DE19718042A1 - Verfahren zum Verschweißen metallischer Bauteile und Käfig zur Verwendung bei dem Verfahren - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verschweißen zweier metallischer Bauteile durch Anlegen von Schweiß­ elektroden und Erwärmen der Bauteile mittels eines elek­ trischen Stromflusses von dem einen zum anderen Bauteil. Weiterhin betrifft die Erfindung einen Käfig zur Verwen­ dung bei dem Verfahren.

Solche Schweißverfahren sind unter dem Begriff "Wider­ standsschweißen" allgemein bekannt und gebräuchlich. Ins­ besondere werden damit bei der Automobilfertigung auch Käfige zur Aufnahme von sogenannten Käfigmuttern an Ka­ rosserieelementen angeschweißt. Dabei werden die mitein­ ander zu verschweißenden Bauteile direkt in (elektri­ schen) Kontakt gebracht. Für die Verschweißung ist dann ein hoher Schweißstrom erforderlich, welcher durch den erhöhten Widerstand beim Übergang vom einen zum anderen Bauteil zu einem Erwärmen der Bauteile führt. Durch ho­ hen, mechanischen Druck kommt es dabei zum Verbinden bei­ der Teile.

Nachteilig bei diesem Verfahren wirken sich die erforder­ lichen, hohen mechanischen Kräfte zum Verbinden der Bau­ teile aus. Die Käfige besitzen zur Aufnahme der Käfigmut­ tern eine geschlitzte Öffnung, deren sogenannte Rastnase dafür sorgt, daß die Käfigmutter nicht aus dem Käfig fal­ len kann, solange noch keine Schraube eingedreht ist. Das Rastnasenmaß muß einerseits weit genug sein, um ein leichtes Einführen der Käfigmuttern zu ermöglichen, ande­ rerseits muß die Mutter sicher eingeklemmt werden, um diese sicher gegen Verlieren zu schützen.

Durch den erforderlichen mechanischen Druck bei der Ver­ schweißung kommt es zur plastischen Verformung am Käfig, wobei sich das Rastnasenmaß verändert. Dies führt in der Praxis dazu, daß die Käfigmuttern entweder herausfallen und in den Hohlprofilen der Karosserie liegenbleiben, wo sie eine unerwünschte Geräuschquelle darstellen oder sich nicht in den Käfig einführen lassen.

Um dem entgegenzuwirken, sind Konstruktionen mit großer Blechstärke erforderlich, die konstruktionsbedingt kleine Käfigmuttern (z. B. M8) ausschließen und gleichzeitig ei­ nen erhöhten Platzbedarf haben. Dadurch sind ihre Anwen­ dungsmöglichkeiten von vornherein stark eingeschränkt. Die größere Blechstärke zieht zwangsläufig auch einen ho­ hen Schweißstrom nach sich, wodurch das Verfahren sehr aufwendig und teuer wird.

Eine andere Möglichkeit besteht darin, die beiden zu ver­ schweißenden Teile zusammenzufügen und dann mittels einer Elektrode im Lichtbogenschweißverfahren zu verschweißen. Dies geschieht entweder manuell oder mit Hilfe von genau arbeitenden Schweißautomaten. Dieses Verfahren erfordert im Vergleich zum Widerstandsschweißen zusätzliche Ar­ beitsschritte und kommt daher in der Praxis kaum zur An­ wendung.

Der vorliegenden Erfindung liegt das Problem zugrunde, ein Schweißverfahren der eingangs genannten Art zu schaf­ fen, welches vergleichbar wenig Aufwand erfordert wie das Widerstandsschweißen, bei dem jedoch auf einen hohen me­ chanischen Druck verzichtet werden kann. Weiterhin soll ein Käfig zur Verwendung bei dem Verfahren geschaffen werden.

Das erstgenannte Problem wird erfindungsgemäß dadurch ge­ löst, daß die mit den Schweißelektroden verbundenen Bau­ teile auf einen geringen Abstand zueinander gebracht wer­ den, so daß sich ein elektrischer Lichtbogen ausbildet und sich das Metall an der Oberfläche im Lichtbogen er­ wärmt und aufweicht, und daß die aufgeweichten Oberflä­ chen anschließend mit nur geringem mechanischem Druck ge­ geneinander bewegt werden.

Durch diese Verfahrensweise entfällt der beim Wider­ standsschweißen erforderliche hohe mechanische Druck. Die Bauteile brauchen daher lediglich einer geringen Bela­ stung standzuhalten. Sie können deshalb kleiner und dünn­ wandiger ausgebildet sein als wenn sie durch Widerstands­ schweißen miteinander verbunden werden müßten. Die Ver­ wendung dünnwandiger Bleche ermöglicht auch unter Beibe­ haltung des Gewindemaßes eine Reduzierung des Gewichtes, was gerade im Hinblick auf die Leichtbauprämisse im Fahr­ zeugbau von wesentlicher Bedeutung ist. Da sich die mit­ einander zu verschweißenden Bauteile aufgrund des gerin­ geren Anpreßdruckes im Gegensatz zum Widerstandsschweiß­ verfahren nicht verbiegen, läßt sich bei Käfigen für Kä­ figmuttern das Rastnasenmaß wesentlich zuverlässiger ein­ halten.

Die erfindungsgemäße Anwendung des Lichtbogenschweißens gestattet eine gute visuelle Kontrolle des Verfahrens­ fortschrittes. Fehler beim Schweißvorgang, insbesondere Schweißlücken oder Ausfall des Schweißstroms, sind sofort erkennbar. Eine anschließende Materialprüfung kann daher entfallen.

Im Gegensatz zum Lichtbogenschweißen mit einer separaten Schweißelektrode wirken bei dem erfindungsgemäßen Verfah­ ren die Bauteile selbst als Elektroden. Die Bauteile müs­ sen daher lediglich einmal positioniert werden und können dann sofort verschweißt werden. Es entfällt der zusätzli­ che Arbeitsgang des Positionierens einer separaten Schweißelektrode.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn man, gemäß einer Wei­ terbildung des Verfahrens ein Bauteil mit einem vorsprin­ genden Wandteil verwendet und dieses lediglich mit diesem Wandteil mit dem anderen Bauteil verbindet. Hierdurch kann man vermeiden, daß sich Nebenlichtbogen bilden und dadurch ein unerwünscht hoher Stromfluß entsteht, was zu Schwierigkeiten beim Einleiten der elektrischen Energie in die Bauteile mittels der Schweißelektroden führen kann.

Das Starten des Schweißvorganges ist besonders einfach zu erreichen, wenn gemäß einer anderen Weiterbildung der Er­ findung das eine Bauteil zunächst auf das andere aufge­ setzt wird und beide mit einer Spannung beaufschlagt wer­ den, so daß ein "Startstrom" fließen kann und anschlie­ ßend die Bauteile getrennt werden, so daß sich ein Licht­ bogen ausbildet.

Hierdurch entsteht zunächst örtlich ein kleiner Lichtbo­ gen, der sich bei Erhöhung des Schweißstroms über die ge­ samte Breite des Bauteils ausbreitet. Der Lichtbogen wird in dieser Form gehalten bis die Oberflächen im Lichtbogen aufgeweicht sind. Dann werden die Bauteile, wie erläu­ tert, unter leichtem Druck bis zum Erstarren der Schmelze zusammengefügt.

Das zweitgenannte Problem, nämlich die Schaffung eines Käfigs, welcher zum Verschweißen mit einem Karosserieteil gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren ausgebildet ist, wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß ein stirnseiti­ ges Wandteil des Käfigs gegenüber einem seitlichen Wand­ teil hervorspringend ausgebildet ist. Hierdurch läßt sich erreichen, daß nur ein Wandteil des einen Bauteils mit dem anderen Bauteil verschweißt wird und Nebenschluß- Lichtbögen, welche zu einem unerwünscht hohen Stromfluß führen würden, vermieden werden. Die Bereiche, in denen sich kein Lichtbogen ausbilden soll, müssen gegenüber der Schweißkanten um mindestens 2 mm zurückversetzt sein.

Das erfindungsgemäße Verfahren und der Käfig zur Durch­ führung des Verfahrens lassen verschiedene Abwandlungen zu. Zur weiteren Verdeutlichung der Erfindung wird nach­ folgend auf die Zeichnung Bezug genommen. Diese zeigt in

Fig. 1 einen Käfig mit eingesetzter Käfigmutter, aufgesetzt auf einem ebenen Karosserieele­ ment,

Fig. 2 den vom Karosserieelement abgehobenen Käfig mit einem ausgebildeten kleinen Lichtbogen,

Fig. 3 den vom Karosserieelement abgehobenen Käfig mit einem ausgebildeten großen Lichtbogen,

Fig. 4 den mit dem Karosserieelement verschweißten Käfig.

Die Fig. 1 zeigt einen Käfig 1 zur Aufnahme einer Käfig­ mutter 5. Von dem Käfig i sind zwei Wandteile 3, 4 und ein zu einer Seite geöffnetes Kopfteil 8 zum Einschieben ei­ ner Käfigmutter 5. zu sehen. Das seitliche, sichtbare Wandteil 3 sowie das nicht sichtbare gegenüberliegende Wandteil sind gegenüber dem stirnseitigen Wandteil 4 in der Höhe zurückversetzt, so daß sich dort kein Lichtbogen ausbilden kann. Der Kontakt zum flächigen Karosserieele­ ment 2 wird nur durch das stirnseitige Wandteil 4 herge­ stellt, welches über seine gesamte Breite fest aufliegt. Eine Startspannung ist auf nicht gezeigte Weise angelegt, so daß ein Startstrom fließen kann.

In Fig. 2 ist der Käfig 1 vom Karosserieelement 2 abge­ hoben, es besteht also kein direkter Kontakt mehr. Es bildet sich nunmehr durch den Startstrom ein kleiner Lichtbogen 6 im mittleren Bereich des stirnseitigen Wand­ teils 4 aus. Dieser breitet sich beim Erhöhen des Schweißstroms, wie aus Fig. 3 ersichtlich, über die volle Breite des stirnseitigen Wandteils 4 aus. Bei un­ verändertem Abstand wird der Lichtbogen 6 so lange gehal­ ten, bis die Oberflächen im Lichtbogen 6 weich geworden sind.

Fig. 4 zeigt die bereits zusammengefügten Teile, die mit leichtem mechanischem Druck aufeinander gepreßt werden, bis die Schweißnaht 7 erstarrt ist.

Claims (4)

1. Verfahren zum Verschweißen zweier metallischer Bau­ teile durch Anlegen von Schweißelektroden und Erwär­ men der Bauteile mittels eines elektrischen Strom­ flusses von dem einen zum anderen Bauteil, dadurch gekennzeichnet, daß die mit den Schweißelektroden verbundenen Bauteile auf einen geringen Abstand zu­ einander gebracht werden, so daß sich ein elektri­ scher Lichtbogen ausbildet und sich das Metall an der Oberfläche im Lichtbogen erwärmt und aufweicht und daß die aufgeweichten Oberflächen anschließend mit nur geringem mechanischem Druck gegeneinander bewegt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man ein Bauteil mit einem vorspringenden Wand­ teil verwendet und dieses lediglich mit diesem Wand­ teil mit dem anderen Bauteil verbindet.

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das eine Bauteil zunächst auf das andere aufgesetzt wird und beide mit einer Spannung beaufschlagt werden, so daß ein "Startstrom" fließen kann, anschließend die Bauteile getrennt werden, so daß sich ein Lichtbogen ausbildet.

4. Käfig, welcher zum Verschweißen mit einem Karosse­ rieteil gemäß dem Verfahren nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüchen ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß ein stirnseitiges Wandteil (4) des Käfigs (1) gegenüber einem seitlichen Wandteil (3) hervorspringend ausgebildet ist.