DE19913436C1

DE19913436C1 - Schweißverbindung von Bauteilen aus unterschiedlichen Werkstoffen

Info

Publication number: DE19913436C1
Application number: DE19913436A
Authority: DE
Inventors: Dierk Warburg
Original assignee: Erbsloeh AG
Current assignee: WKW AG
Priority date: 1999-03-25
Filing date: 1999-03-25
Publication date: 2000-12-14
Anticipated expiration: 2019-03-26

Abstract

Bei einer derartigen Schweißverbindung besteht das eine Bauteil aus einem von Aluminium verschiedenartigen Werkstoff mit relativ hohem Schmelzpunkt wie Stahl, Edelstahl, Keramik oder dergleichen, während das andere Bauteil aus Leichtmetall mit relativ niedrigerem Schmelzpunkt wie Aluminium und seinen Legierungen besteht. Die Schweißverbindung erfolgt unter Hinzufügung eines Zusatzwerkstoffes und Anwendung der Elektroschweißung, Laserschweißung und dergleichen. DOLLAR A Zur Schaffung einer Schweißverbindung ohne besondere Vorbehandlung der zu verschweißenden Bauteile bei Schaffung einer dekorativen Oberfläche, weist das eine Bauteil zumindest eine Ausnehmung auf, die durch mit dem anderen Bauteil verschweißtem Zusatzwerkstoff bedarfsweise das die Ausnehmung aufweisende Bauteil übergreifend aufgefüllt ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Schweißverbindung von Bauteilen aus unterschiedlichen Werkstoffen, wie eines Bauteiles aus einem von Aluminium verschiedenartigen Werkstoff mit hohem Schmelzpunkt wie Stahl, Edelstahl oder Keramik mit einem Bauteil aus Leichtmetall mit niedrigerem Schmelzpunkt wie Aluminium und seinen Legierungen.

Bei einer aus der DE 42 40 824 A1 ersichtlichen Schweißverbindung eines Bauteiles aus Stahl mit einem Bauteil aus Aluminium ist der zur Verschweißung mit dem Aluminium-Bauteil vorgesehene Bereich des Stahl-Bauteiles mit einem Aluminiumbelag durch eine Walzplattierung beschichtet. Damit erfolgt in einem beherrschbaren Schweißverfahren, welches auch eine Laserschweißung sein kann, eine Verschweißung gleichartiger Werkstoffe miteinander. Eine derartige Schweißverbindung bedarf jedoch einer zuvor aufwendigen Vorbereitung, da das Stahl- Bauteil zumindest teilweise mit einem Aluminiumbelag zu beschichten ist.

Bei einer anderen Schweißverbindung - wie sie aus der DE 33 03 244 C2 bekannt ist, wird ein Stahl-Bauteil mit einem Aluminium-Bauteil mittels elektrischer Widerstandspunktschweißung verbunden, wobei das Aluminium-Bauteil an das Stahl-Bauteil gelegt ist und zwischen das Aluminium-Bauteil und die zugehörige Punktschweißelektrode ein Zusatzmaterial aus Stahl gelegt wird. Von dem Zusatzstahlblech wird jeweils ein Teilbereich beim Punktschweißen unter Durchschmelzung des Aluminiumbleches mit dem Stahl-Bauteil verschweißt. Auf diese Weise werden infolge des Durchschmelzens des Aluminiumbauteiles zwei Stahlteile miteinander verschweißt, zwischen denen das Aluminiumbauteil praktisch festgeklemmt wird. Diese Schweißverbindung ist für viele Einsatzbereiche nicht geeignet, weil sich glatte, ebene Oberflächen mit dieser Schweißverbindung nicht schaffen lassen.

Die Druckschrift DE 195 33 381 C1 offenbart aneinanderstoßende Bauteile, die durch Schweißung geheftet werden können, indem eine durch den einen Bauteil hindurchgehende Sacklochung in den zweiten Bauteil eingebracht wird, und dieses Sackloch mit Material durch Verschweißung aufgefüllt wird. Bei dieser vorbekannten Lösung handelt es sich jedoch um werkstoffgleiche Bauteile, so daß das Schweißmaterial sowohl mit dem einen Bauteil als auch mit dem anderen Bauteil beim Schweißvorgang eine Verbindung eingeht. Wie insbesondere aus der einzigen Figur der vorbekannten Lösung ersichtlich ist, behält das Sackloch an der Verbindungsstelle seinen Durchmesser von der Oberseite bis zum Grund des Schweißpfropfens bei.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Verbindung von Bauteilen aus unterschiedlichen Werkstoffen zu schaffen, wozu keine aufwendigen und zeitraubenden Vorbereitungsarbeiten und außer dem Schweißwerkstoff selbst kein zusätzlicher Materialeinsatz erforderlich ist, wobei der Schweißvorgang gleichwohl eine dekorative Oberfläche zuläßt. Diese Aufgabe ist mit den im Anspruch 1 genannten Merkmalen gelöst. Denn neben einer festen Verbindung zwischen zwei Bauteilen aus unterschiedlichen Werkstoffen lassen sich beispielsweise auch Zierleisten aus Leichtmetall wie beispielsweise Aluminium und seinen Legierungen an einem Stahlblechunterbau nebeneinander derart festlegen, daß unvermeidliche Stoßstellen zwischen den Zierleisten übergangslos und niveaugleich gestaltet werden können, so daß die Stoßstellen abdeckende Klammern entbehrlich sind. Dies ist beispielsweise von besonderer Bedeutung im Automobilbau, wo es bisher üblich war, beispielsweise Abdeckleisten zwischen Scheiben und Karosserieanschluß in ihrem Stoßbereich abzudecken. Mit der erfindungsgemäßen Schweißverbindung lassen sich die Zierleisten dicht an dicht aneinander fügen und derart niveaugleich am Unterbau befestigen, daß eine Abdeckung der Stoßstellen nicht mehr erforderlich ist. Es versteht sich, daß die Anwendung der erfindungsgemäßen Schweißverbindung nicht auf das Beispiel der Anbringung von Zierleisten aus Leichtmetall an einem Stahlunterbau beschränkt ist, sondern daß diese Schweißverbindung bei vielerlei Anwendungen möglich ist.

Um im Bedarfsfall auch die Oberfläche des Bauteiles aus Werkstoff mit hohem Schmelzpunkt wie beispielsweise Stahl, Keramik oder dergl. nach dem Schweißvorgang eben, ohne Aufwölbungen oder Überhöhungen gestalten zu können, weist nach einem Ausgestaltungsmerkmal der Erfindung das Bauteil aus Werkstoff mit hohem Schmelzpunkt mindestens eine die Ausnehmung bildende, kegelige Bohrung mit zum Bauteil aus Leichtmetall abnehmendem Durchmesser auf, während das Bauteil aus Leichtmetall mit dem Zusatzwerkstoff unter Auffüllung der kegeligen Bohrung verschweißt ist. Dabei wird nur so viel Zusatzwerkstoff hinzugefügt, daß die kegelige Bohrung bündig mit der Oberfläche des Bauteiles aus Werkstoff mit hohem Schmelzpunkt aufgefüllt ist. Dabei läßt sich als Zusatzwerkstoff ein Pulvermaterial der Legierungszusammensetzung des mit dem Stahl zu verbindenden Leichtmetalls verwenden. Es versteht sich jedoch, daß als Zusatzwerkstoff auch Leichtmetall-Formstücke eingesetzt werden können. Überdies kann die Ausnehmung statt kegelig auch stufenförmig gestaltet sein.

Die Formgebung der Ausnehmung im Bauteil aus Werkstoff mit hohem Schmelzpunkt ist jedoch nicht auf die vorgenannte kegelige Bohrung beschränkt, sondern es kann je nach Bedarfsfall das Bauteil aus Werkstoff mit hohem Schmelzpunkt auch wenigstens eine die Ausnehmung bildende zylindrische Bohrung aufweisen, während das Bauteil aus Leichtmetall mit dem Zusatzwerkstoff unter Auffüllung und nietkopfartiger Überwölbung der zylindrischen Bohrung verschweißt ist.

Abgesehen von den als Bohrungen ausgebildeten Ausnehmungen lassen sich die Ausnehmungen im Bauteil aus Werkstoff mit hohem Schmelzpunkt randseitig anordnen, so daß dort Aussparungen gebildet sind, die von dem mit dem Bauteil mit niederem Schmelzpunkt verschweißten Zusatzwerkstoff aufgefüllt sind, und das Bauteil aus Werkstoff mit hohem Schmelzpunkt überwölben.

Um die Schweißverbindung bedarfsweise auch über eine längere Strecke wirksam werden zu lassen, ist nach einem weiteren Ausgestaltungsmerkmal der Erfindung vorgesehen, daß das eine Bauteil aus Werkstoff mit hohem Schmelzpunkt mehrere Ausnehmungen hinter- und/oder nebeneinander zur Bildung mehrerer Schweiß-Verbindungsstellen mit dem anderen Bauteil aus Werkstoff mit niedrigerem Schmelzpunkt aufweist.

Die Erfindung ist anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert und zeichnerisch dargestellt. Es zeigen:

Fig. 1 den Querschnitt einer Schweißverbindung von Bauteilen aus unterschiedlichem Werkstoff, wobei beispielsweise ein Stahlbauteil mit einem Aluminiumbauteil verbunden ist, indem das Stahlbauteil eine kegelige Bohrung aufweist, die mit dem mit dem Aluminiumbauteil verschweißten Zusatzwerkstoff aufgefüllt ist,

Fig. 2 die aus Fig. 1 ersichtliche Schweißverbindung in einer Draufsicht mit zwei hintereinander angeordneten Schweißstellen,

Fig. 3 eine Schweißverbindung im Querschnitt analog der Fig. 1, wobei jedoch im Stahlbauteil eine zylindrische Bohrung angeordnet ist, die nach dem Schweißvorgang vom mit dem Aluminiumbauteil verschweißten Zusatzwerkstoff von einer nietkopfartigen Überwölbung übergriffen ist,

Fig. 4 ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Schweißverbindung, wobei das Bauteil aus Stahl randseitige Ausnehmungen in Form von Aussparungen aufweist, die vom mit dem Aluminiumbauteil verschweißten Zusatzwerkstoff ausgefüllt sind,

Fig. 5 die aus Fig. 4 ersichtliche Randschweißverbindung in einer Draufsicht, bei der die Aussparungen am Rand des Bauteiles aus Stahl unterschiedlich gestaltet sind.

Bei dem aus den Fig. 1 und 2 ersichtlichen Ausführungsbeispiel einer Schweißverbindung besteht das nur beispielsweise plattenförmig ausgebildete Bauteil 10 aus einer Aluminiumlegierung, während das dieses bereichsweise übergreifende, ebenfalls nur beispielsweise plattenförmige Bauteil 11 aus Stahl besteht. Dieses Bauteil 11 weist - wie aus Fig. 2 ersichtlich ist - zwei hintereinander angeordnete Ausnehmungen 12 auf, die bei diesem Ausführungsbeispiel als kegelige Bohrungen 13 ausgebildet sind. Unter Hinzufügung eines Zusatzwerkstoffes 14, der im wesentlichen aus gleichartigem Material wie das Bauteil 10 besteht und pulverförmig sein kann, und somit gegenüber dem Bauteil 11 einen niedrigeren Schmelzpunkt aufweist, der im Bereich des Schmelzpunktes von Bauteil 10 liegt, wird beispielsweise durch Laserschweißung ein Schweißkrater 15 im Bauteil 10 erzeugt, der durch den verflüssigten Zusatzwerkstoff 14 aufgefüllt wird und darüber hinaus auch die kegelige Bohrung 13 auffüllt und im Idealfall die Oberfläche des Bauteiles 11 erreicht. Dieser nach dem Schweißvorgang erkaltende Zusatzwerkstoff ist in homogener Weise mit dem Bauteil 11 verbunden und hält die Verbindung des Bauteiles 11 aus Stahl mit dem Bauteil 10 aus Aluminium aufrecht.

Bei der aus Fig. 3 ersichtlichen Schweißverbindung weist das aus beispielsweise Stahl bestehende Bauteil 11 als Ausnehmung 12 eine zylindrische Bohrung 16 auf, in welche der beispielsweise pulverförmige Zusatzwerkstoff 14 eingebracht ist, welcher wiederum aus einem ähnlichen Werkstoff wie das Bauteil 10 besteht. Beim Schweißvorgang wird dieser Zusatzwerkstoff 14 ebenfalls verflüssigt und bildet wiederum im Bauteil 10 einen Schweißkrater 15, wobei soviel Zusatzwerkstoff 14 verflüssigt wird, daß die zylindrische Bohrung 16 mehr als aufgefüllt wird, so daß sich eine Überwölbung 17 bildet, die nach dem Erkalten des Zusatzwerkstoffes 14 eine nietartige Verbindung zwischen dem aus Stahl bestehenden Bauteil 11 und dem aus Aluminium bestehenden Bauteil 10 bildet.

Bei dem aus den Fig. 4 und 5 ersichtlichen Ausführungsbeispiel befinden sich mehrere Ausnehmungen 12 hintereinander im Randbereich des aus beispielsweise Stahl bestehenden Bauteiles 11. Diese Ausnehmungen 12 bilden Aussparungen 18, die verschiedenartig gestaltet sein können. Der Zusatzwerkstoff 14 wird den Aussparungen 18 beigegeben und verflüssigt sich während des Schweißvorganges unter Bildung eines Schweißkraters 15 im aus Aluminium bestehenden Bauteil 10. Auch bei diesem Schweißvorgang ist nach dem Erkalten des Zusatzwerkstoffes 14 eine Überwölbung 17 gebildet, durch welche das Bauteil 11 in fester Verbindung mit dem Bauteil 10 gehalten ist.

Wie bereits erwähnt, geben die dargestellten und vorgeschriebenen Ausführungsformen den Erfindungsgegenstand nur beispielhaft wieder, der keinesfalls allein darauf beschränkt ist. Es sind vielmehr noch mancherlei Änderungen und andere Ausgestaltungen der Erfindung denkbar. Darüber hinaus sind alle aus der Beschreibung sowie aus den Zeichnungen entnehmbaren Merkmale erfindungswesentlich, auch wenn sie in den Ansprüchen nicht ausdrücklich beansprucht sind.

Bezugszeichenliste

10

Bauteil, (Al)

11

Bauteil, (Fe)

12

Ausnehmung

13

Bohrung, kegelig

14

Zusatzwerkstoff

15

Schweißkrater

16

Bohrung, zylindrisch

17

Überwölbung

18

Aussparung

Claims

1. Schweißverbindung von Bauteilen aus unterschiedlichen Werkstoffen, wie eines Bauteiles (11) aus einem von Aluminium verschiedenartigen Werkstoff mit hohem Schmelzpunkt wie Stahl, Edelstahl oder Keramik mit einem Bauteil (10) aus Leichtmetall mit niedrigerem Schmelzpunkt wie Aluminium und seinen Legierungen unter Hinzufügung eines Zusatzwerkstoffes (14) und Anwendung von Elektroschweißung, Laserschweißung oder Schmelzschweißung, wobei das eine Bauteil (11) zumindest eine Ausnehmung (12) aufweist, die durch mit dem anderen Bauteil (10) verschweißten Zusatzwerkstoff (14) aufgefüllt ist, wobei der Zusatzwerkstoff (14) die Ausnehmung (12) zur Verbindung des Bauteiles (10) mit dem Bauteil (11) dieses Bauteil (11) übergreifend auffüllt.

2. Schweißverbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Bauteil (11) aus Werkstoff mit hohem Schmelzpunkt mindestens eine die Ausnehmung (12) bildende kegelige Bohrung (13) mit zum Bauteil (10) aus Leichtmetall abnehmendem Durchmesser aufweist, und das Bauteil (10) aus Leichtmetall mit dem Zusatzwerkstoff (14) unter Auffüllung der kegeligen Bohrung (13) verschweißt ist.

3. Schweißverbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Bauteil (11) aus Werkstoff mit hohem Schmelzpunkt mindestens eine die Ausnehmung (12) bildende zylindrische Bohrung (16) aufweist und das Bauteil (10) aus Leichtmetall mit dem Zusatzwerkstoff (14) unter Auffüllung und nietkopfartiger Überwölbung (17) der Bohrung (16) verschweißt ist.

4. Schweißverbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Bauteil (11) aus Werkstoff mit hohem Schmelzpunkt randseitige, die Ausnehmung (12) bildende Aussparungen (18) aufweist, die von dem mit dem Bauteil (10) mit niedrigerem Schmelzpunkt verschweißten Zusatzwerkstoff (14) aufgefüllt sind, wobei der verschweißte Zusatzwerkstoff (14) das Bauteil (11) aus Werkstoff mit hohem Schmelzpunkt überwölbt.

5. Schweißverbindung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das eine Bauteil (11) aus Werkstoff mit hohem Schmelzpunkt mehrere Ausnehmungen (12) hinter- und/oder nebeneinander zur Bildung mehrerer Schweiß-Verbindungsstellen mit dem anderen Bauteil (10) aus Werkstoff mit niedrigerem Schmelzpunkt aufweist.

6. Schweißverbindung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmung (12) im Bauteil (11) mit hohem Schmelzpunkt gestuft ausgebildet ist.