DE10261655B4

DE10261655B4 - Anordnung von beschichteten Blechen zum Fügen mittels einer Laserschweißnaht

Info

Publication number: DE10261655B4
Application number: DE10261655A
Authority: DE
Inventors: Lutz 38350 Joho; Holger 13591 Alder
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2002-12-27
Filing date: 2002-12-27
Publication date: 2011-08-11
Anticipated expiration: 2022-12-28
Also published as: DE10261655A1

Abstract

Anordnung von beschichteten Blechen (1) zum Fügen mittels einer Laserschweißnaht (2), wobei die beschichteten Bleche (1) durch eine Anzahl von Noppen (3) beabstandet sind, die in mindestens eines der Bleche (1) eingebracht sind, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Gruppe (5) von Noppen (3) aus einer Anzahl von Kreisbogenteilstücken einer kreisförmig eingebrachten Nut gebildet sind.

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung von zwei oder mehreren beschichteten Blechen, insbesondere verzinkten Blechen, zum Fügen mittels einer Laserschweißnaht.
Beim Laserstrahlschweißen treten beim Fügen von beschichteten Blechen, insbesondere verzinkten Blechen diverse Qualitätsfehler der Schweißnaht auf. Durch die beim Schweißvorgang entweichenden Gase wie insbesondere verdampfendes Zink, entsteht durch den mangelnden Ausbreitungsplatz zwischen den zu verschweißenden Blechen ein Verdampfungsüberdruck des verdampfenden Zinks, der durch die Schmelze hindurch entweicht. Durch diesen Vorgang können Löcher in der Laserschweißnaht entstehen und es kann zu einem Einfall der Schweißnaht kommen, da der Zinkdampf beim Entweichen Teile der Schmelze mitreißt. Außerdem können sich beim Erstarren der Schmelze Poren durch nicht entwichenen Zinkdampf bilden.
Eine gattungsgemäße Lösung ist aus der FR 2 731 373 A1 und US 5 626 776 bekannt. Um einen Entgasungsspalt zwischen zu verschweißenden Blechen zu erzeugen, werden punktförmige Vertiefungen in zumindest ein Blech eingeprägt. Diese Vertiefungen dienen als Abstandshalter zwischen den Blechen. Die punktförmige Geometrie des Prägewerkzeugs bedingt dabei einen höheren Verschleiß am Werkzeug als bei eher flächig ausgebildeten Prägeflächen der Werkzeuge. Weiterhin ist aus der DE 39 33 408 A1/C2 bekannt, durch eine Anzahl von Noppen und Sicken, die wenigstens in eines der zu fügenden Bleche im Bereich der Schweißnaht eingedrückt sind, die zu fügenden Bleche durch einen Entgasungsspalt zu beabstanden, und so einen Abströmweg für den verdampfenden Zinkdampf zu erzeugen.
Weiterhin ist es aus der DE 199 43 752 C1 bekannt, in eines der zu fügenden Bleche quer zur Schweißnaht verlaufende Aussparungen als Entgasungskanäle einzubringen, die die Schweißnaht in mehrere diskrete Schweißnaht-Teilstücke unterteilt. Alternativ kann eines der zu fügenden Bleche planar ausgebildet sein, während das jeweils andere eine Wellenform aufweist, so dass sickenförmig gestaltete Entgasungskanäle entstehen, die parallel zur Schweißnaht verlaufenden.
Aus der DE 38 20 848 A1 ist es bekannt, eine Sicke in eines der zu fügenden Bleche einzubringen, die im Bereich der Schweißnaht verläuft, und beim Schweißvorgang zwei parallel zur Schweißnaht verlaufende Entgasungskanäle bildet.
Aus der JP 60255294 ist außerdem bekannt, die zu fügenden Bleche durch eine Sicke oder Nut in einem der Bleche zu beabstanden, indem die zu fügenden Bleche während des Schweißvorgangs zwischen einer Klammer und einer Arbeitsplatte eingespannt sind und so auf Abstand gehalten werden.
Weiterhin ist aus der JP 56062688 und FR 2600 923 bekannt, durch einen konkaven, bzw. wannenförmigen Profilverlauf eines der zu verschweißenden Bleche Entgasungraum bzw. Entgasungskanäle längs der Schweißnaht zu erzeugen.
Aus der US 4 682 002 ist weiterhin bekannt, in eines der zu fügenden Bleche eine parallel zur Schweißnaht verlaufende rippenförmige Oberflächenstruktur einzubringen, und so Raum für entweichende Zinkgase zu schaffen.
Aus der DE 38 12 448 ist bekannt, dass die zu fügenden Bleche mit unterschiedlichen Krümmungsradien aufeinanderstoßen, so dass die Bleche beidseitig der Schweißnaht voneinander beabstandet sind.
Außerdem ist aus der DE 39 09 471 C2 bekannt, eine Anzahl von Rändelungen bzw. Aussparungen in mindestens eines der zu fügenden Bleche von der benachbarten Seite der Bleche her einzubringen, die quer oder alternativ auch schräg oder kreuzförmig zur Schweißnaht verlaufen.
Aus Versuchen ist bekannt, dass zur Vorbereitung von Laserschweißnähten in beschichteten Blechen, insbesondere verzinkten Blechen, die Erzeugung eines oder mehrer Entgasungskanäle bzw. eines Entgasungsspaltes zwischen den zu fügenden Blechen mit einem vergleichsweise hohen Aufwand verbunden ist. So muss bei vielen gängigen Methoden zur Bildung von Entgasungsraum mindestens eines der zu fügenden Bleche im Bereich der Schweißnaht umgeformt werden. Diese Vorgänge sind vergleichsweise zeitaufwändig und erfordern relativ viel mechanische Kraft, was zu hohen Gesamtkosten der Schweißnaht führt. Außerdem ist die Fehlerwahrscheinlichkeit vergleichsweise hoch, weil der erzeugte Entgasungsraum mit einer gewissen Genauigkeit im Bereich der Schweißnaht liegen muss. Bei der alternativen Einbringung von Noppen und Sicken längs der Schweißnaht wird ein vergleichsweise hoher Kraftaufwand beim Formen dieser den Abstand erzeugender Noppen und Sicken benötigt, und ist ebenfalls eine gewisse Genauigkeit bei der Positionierung dieser längs der Schweißnaht erforderlich.
Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung von beschichteten Blechen, insbesondere verzinkte Blechen der eingangs genannten Art zum Fügen mittels Laserschweißnaht derart auszuführen, dass die zu fügenden Bleche beim Schweißvorgang auf eine vergleichsweise einfache, zeit- und kostensparende Art im Bereich der Schweißnaht voneinander beabstandet sind.
Die Aufgabe wird gelöst mit einer Anordnung von beschichteten Blechen, insbesondere verzinkten Blechen gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1. Die Unteransprüche betreffen besonders zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung.
Erfindungsgemäß ist also eine Gruppe von Noppen oder eine Anzahl dieser vorgesehen, die mindestens in eines der zu verschweißenden Bleche eingebracht sind und diese voneinander beabstanden. Dabei sind die jeweiligen Noppengruppen aus einer Anzahl von Kreisbogenteilstücken einer kreisförmigen eingebrachten Nut gebildet.
Die Erfindung geht von der Überlegung aus, dass die Erzeugung eines Entgasungsspaltes zwischen den zu verschweißenden Blechen einerseits möglichst einfach und mit einem geringen Kraft- und Zeitaufwand herstellbar sein sollte. Gleichzeitig sollte die Vorrichtung zur Herstellung des Entgasungsspaltes derart gestaltet sein, dass sich die Schweißnaht mit einer gewissen räumlichen Toleranz parallel zur Beabstandungsvorrichtung anordnen lässt, um die Fehlermengen von nicht übereinstimmenden Beabstandungsvorrichtungen und Schweißnähten gering zu halten. Diese Funktionen werden durch die gruppenförmigen Noppen ermöglicht, weil diese aufgrund der kreisförmigen Stückelung, bei einer hohen Beabstandungsstabilität, eine vergleichsweise kleine Fläche aufweisen und daher mit geringem Kraftaufwand eingebracht werden können. Außerdem kann die Schweißnaht in einem wählbaren Toleranzbereich innerhalb oder auch außerhalb des Radius der kreisförmig gruppierten Noppen angebracht werden.
Damit die voneinander beabstandeten Bleche bei der Verwendung vergleichsweise weniger Noppen beim Schweißvorgang nicht gegeneinander verkippen, sind die Noppen vorteilhafterweise aus kreisförmigen Nuten gebildet.
Um die Noppen in ein zu verschweißendes Blech einzubringen, werden diese zweckmäßigerweise in ein zu verschweißendes Blech gepresst. Aufgrund der sich wiederholenden Noppenform kann das Presswerkzeug auf die Form der zu verschweißenden Bleche sowie der Schweißnaht ausgerichtet werden und der Pressvorgang automatisiert werden.
Um eine Anzahl von beschichteten Blechen, insbesondere verzinkten Blechen miteinander zu verschweißen, werden vorteilhafterweise Gruppen von Noppen in das mittlere Blech alternierend die Seite wechselnd längs der Schweißnaht eingebracht. So können eine Anzahl von beschichteten Blechen miteinander verschweißt werden, wobei lediglich in ein von 2 benachbarten Blechen eingeschlossenes Blech Noppen eingebracht werden.
Zweckmäßigerweise befinden sich Noppen im Bereich der zu fügenden Schweißnaht. Vorteilhafterweise kann die Positionierung der Schweißnaht daher in einem Toleranzbereich vorzugsweise innerhalb oder auch außerhalb des von den Noppen gebildeten Kreisumfangs erfolgen.
Um die Stabilität der Beabstandung der Bleche während des Schweißvorgangs zu erhöhen und das Zusammenfallen von Noppen mit der Schweißnaht zu vermeiden sind Noppen oder Gruppen von Noppen zweckmäßigerweise beidseitig der Schweißnaht angebracht.
Um bei der Produktion von beschichteten Blechen, insbesondere verzinkten Blechen eine Vorrichtung zur Beabstandung beim Verschweißen zu integrieren, werden Noppen vorzugsweise auf einem Teil oder auch auf der gesamten Fläche eines Bleches verteilt eingebracht. Die so mit Noppen versehenen Bleche sind vorteilhafterweise mit einer Beabstandung zum Verschweißen ausgestattet, so dass die Position der Schweißnaht auf dem benoppten Flächenteil oder dem gesamten Blech wählbar ist.
Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere in der Form und gruppenförmigen Anordnung der in eines oder die zu verschweißenden Bleche eingebrachten Noppen. Die aus Kreisbogenteilstücken einer kreisförmigen Nut gebildeten gruppenförmigen Noppen, weisen eine vergleichsweise geringe Oberfläche auf, so dass für ihre Einbringung nur wenig mechanische Kraft aufgebracht werden muss. Aufgrund der Art der Anordnung der Noppen in Gruppen auf einem Kreisbogen weist die Beabstandung der zu verschweißenden Bleche jedoch eine hohe Stabilität auf, so dass das Verkippen der Bleche zueinander verhindert wird. Gleichzeitig ist durch die Anordnung der Noppen eine Toleranz bei der Positionierung der Schweißnaht gegeben.
Durch die einfache Form der Noppen können diese für verschiedenste Verläufe von Schweißnähten eingesetzt werden und stellen daher ein universelles und preisgünstiges Mittel zur Bereitstellung eines Entgasungsspaltes dar.
Die Erfindung lässt zahlreiche Ausführungsformen zu. Zur weiteren Verdeutlichung ihres Grundprinzips sind 2 davon in der Zeichnung dargestellt und werden nachfolgend beschrieben. Diese zeigt in
1 im Schnitt eine Aufsicht einer Laserschweißnaht für eine 2-Blech-Verbindung;
2 einen Schnitt einer Laserschweißnaht für eine 2-Blech-Verbindung;
3 im Schnitt eine Aufsicht einer Laserschweißnaht für eine 3-Blech-Verbindung;
4 einen Schnitt einer Laserschweißnaht für eine 3-Blech-Verbindung;
1 zeigt im Schnitt eine Aufsicht einer Laserschweißnaht 2 zweier beschichteter Bleche 1. Die Bleche 1 sind insbesondere dazu ausgelegt beim Schweißen Raum für entweichende Zinkdämpfe bereit zu stellen. Dazu sind die Bleche 1 durch Noppen 3, die in eines der Bleche 1 eingebracht sind voneinander beabstandet, so dass ein Entgasungsspalt 4 zwischen den Blechen 1 entsteht, wie in 2 erkennbar ist. Die Noppen 3 sind dafür in das Blech 1 gepresst. Um für das Einbringen der Noppen 3 möglichst wenig mechanische Kraft aufzuwenden, sind diese in Gruppen von Noppen 5 angeordnet, so dass die Oberfläche einzelner Noppen 3 gering gehalten werden kann. Wie man in 1 erkennen kann, sind die Gruppen von Noppen 5 jeweils aus einer Anzahl von Kreisbogenteilstücken einer kreisförmigen eingebrachten Nut gebildet, die sich im Bereich der Laserschweißnaht 2 befinden. 3 zeigt im Schnitt eine Aufsicht einer Laserschweißnaht 2 einer 3-Blech Verbindung. Diese ist insbesondere dazu ausgelegt für die Verschweißung der drei Bleche 1 lediglich Noppen 3 in eines der zu verschweißenden Bleche 1 einzubringen. Dazu sind Gruppen von Noppen 5 jeweils alternierend die Seite wechselnd in das mittlere Blech 1 eingebracht, so dass 2 Entgasungsspalte 4 zwischen den benachbarten Blechen 1 entstehen, was die erkennen lässt.
Bezugszeichenliste

1: beschichtetes Blech
2: Laserschweißnaht
3: Noppen
4: Entgasungsspalt
5: Gruppe von Noppen

Claims

Anordnung von beschichteten Blechen (1) zum Fügen mittels einer Laserschweißnaht (2), wobei die beschichteten Bleche (1) durch eine Anzahl von Noppen (3) beabstandet sind, die in mindestens eines der Bleche (1) eingebracht sind, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Gruppe (5) von Noppen (3) aus einer Anzahl von Kreisbogenteilstücken einer kreisförmig eingebrachten Nut gebildet sind.
Anordnung von beschichteten Blechen (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Noppen (3) gepresst werden.
Anordnung von beschichteten Blechen (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Anzahl von drei miteinander zu verschweißenden Blechen (1) in dem mittleren Blech (1) die Noppen (3) jeweils alternierend die Seiten des mittleren Bleches (1) wechselnd eingebracht sind, so dass die drei benachbarten Bleche (1) jeweils voneinander beabstandet sind.
Anordnung von beschichteten Blechen (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Noppen (3) oder Gruppen (5) von Noppen (3) im Bereich der Laserschweißnaht (2) befinden.
Anordnung von beschichteten Blechen (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Noppen (3) oder die Gruppen (5) von Noppen (3) jeweils beidseitig der Laserschweißnaht (2) befinden.