DE19729967C1

DE19729967C1 - Verfahren und Vorrichtung zur mechanischen Erzeugung von Zusatzwerkstoff-Depots

Info

Publication number: DE19729967C1
Application number: DE1997129967
Authority: DE
Inventors: Kurt Prof Dr Ing Koppe; Juergen Seilkopf; Gernot Dr Sitte
Original assignee: SCHWEISTECHNISCHE LEHR und VER
Current assignee: SCHWEISTECHNISCHE LEHR und VER
Priority date: 1997-07-12
Filing date: 1997-07-12
Publication date: 1999-01-21
Anticipated expiration: 2017-07-13

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum mechanischen Er zeugen von Zusatzwerkstoff-Depots, vorzugsweise für ein nachfolgendes Wi derstands- Umform-Löten.

Es ist bekannt, Blechbauteile mittels einer Vielzahl von Verfahrensvarianten des Widerstandspunktschweißens zu verbinden (Krause, M.: Widerstandspunkt schweißen. Deutscher Verlag für Schweißtechnik, Düsseldorf 1993). Dieses Verfahren hat den Nachteil, daß bei artgleichen Fügepartnern in der Regel beid seitig Elektrodeneindrücke vorhanden sind, die auf Sichtflächen meist eine Nacharbeit erfordern. Durch Verwendung von Elektroden mit größeren Arbeits flächendurchmessern auf der Sichtseite gelingt es zwar, den Elektrodeneindruck zu verhindern. Da die beim Punktschweißen erzeugten Schmelzvolumen stets ein Schrumpfen bei deren Erstarrung nach sich ziehen, ist eine Oberflächen-Ein ziehung im Bereich der Schweißlinse unvermeidlich und damit meist eine, wenn auch minimierte Nacharbeit erforderlich. Es ist auch bekannt, mittels Buckel schweißen Blechteile zu verbinden. Aufgrund der verfahrenstypisch bedingten großflächigen Stromeinleitung sind die Probleme hier im allgemeinen geringer als beim Punktschweißen. Das Buckelschweißen hat jedoch wesentliche Einschrän kungen hinsichtlich der realisierbaren Bauteilgröße, da im allgemeinen alle parti ellen Schweißstellen gleichzeitig erzeugt werden (müssen). Es ist auch bekannt, punkt- oder linienförmige Verbindungen zwischen Blechbauteilen mittels Rollen nahtschweißen bei ein- oder beidseitiger Elektrodenanordnung zu erzeugen. Die Probleme sind jedoch in keinem Fall geringer als die beim Punkt- oder Buckel schweißen beschriebenen.

Die genannten Verfahren sind für das Verbinden unterschiedlicher Werkstoffe oft nicht geeignet, da sich beim Schweißen verschiedener Kombinationen sprö de intermetallische Phasen bilden.

Es ist bekannt, mittels konduktiver Widerstandserwärmung Lötverbindungen zu erzeugen (ZIS-Mitt., Halle 29 (1987) 4, S. 367-374): Nachteilig ist, daß bisher entweder ein drittes Teil (Lotfolie, Lotdraht, Lotpaste o. ä.) unmittelbar während des Fügeprozesses zu positionieren ist oder ein Teil mit einer Beschichtung ver sehen werden muß. Bei der Ausnutzung galvanischer Beschichtungen als Lot muß das komplette Bauteil beschichtet sein. Die Auswahl der anwendbaren Lo te ist dann stark eingeschränkt.

Es wurde auch schon vorgeschlagen (DD 274775 A1), zur Erhöhung der Pro zeßsicherheit Nuten in die Fügepartner einzuarbeiten, die als Flußmitteldepots dienen. Die vorgeschlagenen Maßnahmen dienen ausschließlich der Qualitäts verbesserung der Verbindung. Weder die Handhabbarkeit noch die Automati sierbarkeit werden dadurch verbessert. Für großflächige Blechbauteile ist diese Methode nicht geeignet.

Weiterhin wurde auch schon vorgeschlagen (DE 195 12 089 C1), in einen der Fügepartner an den Stellen der gewünschten Verbindungsstellen Kalotten einzu prägen, in diese Lot einzubringen und beim späteren Verbindungsprozeß mittels konduktiver Stromeinleitung eine Rückverformung der Kalotte unter gleichzeiti ger Erwärmung auf Löttemperatur vorzunehmen.

Da bei richtig eingestellten Parametern ein Anschmelzen der Grundwerkstoffe vermieden wird, entsteht auch kein schrumpfungsbedingter Oberflächeneinzug. Eine Seite wird also optisch nicht beeinträchtigt. Dieser Vorteil wird jedoch mit dem Nachteil von zwei zusätzlichen Prozeßschritten (Einprägen der Kalotten und Deponieren des Lotes) erkauft. Ein weiterer Nachteil dieses Verfahrens ist, daß die Umformbarkeit mindestens eines der Fügepartner die Voraussetzung für sei ne Anwendbarkeit ist.

Es wurde auch vorgeschlagen, gemäß Patentanmeldung DE 197 14 755.0 unter Verwendung pulverförmiger Lote und einer Widerstandsschweißmaschine Lot- Depots zu erzeugen. Dies hat jedoch den Nachteil, daß eine zusätzliche Wider standsschweißmaschine erforderlich ist, die außerdem noch eine relativ hohe elektrische Anschlußleistung erfordert.

Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen, die transportsichere Zusatzwerkstoff-Depots - vorzugsweise zum nachfolgenden Löten - erzeugen und dabei nur eine minimale elektrische Lei stung erfordern.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe wie folgt gelöst, wobei hinsichtlich der grundlegenden Gedanken, die das Verfahren zum mechanischen Erzeugen von Zusatzwerkstoff-Depots betreffen, auf den Patentanspruch 1 verwiesen wird. Die weitere Ausgestaltung der Erfindung gemäß dem Patentanspruch 1 ergibt sich aus den Ansprüchen 2 und 3.

Eine selbständige Verfahrensvariante gem. Nebenanspruch 4 beinhaltet das Erzeugen linienförmiger Zusatzwerkstoff-Depots. Eine entsprechende Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens ergibt sich aus Patentanspruch 5.

Das Verfahren gem. Patentanspruch 1 besteht im wesentlichen aus folgenden Schritten

- Zusatzwerkstoff-Halbzeuge in Form von Bändern, Drähten oder Litzen werden mit dem Blech (Feinblech), an dem der Zusatzwerkstoff befestigt werden soll, zwischen Werkzeugen plaziert, die ansich bekannt sind und beim Durchsetzfügen verwendet werden. Das Zusatzwerkstoff-Halbzeug wird schneidstempelseitig und das Feinblech schneidmatritzenseitig angeordnet.
- Mit Betätigung des Werkzeugsystems, wenn sich der Schneidstempel in Richtung Schneidmatritze bewegt, werden das Zusatzwerkstoff-Halb zeug und das Feinblech zwischen dem Schneidstempel und der Schneid matritze festgespannt.
- Die weitere Schneidstempelbewegung bewirkt das Abschneiden einer definierten Menge Zusatzwerkstoffs. Von dem Blech wird dabei ein dem Werkzeugsystem entsprechender Steg mit Einschnitten versehen und herausgedrückt, wobei der Steg mit dem Blech verbunden bleibt, wie im Ausführungsbeispiel noch näher zu erläutern sein wird.
- Nunmehr verbleibt der Schneidstempel in der Position entsprechend dem vorher erläuterten Verfahrensschritt. Der zum Werkzeugsystem gehörende Amboß ermöglicht im Zusammenwirken mit dem Schneid stempel ein Stauchen des Zusatzwerkstoffes und gegebenenfalls des Feinblechsteges, wodurch das Zusatzwerkstoff-Depot am Blech fixiert wird. Ähnlich wie beim Durchsetzfügen ist es möglich,
- daß die Schneidmatritze bewegliche Lamellen hat, die beim Anstauchen seitlich ausweichen,
- oder daß die Schneidmatritze soweit zurückbewegt wird, daß der Amboß frei auf den zu stauchenden Zusatzwerkstoff einwir ken kann.

Gemäß Patentanspruch 2 wird in Anlehnung an das von Durchsetzfügen her bekannte Schneid- Umform-System mit zwei parallelen Schneiden, einem Band- oder Drahtvorschubsystem und einem Steuersystem vorgeschlagen, daß das Band oder der Draht unter dem Schneidstempel quer zur Schneidrichtung positioniert wird und im weiteren nach jedem Schneidevorgang ein ent sprechender Band- oder Drahtvorschub ausgelöst wird.

Entsprechend dem Patentanspruch 3 wird unter Verwendung einer Druckfügezange, die das Schneid- Umform-System darstellt, und einem mobilen Drahtvorschubsystem der Draht mit Hilfe des mobilen Drahtvorschubsystems der Druckfügezange zugeführt.

Bei der Verfahrensvariante gem. Nebenanspruch 4 und Unteranspruch 5 für die entsprechende Vorrichtung wird nicht das ansich bekannte Werkzeugsystem zum Durchsetzfügen in die Überle gungen einbezogen. Vielmehr wird das linienförmige Zusatzwerkstoff-Depot wie folgt erzeugt:

- Das Werkstück (Feinblech) wird auf einer Unterlage fest angeordnet. Im Bereich des herzustellenden Zusatzwerkstoff-Depots weist die Unterlage eine nutförmige Aussparung auf.
- Mit Hilfe eines Werkzeuges, das zweckmäßig rollenförmig ausgebildet ist, wird durch Umformen die Nut hergestellt.
- Nunmehr wird das Zusatzwerkstoff-Halbzeug in Form von Bändern, Drähten oder Litzen in die Nut eingebracht. Hierbei kann ebenfalls ein rollenförmiges Werkzeug - natürlich wegen einer anderen Verwendung auch anders ausge führt - hilfreich sein.
- In einem letzten Verfahrensschritt erfolgt durch Umformen der Nutkanten ein transportsicheres Fixieren der linienförmigen Zusatzwerkstoff-Depots. Hierbei kann ein rollenförmiges Werkzeug mit einer Anpreßkraft, die senkrecht auf die Nut gerichtet ist, verwendet werden.

Mit den jeweiligen Verfahren und der entsprechenden Vorrichtung gemäß Patentanspruch 5 werden Vorschläge unterbreitet, die es ermöglichen, entsprechend der Aufgabe der Er findung transportsichere Zusatzwerkstoff-Depots mit geringem Energieaufwand zu schaffen.

Nachfolgend soll die Erfindung an zwei Ausführungsbeispielen zum Erzeugen von Lot-Depots erläutert werden.

Die Figuren gem. 1. Ausführungsbeispiel zeigen:

Fig. 1 die Positionen von Halbzeugen und Werkzeugen vor der Schneid stempelbewegung

Fig. 2 den Doppelschnitt während der Bewegung des Schneid stempels

Fig. 3 den Abschluß des Anstauchvorganges

Fig. 4 eine Draufsicht auf die Depotsenke nach dem Anstauchen des Lot-Halbzeuges (ohne Werkzeuge)

Fig. 5 einen Schnitt durch ein erfindungsgemäßes Lot-Depot

Die Figuren gemäß dem 2. Ausführungsbeispiel zeigen:

Fig. 6 Werkzeug- und Feinblechanordnung beim ersten Verfahrensschritt

Fig. 7 den zweiten Verfahrensschritt

Fig. 8 den dritten Verfahrensschritt

Fig. 9-11 je einen vergrößerten Querschnitt durch das Feinblech nach jedem Verfahrensschritt.

Das erste Ausführungsbeispiel lehnt sich an die Patentansprüche 1 bis 3 an.

Der erfindungsgemäße Verfahrensablauf soll nachfolgend anhand der Fig. 1-3 erläutert werden.

Das mit einem Lot-Depot zu versehende Feinblech 1 und ein zu dessen Oberflä che parallel angeordneter Lotdraht 2 sind zwischen Schneidstempel 3 und Schneidlamellen 4 bzw. Amboß 5 eines Schneid-Umform-Systems positioniert. Der Lotdraht 2 ist dabei mit dem Schneidstempel 3 in Kontakt.

Bei der Abwärtsbewegung des Schneidstempels 3 erfolgt zunächst ein Doppel schnitt, wodurch am Lotdraht 2 ein Lot-Depot-Draht-Zuschnitt 7 erzeugt wird und ein Lotdraht-Verschnitt 6 entsteht und im Feinblech 1 zwei der Stempellän ge entsprechende Einschnitte erfolgen, die zu einer Depotsenke umgeformt werden.

Zum Ende des Prozeßablaufes erfolgt mittels Schneidstempel 3 und Amboß 5 ein gemeinsames Anstauchen von Riegel 9 und Lot-Depot-Draht-Zuschnitt 7, wodurch beide seitlich ausweichen, sich gemeinsam unter dem Feinblech 1 ver klammern und die Schneidlamellen 4 seitlich weggedrückt werden. Das Lot-De pot 8 ist somit erzeugt und transportsicher mit dem Feinblech 1 verbunden. Mit der Aufwärtsbewegung des Stempels 3 ist der Prozeß abgeschlossen und das Feinblech 1 mit dem erzeugten Lot-Depot 8 kann aus der Umform-Schneid-Vor richtung entnommen werden.

Fig. 5 zeigt einen Schnitt durch das erfindungsgemäß fixierte Lot-Depot 8. Ein Blechriegel 9 sichert das unterhalb der beiden Schnittkanten 10, 11 im Fein blech 1 verklemmte Lot-Depot 8.

Das zweite Ausführungsbeispiel lehnt sich an die Patentansprüche 4 und 5 an.

Anhand der Fig. 6 bis 11 soll die Erzeugung eines linienförmigen transportsi cheren Lot-Depots erläutert werden.

Der erste Verfahrensschritt ergibt sich aus Fig. 6. Das Feinblech 1 wird auf ei ner Unterlage mit einer nutförmigen Aussparung fest angeordnet. Ein rollenför miges Werkzeug 12 formt im Feinblech 1 eine Nut 11 durch oberflächenparalle le Bewegung mit Hilfe der Kraft 16. Die Bewegungsrichtung des rollenförmigen Werkzeuges 12 (sowie auch der anderen rollenförmigen Werkzeuge 13, 14) ist mit dem Bezugszeichen 15 versehen.

Der zweite Verfahrensschritt ergibt sich aus Fig. 7.

Mit dem rollenförmigen Werkzeug 13 erfolgt die Lotdrahtzufuhr. Sehr hilfreich kann in diesem Falle eine Nut am Umfange des rollenförmigen Werkzeuges 13 sein, die dem Profil des Lot-Halbzeuges 2 angepaßt ist.

Der dritte Verfahrensschritt ergibt sich aus Fig. 8. Mit Hilfe des rollenförmigen Werkzeuges 14 und der Kraft 17 erfolgt während der Werkzeugbewegung ein Umformen der Nutkanten und ein Fixieren des Lotdrahtes 2.

Die vergrößerten Querschnitte durch das Feinblech 1 nach jedem Verfahrens schritt - ohne Gerätesystem - stellen die Fig. 9 bis 11 dar.

Bezugszeichenliste

1

- Feinblech

2

- Zusatzwerkstoff-Halbzeug / Lot-Halbzeug

3

- Schneidstempel

4

- Schneidlamelle

5

- Amboß

6

- Zusatzwerkstoff-Halbzeug-Verschnitt

7

- Zusatzwerkstoff-Halbzeug-Zuschnitt

8

- Zusatzwerkstoff-Depot

9

- Blechriegel

10

- Schnittkante

11

- Nut im Feinblech

12

- Rollenförmiges Werkzeug zur Nuterzeugung

13

- Rollenförmiges Werkzeug zur Zusatzwerkstoff-Halbzeug-Zufuhr

14

- Rollenförmiges Werkzeug zur Zusatzwerkstoff-Halbzeug-Fixierung

15

- Bewegungsrichtung der rollenförmigen Werkzeuge

16

- Kraft zur Nutherstellung

17

- Kraft zur Zusatzwerkstoff Halbzeug-Fixierung

Claims

1. Verfahren zum mechanischen Erzeugen von Zusatzwerkstoff-Depots an Feinblechen, vorzugsweise für ein nachfolgendes Umform-Widerstands-Löten unter Verwendung von Zusatzwerkstoff Halbzeugen in Form von Bändern, Drähten oder Litzen und Schneid- und Umform-Systemen, dadurch gekennzeichnet, daß in einem ersten Verfahrensschritt zwischen den Werkzeugen bekannter Schneid-Umform-Systeme das Zusatzwerkstoff-Halbzeug (2) schneidstempelseitig und das mit einem Zusatzwerkstoff-Depot (8) zu versehende Feinblech (1) schneidmatritzenseitig angeordnet werden, in einem zweiten Verfahrensschritt nach Betätigung des Werkzeugsystems das Zusatzwerkstoff-Halbzeug (2) und das Feinblech (1) zwischen dem Schneidstempel (3) und den Schneidlamellen (4) festgespannt werden, in einem dritten Verfahrensschritt eine definierte Menge Zusatzwerkstoff-Halbzeug (2) abgeschnitten und gleichzeitig in dem Feinblech (1) zwei der Länge des Schneidstempels (3) entsprechende Einschnitte erfolgen, die zu einer Depotsenke umgeformt werden und in einem vierten Verfahrensschritt das abgeschnittene Zusatzwerkstoff-Halbzeug (2) an dem zu einer Depot-Senke umgeformten Blech (1) transportsicher deponiert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1 unter Verwendung eines vom Durchsetzfügen her bekannten Schneid-Umform-System mit zwei parallelen Schneiden, eines Band- oder Drahtvor schubsystems und eines Steuersystems, dadurch gekennzeichnet, daß das Band oder der Draht unter dem Schneidstempel quer zur Schneidrichtung positioniert wird und im weiteren nach jedem Schneidvorgang ein entsprechender Band- oder Drahtvorschub ausgelöst wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 unter Verwendung einer Druckfügezange als Schneid- Umform- System und einem mobilen Drahtvorschubsystem, dadurch gekennzeichnet, daß der Draht mit Hilfe des mobilen Drahtvorschubsystems der Druckfiigezange zugeführt wird.

4. Verfahren zum mechanischen Erzeugen von linienförmigen transportsicheren Lot-Depots an Feinblechen, vorzugweise für ein nachfolgendes linienförmiges Umform-Widerstands-Löten unter Verwendung von Zusatzwerkstoff-Halbzeugen in Form von Bändern, Drähten oder Litzen und Umform-Systemen mit rollenförmigen Werkzeugen, dadurch gekennzeichnet, daß in einem ersten Verfahrensschritt an der Stelle des zu erzeugenden Depots eine Nut (11) durch Umformen erzeugt, in einem zweiten Verfahrensschritt das Zusatzwerkstoff-Halbzeug (2) zugeführt und in einem dritten Verfahrensschritt das Zusatzwerkstoff-Halbzeug (2) durch kontinuierliches oder diskontinuierliches Umformen der Nutkanten transportsicher fixiert wird und die drei Verfahrensschritte vorzugsweise kontinuierlich zeitlich parallel mit nur geringem örtlichen Versatz ablaufen.

5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 4 unter Verwendung einer Unterlage als Matrize und rollenförmiger Werkzeuge, dadurch gekennzeichnet, daß die Unterlage eine nutförmige Aussparung derart aufweist, daß bei Plazierung eines Feinbleches (1) auf der Unterlage ein rollenförmiges Werkzeug zur Nuterzeugung (12) durch ober flächenparallele Bewegung und mit Hilfe einer senkrecht auf das Feinblech (1) wirkenden Kraft (16) eine Nut (11) im Feinblech (1) durch Umformen herstellen kann, daß zur Vorrichtung zur Realisierung des 2. Verfahrensschrittes weiterhin ein rollenförmiges Werkzeug zur Zusatzwerkstoff-Halbzeug-Zufuhr (13) gehört, welches durch Abrollen parallel zur hergestellten Nut (11) im Feinblech (1) die Zufuhr des Zusatzwerkstoff- Halbzeuges (2) ermöglicht und daß zur Realisierung des 3. Verfahrensschrittes weiterhin zur Vorrichtung ein rollenförmiges Werkzeug zur Zusatzwerkstoff-Halbzeugfixierung (14) gehört, welches durch Abrollen parallel zum bereits eingelagerten Zusatzwerkstoff-Halbzeug (2) in der Nut (11) und gleichzeitiger Krafteinwirkung (17) senkrecht auf das Zusatz werkstoff-Halbzeug (2) und auf die Nut (11) ein Fixieren des Zusatzwerkstoff-Halbzeuges (2) in der Nut (11) ermöglicht.