchem es sich um ein schweißbares Element handelt, verbunden sind und das schweißbare Element sowie das Stahlblech gegen das Aluminiumblech mittels eines Klebstoffs elektrisch isoliert sind.
In der einzigen Figur ist ein Bauteilverbund 1 für ein Kraftfahrzeug gezeigt. Der Bauteilverbund 1 umfasst ein Aluminiumblech 2 sowie ein in eine Öffnung 3 des Aluminiumblechs 2 eingestecktes schweißbares Element 4. Bei dem schweißbaren Element 4 handelt es sich um ein Hilfsmittel, über welches das Aluminiumblech 2 an einem weiteren Bauteil befestigbar ist. Vorliegend umfasst der Bauteilverbund 1 zusätzlich ein Stahlblech 5. Das Aluminiumblech 2 ist über das schweißbare Element 4 als Hilfsmittel an dem Stahlblech 5 befestigbar. Das Stahlblech 5 kann über eine Klebstoffschicht an dem Aluminiumblech 2 gehalten werden. Zusätzlich kann das Stahlblech 5 mit dem schweißbaren Element 4 widerstandspunktverschweißt werden, wodurch eine stoffschlüssige Verbindung zwischen dem schweißbaren Element 4 und dem Stahlblech 5 bereitgestellt wird. Zum Herstellen des Bauteilverbunds 1 wird somit in die Öffnung 3 des Aluminiumblechs 2 das schweißbare Element 4 eingebracht, wobei eine Fuge 7 zwischen dem Aluminiumblech 2 und dem schweißbaren Element 4 begrenzt wird. Anschließend wird an einer dem Stahlblech 5 zugewandten Seite 8 des Aluminiumblechs 2 und/oder an dem Stahlblech 5 der Klebstoff 6 aufgetragen und das Stahlblech 5 an die dem Stahlblech 5 zugewandte Seite 8 des Aluminiumblechs 2 angelegt. Durch das Anlegen des Stahlblechs 5 an die Seite 8 des Aluminiumblechs 2 wird der Klebstoff 6 zumindest bereichsweise verdrängt, wodurch das schweißbare Element 4 in Anlage mit dem Stahlblech 5 gebracht wird. Anschließend werden an das schweißbare Element 4 und an das Stahlblech 5 jeweilige Elektroden einer Verschweißeinrichtung angelegt und mittels der Verschweißeinrichtung das schweißbare Element 4 mit dem Stahlblech 5 über ein Widerstandspunktschweißen verschweißt.
Um eine Korrosion zwischen dem Aluminiumblech 2 und dem schweißbaren Element 4 beziehungsweise dem Stahlblech 5 besonders gering zu halten, ist es vorgesehen, dass der Klebstoff 6 in die Fuge 7 eindringt, wodurch die Fuge 7 vollständig mit dem Klebstoff 6 angefüllt werden kann. Mittels des Klebstoffs 6 kann somit Luft aus der Fuge 7 verdrängt werden. Hierdurch kann vermieden werden, dass sich Luftfeuchtigkeit in der Fuge 7 niederschlägt oder sich Flüssigkeit in der Fuge 7 ansammelt. Infolge des Vermeidens der Anlagerung von Flüssigkeit in der Fuge 7 kann ein Stromfluss in der Flüssigkeit mit dem Aluminiumblech 2 und/oder dem schweißbaren Element 4 unterbunden werden, wodurch die Korrosionsgefahr besonders gering gehalten wird.
Um ein Einfließen des Klebstoffs 6 in die Fuge 7 sicherstellen zu können, ist an der dem Stahlblech 5 zugewandten Seite 8 des Aluminiumblechs 2 ein mit der Fuge 7 verbundenes Reservoir 9 vorgehalten. Das Reservoir 9 ist vorliegend als Ringnut ausgebildet. In das Reservoir 9 kann insbesondere der Klebstoff 6 verdrängt werden, welcher sich zwischen dem schweißbaren Element 4 und dem Stahlblech 5 befindet. Anschließend kann der Klebstoff 6 aus dem Reservoir 9 in die Fuge 7 einströmen, um die Fuge 7 vollständig auszufüllen. Bei dem Reservoir 9 handelt es sich vorliegend um eine Ausnehmung des Aluminiumblechs 2. Das Reservoir 9 ist zum Stahlblech 5 hin offen ausgebildet.
Bei dem schweißbaren Element 4 handelt es sich vorliegend um ein Einpresselement. Vorliegend weist das schweißbare Element 4 eine Doppelkegelform mit gegeneinander gerichteten Spitzen auf. Hierdurch kann das schweißbare Element 4 in dem Aluminiumblech 2 formschlüssig eingebracht werden, wodurch eine besonders sichere Verbindung zwischen dem Aluminiumblech 2 und dem schweißbaren Element 4 geschaffen ist. An der dem Stahlblech 5 zugewandten Seite 8 des Aluminiumblechs 2 kann das schweißbare Element 4 bündig mit dem Aluminiumblech 2 abschließen. Alternativ kann das schweißbare Element 4 über die dem Stahlblech 5 zugewandte Seite 8 des Aluminiumblechs 2 in Höhe einer vorzuhaltenden Klebstoffschicht zwischen dem Aluminiumblech 2 und dem Stahlblech 5 vorspringen. Hierdurch kann sichergestellt werden, dass die Klebstoffschicht zwischen dem Stahlblech 5 und dem Aluminiumblech 2 eingestellt wird, wobei gleichzeitig ein direktes flächiges Anliegen des schweißbaren Elements 4 an dem Stahlblech 5 ermöglicht wird.
Um ein Einfließen des Klebstoffs 6 in die Fuge 7 zu unterstützen und hierbei eine vollständige elektrische Isolierung des schweißbaren Elements 4 zum Aluminiumblech 2 sicherzustellen, kann eine Vakuumsaugeinrichtung an einer der dem Stahlblech 5 zugewandten Seite 8 gegenüberliegenden weiteren Seite 10 des Aluminiumblechs 2 angelegt werden. Mittels der Vakuumsaugeinrichtung ist die Fuge 7 mit einem Unterdruck beaufschlagbar, wodurch in dem Reservoir 9 gespeicherter Klebstoff 6 in die Fuge 7 hineingezogen wird. Alternativ oder zusätzlich kann über ein Einstellen einer Temperatur des Klebstoffs 6 dessen Fließverhalten in der Fuge 7 beeinflusst werden. Eine Möglichkeit besteht darin, den Bauteilverbund 1 in einer Erwärmvorrichtung, wie einer Trocknungsvorrichtung einer kathodischen Tauchlackierungsvorrichtung, zu erwärmen. Infolge des Erwärmens des Bauteilverbunds 1 kann eine Viskosität des Klebstoffs 6 abgesenkt werden, wodurch der Klebstoff 6 besonders vorteilhaft aus dem Reservoir 9 in die Fuge 7 fließt. Alternativ oder zusätzlich zum Erwärmen des gesamten Bauteilverbunds 1 kann über ein Einstellen einer Temperatur in der Fuge 7 beim Widerstandsschweißen zumindest Klebstoff 6 im Nahbereich der Fuge 7 erwärmt werden, wodurch der Klebstoff 6 besonders vorteilhaft in die Fuge 7 fließt. Über einen einstellbaren Stromfluss zwischen dem schweißbaren Element 4 und dem Stahlblech 5 kann eine Temperatur einer die Fuge 7 begrenzenden Außenseite des schweißbaren Elements 4 eingestellt werden, wodurch wiederum die Temperatur der Fuge 7 einstellbar ist. Insbesondere kann eine sich in der Fuge 7 einzustellende Temperatur vorgegeben werden und in Abhängigkeit von der vorgegebenen Temperatur für die Fuge 7 der Stromfluss beim Widerstandsschweißen gewählt werden, bei welchem die vorgegebene Temperatur in der Fuge 7 aufgrund von Wärmeleitung in dem schweißbaren Element 4 resultiert. Um eine Schweißtemperatur besonders niedrig halten zu können, kann der Klebstoff 6 klebende Stoffanteile umfassen, deren Siedetemperatur unterhalb der sich in der Fuge 7 beim Schweißen einstellenden Temperatur liegt. Beim Widerstandsschweißen verdampfen somit diese klebenden Stoffanteile insbesondere aus dem Reservoir 9 in die Fuge 7 hinein und können in der Fuge 7 kondensieren, wodurch diese mit dem Klebstoff 6 angefüllt wird. Weiterhin alternativ oder zusätzlich können dem Klebstoff 6 ein Geliermittel und/oder ein Treibmittel und/oder magnetisierbare Partikel beigemischt werden. Die magnetisierbaren Partikel bewirken ein Fließen des Klebstoffs 6 in die Fuge 7 beim auftretenden Stromfluss zwischen dem Stahlblech 5 und dem schweißbaren Element 4 während des Widerstandsschweißens. Infolge des Stromflusses zwischen dem schweißbaren Element 4 und dem Stahlblech 5 beim Widerstandsschweißen stellt sich ein Magnetfeld zumindest in der Fuge 7 ein. Infolge des sich einstellenden Magnetfelds richten sich die magnetisierbaren Partikel des Klebstoffs 6 im Magnetfeld aus, wodurch der Klebstoff 6 in die Fuge 7 hineintransportiert wird. Bei dem Treibmittel kann es sich beispielsweise um ein schaumbildendes Mittel handeln, welches ein Fortbewegen des Klebstoffs 6 insbesondere in die Fuge 7 hinein bewirkt. Über das Treibmittel wird somit der Klebstoff 6 aus dem Reservoir 9 in die Fuge 7 hineingetrieben. Mittels des Geliermittels kann der Klebstoff 6 angeliert werden, wodurch Fließeigenschaften des Klebstoffs 6 eingestellt werden können. Die eingestellten Fließeigenschaften durch das Angelieren des Klebstoffs 6 können derart gewählt werden, dass der Klebstoff 6 besonders einfach und schnell in die Fuge 7 fließt. Mittels des Klebstoffs 6 ist somit eine Kontaktzone, vorliegend die Fuge 7, zwischen dem Aluminiumblech 2 und dem schweißbaren Element 4 abdichtbar.
Dem beschriebenen Bauteilverbund 1 liegt die Erkenntnis zugrunde, dass in einem Karosseriebau die Herausforderung besteht, Aluminiumbleche und Stahlbleche miteinander zu fügen. Um das Aluminiumblech 2 mit dem Stahlblech 5 zu fügen, können unterschiedliche Fügeverfahren zum Einsatz kommen. Insbesondere können das Aluminiumblech 2 und das Stahlblech 5 über ein Widerstandselementschweißen miteinander verbunden werden. Bei einem Einpressen von Hilfsmitteln, vorliegend dem schweißbaren Element 4, ist eine 100 prozentig dichte Verbindung ohne weitere Hilfsstoffe zwischen dem schweißbaren Element 4 und dem Aluminiumblech 2 kaum möglich. Um das schweißbare Element 4 korrosionssicher an dem Aluminiumblech 2 zu befestigen, ist es vorgesehen, dass die Fuge 7 vollständig mit dem Klebstoff 6 angefüllt wird. Mittels des Klebstoffs 6 können das Aluminiumblech 2, das Stahlblech 5 sowie das schweißbare Element 4 vor Korrosion geschützt werden.
Ein der Korrosion zugrundeliegendes Problem liegt darin, dass aufgrund eines elektrochemischen Potentials von Aluminium und Stahl ein Potentialgefälle zwischen dem Aluminiumblech 2 und dem Stahlblech 5 vorherrscht, welches im direkten Kontakt zwischen den Blechen und unter Anwesenheit eines Elektrolyten zu Korrosionseffekten führen kann. Ebenso können Lufteinschlüsse in Kavitäten zu Korrosionseffekten führen, wenn sich Luftfeuchtigkeit von eingeschlossener Luft ausschlägt. Bei dem Widerstandselementschweißen wird in einem ersten Prozessschritt das schweißbare Element 4 in das Aluminiumblech 2 eingepresst, wodurch zwischen dem schweißbaren Element 4 und dem Aluminiumblech 2 beim Stand der Technik ein direkter metallischer Kontakt entstehen kann. Aufgrund von fertigungstechnischen Ungenauigkeiten kann eine Kontaktzone des schweißbaren Elements 4 mit dem Aluminiumblech 2 beim Stand der Technik nicht zu 100 Prozent glatt ausgeformt werden. Es sind hier Lufteinschlüsse beziehungsweise Kapillaren zu erwarten.
Bei dem Bauteilverbund 1, welcher in der einzigen Figur gezeigt ist, werden Ausgangseffekte des Klebstoffs 6 gezielt ausgenutzt, um eine Korrosionsgefahr des Bauteilverbunds 1 besonders gering zu halten. Bei dem Bauteilverbund 1 ist vorgesehen, dass beim Anordnen des schweißbaren Elements 4 in der Öffnung 3 des Aluminiumblechs 2 die Öffnung 3 nicht vollständig mit dem schweißbaren Element 4 ausgefüllt wird, sondern das Reservoir 9 vorgehalten wird. Nach einer Applizierung des Klebstoffs 6 zwischen dem Stahlblech 5 und dem Aluminiumblech 2 wird bei einem Andrücken des Stahlblechs 5 an dem Aluminiumblech 2 der Klebstoff 6 verdrückt und fließt dabei in das vorgehaltene Reservoir 9. Anschließend soll der Klebstoff 6 gezielt in eine Kontaktzone zwischen dem schweißbaren Element 4 und dem Aluminiumblech 2 gebracht werden. Durch die von einer Oberseite, vorliegend der weiteren Seite 10, auf das Aluminiumblech 2 aufgesetzte Vakuumsaugeinrichtung, welche mit einer Schweißzange einer Widerstandsschweißeinrichtung kombinierbar ist und welche bündig um das schweißbare Element 4 aufsetzbar und mit einer Absaugung beaufschlagbar ist, wird der Klebstoff 6 in die Fuge 7, bei welcher es sich um einen verbleibenden Luftspalt zwischen dem schweißbaren Element 4 und dem Aluminiumblech 2 handelt, gezogen. Auf diese Weise können verbleibende Kavitäten mit dem isolierenden Klebstoff 6 gefüllt werden, welcher zusätzlich eine besonders hohe Verbindungsfestigkeit bewirkt.
Durch eine gezielte Regelung der Strombelastung während des Widerstandspunktschweißens kann ein Temperaturfeld in der Fuge 7 eingestellt werden, was dazu führt, dass der Klebstoff 6 im Reservoir 9 eine Temperatur erreicht, insbesondere eine Siedetemperatur, welche dazu führt, dass der Klebstoff 6 ausdampft. Dieser mit versetzte Klebstoffpartikeln Dampf kann kaminartig in der Fuge 7 nach oben ziehen und die Fuge 7 mittels der enthaltenen Klebstoffpartikel verschließen. Durch eine Beimengung von leicht verdampfenden, klebenden Stoffanteilen in dem Klebstoff 6 kann dieses gezielte Verdampfen auf beim Widerstandspunktschweißen erreichbare Temperaturbereiche in der Fuge 7 eingestellt werden.
Alternativ oder zusätzlich können die magnetisierbaren Partikel dem Klebstoff 6 beigemengt werden. Durch das Wechselstromfeld, welches beim Widerstandspunktschweißen in dem Stahlblech 5 und dem schweißbaren Element 4 entsteht, entsteht ebenso ein wirkendes Magnet in der Fuge 7. Dieses Magnetfeld ermöglicht, dass ein mittels der magnetisierbaren Partikel magnetisierter Klebstoffanteil über eine wirkende Lorenzkraft in die Fuge 7 gedrückt wird.
Alternativ oder zusätzlich kann eine Temperatureinwirkung eines Trocknerofens als Erwärmvorrichtung einer kathodischen Tauchlackierungseinrichtung genutzt werden, um den Klebstoff 6 zum zumindest teilweisen Ausdampfen und Ansteigen in der Fuge 7 zu nutzen. Alternativ oder zusätzlich zu der Beimengung von magnetisierbaren Partikeln ist eine Beimengung von Treibmittel möglich. Dieses Treibmittel führt bei Einstellen einer vorgegebenen Temperatur zu einer Volumenvergrößerung des Klebstoffs 6 und/oder zu einem Fließen des Klebstoffs 6, wodurch der Klebstoff 6 durch diese Triebkraft in die Fuge 7 vordringt und diese isolierend und festigkeitssteigernd verschließt.
Effekte einer Diffusion können ebenso ausgenutzt werden, aufgrund welcher der Klebstoff 6 in die Fuge 7 diffundiert und diese mit zunehmender Abkühlung verschließt. Dieser Diffusionseffekt kann durch ein Angelieren des Klebstoffs 6 unterstützt werden, wodurch eine Treibfähigkeit des Klebstoffs 6 im Vergleich zu dem ungelierten Klebstoff 6 erhöht wird.
Bei dem Aluminiumblech 2 kann es sich um zumindest einen Teil eines Aluminiumseitenrahmens eines Kraftfahrzeugs handeln. Das Verbinden des Aluminiumblechs 2 mit dem Stahlblech 5 ist lediglich über das Widerstandselementschweißen sicher herstellbar, wobei eine entstehende Kontaktzone zwischen dem schweißbaren Element 4 und dem Aluminiumblech 2 durch die oben beschriebenen Effekte abgedichtet werden kann. Hierdurch kann eine besonders hohe Verbindungsfestigkeit erreicht werden und eine Korrosionsneigung besonders gering gehalten werden, wodurch ein besonders vorteilhaftes Ausfallverhalten in einem dynamischen Belastungsbereich erreicht wird.
Insgesamt zeigt die Erfindung eine neuartige Kombination von wenigstens einem Klebstoffreservoir beim Widerstandselementschweißen zum Abdichten und zur Festigkeitssteigerung.
Bezugszeichenliste

1: Bauteilverbund
2: Aluminiumblech
3: Öffnung
4: schweißbares Element
5: Stahlblech
6: Klebstoff
7: Fuge
8: Seite
9: Reservoir
10: weitere Seite

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102017205940 A1 [0002]

Claims

Verfahren zum Bereitstellen eines Bauteilverbunds (1) für ein Kraftfahrzeug, bei welchem - in eine Öffnung (3) eines ersten Blechs (2) ein schweißbares Element (4) eingelegt wird, - an eine Seite (8) des ersten Blechs (2) ein zweites Blech (5) angelegt und für ein Verkleben der Bleche zwischen den Blechen ein Klebstoff (6) angeordnet wird, und - das zweite Blech (5) an das schweißbare Element (4) angelegt und mit dem schweißbaren Element (4) verschweißt wird, dadurch gekennzeichnet, dass beim Einlegen des schweißbaren Elements (4) in die Öffnung (3) des ersten Blechs (2) an der dem zweiten Blech (5) zugewandten Seite (8) des ersten Blechs (2) an einer Fuge (7) zwischen dem ersten Blech (2) und dem schweißbaren Element (4) ein zu der Seite (8) hin offenes Reservoir (9) vorgehalten wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das schweißbare Element (4) bündig mit der dem zweiten Blech (5) zugewandten Seite des ersten Blechs (2) abschließt und einen Öffnungsquerschnitt der Öffnung (3) vollständig überdeckt.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Anlegen des zweiten Blechs (5) an das erste Blech (2) an einer dem zweiten Blech (5) abgewandten weiteren Seite des ersten Blechs (2) eine die Fuge (7) überdeckende Vakuumsaugeinrichtung angelegt wird, mittels welcher der Klebstoff (6) aus dem Reservoir (9) in die Fuge (7) saugbar ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das schweißbare Element (4) und das zweite Blech (5) über Widerstandspunktschweißen miteinander verschweißt werden.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine in der Fuge (7) einzustellende Temperatur vorgegeben wird und in Abhängigkeit von der einzustellenden Temperatur ein Stromfluss des Widerstandspunktschweißens eingestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine sich beim Widerstandspunktschweißen in der Fuge (7) einstellende Temperatur ermittelt wird und der Klebstoff (6) mit klebenden Stoffanteilen gewählt wird, deren Siedepunkt unterhalb der ermittelten Temperatur liegt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Klebstoff (6) an der Seite (8) des ersten Blechs (2) angeordnet wird, welcher magnetisierbare Partikel und/oder ein Treibmittel und/oder ein Geliermittel umfasst.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Bauteilverbund (1) nach dem Verkleben des zweiten Blechs (5) mit dem ersten Blech (2) in einer Erwärmvorrichtung erwärmt wird.
Bauteilverbund (1) für ein Kraftfahrzeug, mit einem eine Öffnung (3) aufweisenden ersten Blech (2) und mit einem schweißbaren Element (4), welches in die Öffnung (3) eingesteckt ist, wodurch das erste Blech (2) und das schweißbare Element (4) eine Fuge (7) begrenzen, dadurch gekennzeichnet, dass an der Seite (8) an der Fuge (7) ein zu der Seite (8) hin offenes Reservoir (9) vorgehalten ist.
Bauteilverbund (1) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Reservoir (9) als eine die Öffnung (8) umfangsseitig begrenzende Ringnut ausgebildet ist.