DE10323719B3 - Verfahren zum Verbinden eines Hohlprofiles mit einem flächig anliegenden Bauteil - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verbinden eines Hohlprofils (1) mit einem flächig anliegenden Bauteil (2) eines Fahrzeugs mittels Löten, wobei ein Lot (4) zwischen das Hohlprofil (1) und das Bauteil (2) gebracht wird, welches anschließend durch Einbringen von Energie verflüssigt wird und beim Erstarren für eine feste Verbindung zwischen dem Hohlprofil (1) und dem Bauteil (2) sorgt. Um eine haltbare Lötverbindung zwischen dem Hohlprofil (1) und einem beliebig gestalteten an diesem flächig anliegenden Bauteil (2) in einfacher Weise zu erreichen, wird vorgeschlagen, dass am Bauteil (2) eine Mulde (3) ausgebildet wird, dass in der Mulde (3) das Lot (4) deponiert wird, dass danach das Bauteil (2) relativ zum Hohlprofil (1) mit der Muldenöffnung (6) dem Hohlprofil (1) zugewandt positioniert wird, und dass anschließend in der Anlagestellung das Bauteil (2) im Muldenbereich widerstandselektrisch beaufschlagt wird, wobei auf die Muldenaußenseite (8) mittels einer Widerstandsschweißelektrode eine Anpresskraft ausgeübt wird.

Description

• Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verbinden eines innenhochdruckumgeformten Hohlprofiles mit einem flächig anliegenden Bauteil gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruch 1.
• Ein gattungsgemäßes Verfahren ist aus der DE 100 51 512 A1 bekannt. Hierbei wird eine Dachreling eines Kraftfahrzeuges, die aus einem Hohlprofil innenhochdruckumgeformt ist, mit einem Dachaußenblech verbunden. Dazu wird aus dem Hohlprofil eine im wesentlichen ebene Anlagefläche ausgeformt, an der das Dachaußenblech mit einem Abschnitt flächig anliegt. Um die beiden Bauteile miteinander zu verbinden, wird ein Lot zwischen das Hohlprofil und das Bauteil gebracht, welches anschließend durch Einbringen von Energie verflüssigt wird und beim Erstarren für eine feste Verbindung zwischen dem Hohlprofil und dem Bauteil sorgt.
• In aller Regel werden beim Löten das Lot im Kantenbereich eines der verbindenden Bauteile aufgetragen und anschließend mittels einer Flamme, eines Lichtbogens, eines Brenners, eines Ofens eines hochtemperierten Salzbades entsprechend erwärmt, wonach die beiden Bauteile nur dort fest miteinander verbunden werden. Das Erfordernis der Anlage der beiden Bauteile im Kantenbereich ist jedoch bei unterschiedlichen Gestaltungen der Hohlprofile und zu verbindenden Bauteile nicht immer gegeben, so dass die freie Belotung anliegender Flächen aufgrund ihrer schweren Zugänglichkeit nicht oder nur mit großem Aufwand möglich ist. Eine Variante dazu ist die Anord nung einer Lotplatte zwischen dem Hohlprofil und dem Bauteil. Eine derartige Lotplatte bedeutet gegenüber dem häufigen Erfordernis nur punktförmiger oder in linienartigen Bahnen verlaufender Verbindungen eine hohe Ressourcenverschwendung. Des weiteren ist bei dreidimensional komplex ausgebildeten Bauteilen das Anordnen einer planen Lotplatte überhaupt nicht möglich.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein gattungsgemäßes Verfahren dahingehend weiterzubilden, dass eine haltbare Lötverbindung zwischen einem Hohlprofil und einem beliebig gestalteten an diesem flächig anliegenden Bauteil in einfacher Weise erreicht wird.
• Die Aufgabe ist erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst.
• Aufgrund der Ausbildung einer taschenartigen Mulde im zu verbindenden Bauteil und der Anordnung des Lots in dieser Mulde an den Stellen des Bauteils, an denen es flächig auf bzw. an dem Hohlprofil auf- bzw. anliegt, können aus Blech geformte Bauteile beliebiger, also auch sehr komplexer Form – jedoch mit Ausnahme von umfänglich geschlossenen Hohlprofilen – mit insbesondere innenhochdruckumgeformten Hohlprofilen sicher löttechnisch verbunden werden. Das Erfordernis der Zugänglichkeit der Lotverabreichung und der Wärmezufuhr spielt dabei keine große Rolle mehr, da das Lot einerseits selektiv schon am zu verbindenden Bauteil platziert wird und dieses nur noch geeignet am Hohlprofil angeordnet werden muss und andererseits per Widerstandsschweißelektrode mittelbar über das Bauteil gezielt erhitzt wird. Somit besteht die einzige Anforderung für die erfindungsgemäße Lötung darin, dass die zu verbindende Wandung des Bauteils lediglich einseitig zugänglich ist. Um somit das Lot zwischen das Hohlprofil und das Bauteil zu bringen, wird erfindungsgemäß zum einen die Muldenöffnung dem Hohlprofil zugewandt positioniert. Zum anderen wird das ohne großen Aufwand durch elektrische Wider standserwärmung verflüssigte Lot durch Andruck der Muldenaußenseite mittels der Elektrode zum Hohlprofil hin und damit zur Fuge zwischen Hohlprofil und Bauteil gepresst, wonach das Lot durch Kapillarenwirkung in die Fuge gezogen wird. Nach Erstarrung des Lotes ist das Bauteil nicht nur innerhalb der Mulde sondern auch im angrenzenden Bereich außerhalb der Mulde mit dem Hohlprofil fest verbunden und garantiert dadurch eine überaus haltbare und mechanisch belastbare Verbindung. Das erfindungsgemäße Verfahren ist neben seiner einfachen und schnell abfolgenden Ausführung des weiteren für das fertig umgeformte Hohlprofil konturschonend. Aufgrund des spezifischen Temperaturbereiches des Lötens und der kurzzeitigen Erwärmung ergeben sich nur sehr geringe Verzüge im Hohlprofil, die dessen Endform beeinträchtigen könnten. Auch befindet sich die Prozesskraft, d.h. die Anpresskraft auf einem Niveau, dass sich keine unerwünschte Eindrückungen am Hohlprofil durch plastische Verformungen ergeben, was gerade bei einem Hohlprofil, dessen gewünschte Kontur durch Innenhochdruckumformen hochgenau ausgeformt wird, in besonderer Weise erforderlich ist.
• Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung können den Unteransprüchen entnommen werden; im übrigen ist die Erfindung anhand zweier in den Zeichnungen dargestellter Ausführungsbeispiele nachfolgend näher erläutert; dabei zeigt:
• 1 in einem perspektivischen Längsschnitt einen Ausschnitt eines erfindungsgemäß zu verlötenden Verbundes eines Hohlprofiles und eines Bauteils mit in diesem eingeprägter Mulde,
• 2 in einem perspektivischen Längsschnitt einen Ausschnitt eines erfindungsgemäß zu verlötenden Verbundes eines Hohlprofiles und eines Bauteils mit aus diesem ausgeschnittener Lasche.
• In der 1 ist ein mittels Innenhochdruck umgeformtes umfänglich geschlossenes Hohlprofil 1 dargestellt, das beispielsweise im Karosserieaufbau bei Kraftfahrzeugen verwendet werden kann. Das Hohlprofil 1 kann nach der Umformung als Kastenprofil oder zumindest mit einer ebenen Anbindungsfläche ausgebildet sein, was den Halt der erzielbaren Verbindung aufgrund des erhöhten Flächenangebots für eine oder mehrere Verbindungsstellen besonders erhöht. An dem Hohlprofil 1 liegt ein Bauteil 2 des Fahrzeugs mit einem ebenfalls ebenen Abschnitt flächig an, wobei das Bauteil 2 beispielsweise ein Karosserieblech sein kann. Das Bauteil 2 kann an der Anlage am Hohlprofil 1 auch gerundet oder nur mit einem schmalen ebenen Abschnitt beispielsweise mit einem Flansch ausgebildet sein, was zwar die Verbindungsfläche verkleinert, jedoch im Rahmen der Erfindung möglich ist und in der Praxis durchaus auch häufiger auftritt. Das Hohlprofil 1 und das Bauteil 2 sind im Falle der Anwendung im Kraftfahrzeugbau aus einem Stahlblech oder aus Leichtmetall. Diesbezüglich können Hohlprofil 1 und Bauteil 2 auch aus voneinander unterschiedlichen Materialien gebildet sein.
• Das Bauteil 2 weist nun an der Verbindungsstelle eine Mulde 3 auf, die hier einen trapezförmigen Querschnitt besitzt. Die Mulde 3 kann bei der Herstellung des Bauteils 2 im Tiefzieh- oder Pressverfahren in einem Arbeitsgang bereits schon ausgebildet werden. Die Mulde 3, deren Tiefe das Ein- bis Dreifache der Wanddicke der Bauteilwandung bemessen kann, kann auch im Nachhinein aus dem – bis auf die Mulde 3 – fertiggeformten Bauteil 2 mittels eines Prägestempels herausgeprägt werden, was den vorangegangenen Tief zieh- oder den Pressvorgang aufgrund der Trennung der Ausbildung von Bauteil 2 und Mulde 3 hinsichtlich dem apparativen Aufwand vereinfacht. In der Mulde 3 wird ein Lot 4 verklemmend deponiert, dessen zunächst freie Oberfläche in seiner Gebrauchslage mit dem Muldenrand 5 bündig abschließt oder von diesem in die Mulde 3 zurückversetzt ist. In verfahrensökonomischer Weise und mit Verringerung des apparativen Aufwandes kann die Erzeugung der Mulde 3 und die Deponierung des Lots 4 in der Mulde 3 mittels eines gemeinsamen Stempels in einem Arbeitsschritt oder in mehreren nacheinander gesetzten Prozessschritten erfolgen, wobei der erwähnte Prägestempel in geeigneter Form ausgebildet sein muss. Beispielsweise nach Art eines Doppelstempels, bei dem ein innerer Stempel im äußeren Stempel teleskopierbar geführt ist.
• Zur Verbindung des Bauteils 2 mit dem Hohlprofil 1 wird das Bauteil 2 relativ zum Hohlprofil 1 mit der Muldenöffnung 6 dem Hohlprofil 1 zugewandt positioniert, wobei es zur planen Anlage des Hohlprofils 1 und des Bauteils 2 an der gewünschten Stelle kommt. Für die Anlage ist die Ebenheit der Verbindungspartner nicht zwingend erforderlich. Wesentlich ist jedoch, dass die Verbindungspartner flächig aneinander liegen und auf dem zu verbindenden Abschnitt gleiche Konturen aufweisen. Alsdann wird in dieser Position an das Bauteil 2 im Muldenbereich und das Hohlprofil 1 eine elektrische Spannung angelegt, wobei das Bauteil 2 und das Hohlprofil 1 mit unterschiedlichen elektrischen Polen verbunden sind. Das Bauteil 2 wird hierbei an der Stelle der Mulde 3 durch eine Widerstandsschweißelektrode mit Kraft beaufschlagt. Das Lot 4 wird durch den fließenden Strom, also durch das Einbringen elektrischer Energie, verflüssigt und durch die Anpresskraft, die über die Widerstandsschweißelektrode auf die Muldenaußenseite 8 gemäß Pfeilrichtung (siehe auch 2) aufgebracht wird, zu der Fuge 7 zwischen Bauteil 2 und Hohlprofil 1 verdrängt. Hier wird das Lot 4 durch die Kapillarwirkung der Fuge 7 in einer dünnen Schicht zwischen die beiden Verbindungspartner gezogen und bildet mit diesen jeweils Legierungen aus. Nach dem Erstarren des Lots 4 ergibt sich eine feste Verbindung zwischen dem Hohlprofil 1 und dem Bauteil 2. Die Mulde 3 wird bei diesem Vorgang weitgehend eingeebnet. In diesem Ausführungsbeispiel ist es für die Einebnung von Vorteil, wenn das Bauteil 2 zumindest an der Stelle der Mulde 3 dünnwandig ist, so dass dies dort leichter durch die Anpresskraft der Elektrode verformbar ist.
• Eine weitere Verbesserung der pressenden Beaufschlagung des Lots 4 wird dadurch erreicht, dass zwei gegenüberliegende Umfangsbereiche der Mulde 3 durchgetrennt werden, derart, dass diese Umfangsbereiche in Umfangsrichtung der Mulde 3 durch jeweils einen am Bauteil 2 anhängigen Umfangsbereich beabstandet sind. Durch diese Maßnahme wird die Muldenwandung nachgiebiger, so dass die Elektrode erheblich geringere Pressdrücke aufwenden muss, um das Lot 4 zu verdrängen. Hierbei kann allerdings ein geringer Teil des Lots 4 durch die beim Durchtrennen entstehenden Schlitze nach außen dringen.
• Dem kann entgegengetreten werden, wenn die Muldenbildung und das Durchtrennen der Umfangsbereiche mittels zweier einander entgegenwirkenden Stempel nach Art des Durchsetzfügens erfolgt und die Muldenwandung derart gestaucht wird, dass der Wandungsrand der Mulde 3 verbreitert wird und den Trennungsrand hinterschneidend an der dem Hohlprofil 1 abgewandten Rückseite 9 des Bauteils 2 außerhalb der Mulde 3 anliegt. Die Nachgiebigkeit der Muldenwandung bleibt dabei weitgehend erhalten.
• In einer Variante zu obigem Ausführungsbeispiel wird gemäß 2 zur Muldenbildung aus dem Bauteil 2 eine Lasche 10 ausgeschnitten und in geringem Umfang aus der Bauteilwandung herausgedrückt, wobei die Lasche 10 einenends am Bauteil 2 anhängt. Der sich ausbildende Raum zwischen der Ausstelllage der Lasche 10 und der Lage der Lasche 10 vor ihrer Ausstellung bildet die Mulde 3. Durch die Ausbildung der Lasche 10, die zur Verlötung von der Elektrode kontaktiert wird, ist aufgrund der besonders hohen Elastizität und Beweglichkeit der Lasche 10 nur ein sehr geringer Andruck am Lot 4 zu dessen Verdrängung vonnöten. Wie auch beim obigen Ausführungsbeispiel betreffs der Erzeugung der Mulde 3 nach Art des Durchsetzfügens bleibt durch den verringert auf das Lot 4 auszuübenden Druck der Elektrode die Oberflächenkontur des Hohlprofils 1 nahezu unbehelligt.

Claims (5)

1. Verfahren zum Verbinden eines Hohlprofils mit einem flächig anliegenden Bauteil eines Fahrzeugs mittels Löten, wobei ein Lot zwischen das Hohlprofil und das Bauteil gebracht wird, welches anschließend durch Einbringen von Energie verflüssigt wird und beim Erstarren für eine feste Verbindung zwischen dem Hohlprofil und dem Bauteil sorgt, dadurch gekennzeichnet, dass am Bauteil (2) eine Mulde (3) ausgebildet wird, dass in der Mulde (3) das Lot (4) deponiert wird, dass danach das Bauteil (2) relativ zum Hohlprofil (1) mit der Muldenöffnung (6) dem Hohlprofil (1) zugewandt positioniert wird, und dass anschließend in der Anlagestellung das Bauteil (2) im Muldenbereich widerstandselektrisch beaufschlagt wird, wobei auf die Muldenaußenseite (8) mittels einer Widerstandsschweißelektrode eine Anpresskraft ausgeübt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Mulde (3) aus dem Bauteil (2) herausgeprägt wird.
3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zwei gegenüberliegende Umfangsbereiche der Mulde (3) durchgetrennt werden, derart, dass diese Umfangsbereiche in Umfangsrichtung durch jeweils einen am Bauteil (2) an hängigen Umfangsbereich beabstandet sind.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zur Muldenbildung aus dem Bauteil (2) eine Lasche (10) ausgeschnitten und herausgedrückt wird, wobei die Lasche (10) einenends am Bauteil (2) anhängt.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Erzeugung der Mulde (3) und die Deponierung des Lots (4) in der Mulde (3) mittels eines gemeinsamen Stempels in einem einzigen Arbeitsschritt oder in mehreren nacheinander folgenden Prozessschritten erfolgt.