DE19938082A1

DE19938082A1 - Verbindungsbereich zweier beschichteter Metallbleche

Info

Publication number: DE19938082A1
Application number: DE19938082A
Authority: DE
Inventors: Klaus Dreher; Guenther Hiller; Thomas Kretschmer
Original assignee: DaimlerChrysler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 1999-08-12
Filing date: 1999-08-12
Publication date: 2001-03-15
Anticipated expiration: 2019-08-13
Also published as: DE19938082B4; WO2001012378A1

Abstract

Die Erfindung betrifft die Verbindung zweier beschichteter Metallbleche mit Hilfe des Laserstrahl-Schweißens. Mindestens eines der beiden Metallbleche weist einen Flansch auf, mit dessen Hilfe dieses Metallblech auf dem anderen befestigt wird. In Zusammenbaulage der beiden Metallbleche ragt der Flansch um einen Keilwinkel vom zweiten Metallblech ab und wird mit Hilfe von Spannmitteln so auf dem zweiten Metallblech fixiert, daß zwischen Flansch und zweitem Metallblech ein flacher Freiraum entsteht. Dieser Freiraum gestattet das schnelle Entweichen der Schweißdämpfe aus der Schmelzzone des Schweißlasers. Andererseits ist der Freiraum so flach, daß - auch bei Abweichungen des Schweißlasers von der idealen Schweißbahn - ein annähernd gleicher Abstand zwischen Flansch und zweitem Metallblech vorliegt; somit gewährleistet diese Gestaltung des Verbindungsbereiches zwischen den beiden Metallblechen eine weitgehende Unabhängigkeit des Schweißergebnisses von Bauteilungenauigkeiten und Abweichungen in der Laserführung.

Description

Die Erfindung betrifft einen Verbindungsbereich zweier beschichteter Metallbleche zur Verbin dung mit Hilfe des Laserstrahl-Schweißens sowie ein Verfahren zum Laserstrahl-Verschweißen zweier beschichteter Metallbleche.

Das Laserstrahlschweißen stellt - insbesondere in bezug auf Festigkeit der Schweißnaht und Gewichtsersparnis bei der Auslegung des Fügebereiches - ein vorteilhaftes Fügeverfahren zum Verbinden von Metallblechen dar und wird daher in der Automobilindustrie verstärkt zum Ver schweißen von Karosserieblechen und Strukturbauteilen eingesetzt. Beim Laserstrahlschweißen treten jedoch Probleme auf, wenn die zu verschweißenden Metallbleche mit einem korrosions schützenden Werkstoff beschichtet sind, dessen Schmelzpunkt deutlich niedriger liegt als der jenige des Metallblechs: In diesem Fall verdampft der Beschichtungsstoff während des Laser strahlschweißens, die entweichende Dämpfe gelangen in das flüssiggewordene Schmelzbad und führen zu einer porösen und/oder verunreinigten Schweißnaht, die die an sie gestellten Festig keitsanforderungen nicht verläßlich erfüllen kann. Um eine porenfreie Schweißung mit guter Nahtqualität zu erreichen, muß daher vor der Verschweißung die Beschichtung lokal entfernt werden, oder es müssen im Fügebereich der Metallbleche Freiräume vorgesehen werden, in die die gasförmigen Beschichtungsstoffe entweichen können.

Zur Lösung dieser Entgasungsproblematik wird in der gattungsbildenden EP 178 394 A2 vorge schlagen, zwei auf Überlapp miteinander zu verschweißende, ansonsten voneinander abragende Metallbleche zunächst mit Hilfe von Spannmitteln in der Umgebung der Schweißnaht relativ zu einander zu fixieren und dann entlang der Spannmittel zu verschweißen. Durch das gegenseitige Abragen der beiden Bleche außerhalb des Überlappungsbereiches entsteht zwischen den Ble chen einen Freiraum, der mit der externen Umgebung in Strömungsverbindung steht und ein Entweichen der Beschichtungsdämpfe gestattet. Allerdings wächst der Freiraum und somit der Abstand der beiden Bleche mit wachsender Entfernung von den Spannmitteln schnell an. Um eine qualitativ hochwertige, reproduzierbare Schweißnaht zu erzeugen, ist daher eine hochge naue - und somit sehr aufwendige - Steuerung der Laserbahn notwendig, die sicherstellen muß, daß entlang der gesamten Schweißnaht der Abstand der zu verschweißenden Bleche einen nä herungsweise konstanten Wert hat. Bei toleranzbehafteten Bauteilen ist die Geometrie der Ble che relativ zueinander und somit auch dieser Abstand zusätzlichen Schwankungen ausgesetzt, die durch die Laserführung nur mit hohem Aufwand zu kompensieren wären. Weitere in der EP 178 394 A2 dargestellte Ausführungsbeispiele, die z. B. die Herstellung einer hochgenau dimen sionierten Sicke auf einem der Blechteile oder das Einbringen eines zusätzlichen Blechstreifens als Abstandshalter im Überlappungsbereich vorschlagen, sind ebenfalls zu aufwendig, um für den Großserieneinsatz geeignet zu sein.

In der EP 337 182 A2 wird vorgeschlagen, die beiden miteinander zu verschweißenden Metall bleche im Verbindungsbereich entlang der Schweißnaht mit sickenförmigen Krümmungen zu versehen, so daß die beiden Bleche mit unterschiedlichen Krümmungsradien aufeinandersto ßen; hierdurch entstehen beidseitig der Schweißnaht Freiräume, die die entweichenden Be schichtungsdämpfe aufnehmen können. Allerdings sind die hierfür notwendigen eng benachbar ten konvexen und konkaven Krümmungen aus fertigungstechnischen Gründen nur auf sehr dünnen Blechen zu realisieren. Weiterhin weisen die beiden Bleche, bedingt durch die geometri sche Ausgestaltung der Freiräume, bereits in unmittelbarer Nachbarschaft der Schweißnaht er hebliche Abstände auf; daher ist - wie in den in der EP 178 394 A2 beschriebenen Verfahren - zur Erreichung einer qualitativ hochwertigen, reproduzierbaren Schweißnaht eine hochgenaue, aufwendige und teuere Steuerung der Laserbahn notwendig, um den Laser - unabhängig von Schwankungen in der Teilegeometrie - genau entlang der Berührungskontur der Bleche zu füh ren.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, den Verbindungsbereich zweier beschichteter Metallbleche so zu gestalten, daß die Metallbleche - unabhängig von Schwankungen in der Tei legeometrie - in diesem Verbindungsbereich einfach, kostengünstig und großserientauglich mit Hilfe des Laserstrahlschweißens verbunden werden können. Weiterhin liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein einfaches, großserientaugliches Verfahren zum Erzeugen einer qualitativ hochwertigen, reproduzierbaren Laserschweißnaht beim Überlappschweißen beschichteter Me tallbleche vorzuschlagen.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Vorrichtungsanspruchs 1 und der Verfahrensansprüche 6 und 7 gelöst.

Danach ist der Verbindungsbereich der beschichteten Metallbleche so ausgestaltet, daß eines der Bleche einen Flansch aufweist, der in Zusammenbaulage der beiden Metallbleche vor dem Verschweißen keilförmig gegenüber dem zweiten Metallblech abragt. Zwischen Flansch und zweitem Metallblech wird somit ein keilförmiger Freiraum gebildet. Mit Hilfe eines Spannmittels, das im Berandungsbereich des Flansches angreift, wird der Flansch des ersten Metallbleches nun auf das zweite Metallblech gedrückt und die beiden Metallbleche in dieser Relativlage fi xiert. Hierbei wird auch der ursprüngliche keilförmige Freiraum in seiner Lage fixiert und - in Ab hängigkeit von der gewählten Ausgestaltung des Flansches - geometrisch modifiziert. Werden nun die beiden beschichteten Metallbleche mit Hilfe einer Laserschweißnaht verbunden, die entlang des Flanschbereiches geführt wird, so können die während des Schweißvorganges frei werdenden Metalldämpfe durch den Freiraum entweichen. Somit entsteht eine porenfreie, durchgängige Schweißnaht hoher Qualität.

Die vorgeschlagene Gestaltung des Verbindungsbereiches gewährleistet eine hohe Toleranz des Schweißverfahrens gegenüber Schwankungen in den Bauteilgeometrien: Mit Hilfe des Spann mittels kann nämlich der Keilförmig das zweite Metallblech überlappende Flansch so auf dem zweiten Metallblech fixiert werden, daß zwischen den Blechen ein Spalt definierter Gesamthöhe entsteht. Die Höhe dieses Spaltes wiederum ist von entscheidender Bedeutung für die Qualität der Schweißnaht, weil einerseits die zu verbindenden Bleche möglichst dicht beieinanderliegen müssen, um ein gutes Verbinden der Bleche mittels des Schweißlasers zu gewährleisten, ande rerseits aber auch genügend Freiraum zum Entweichen der Dämpfe bereitgestellt werden muß. Durch Erhöhung der Haltekraft oder durch Verschieben des Spannmittels kann die Höhe dieses Spaltes einfach und schnell variiert werden (siehe Anspruch 6). Somit können Schwankungen in der Geometrie der zu verbindenden Metallbleche ausgeglichen und eine gleichbleibende Quali tät der Laserschweißnaht sichergestellt werden.

Alternativ können die beiden Metallbleche - ohne Berücksichtigung der Schwankungen in der Bauteilgeometrie - mit Hilfe des Spannmittels in einer a priori fest vorgegebenen Geometrie zu einander fixiert werden. Die dabei aufgrund der Bauteiltoleranzen auftretenden unterschiedli chen Spalthöhen zwischen den beiden Blechen können durch eine seitliche Verschiebung der Laserschweißbahn so kompensiert werden, daß der Abstand der Bleche in Laserrichtung mög lichst gering ist und ein gutes Schweißergebnis erzielt wird (siehe Anspruch 7).

Die erfindungsgemäße Gestaltung des Verbindungsbereiches der beiden Metallbleche in Form eines Flansches, der keilförmig vom gegenüberliegenden Blech abragt und mit Hilfe eines Spannmittels relativ zu diesem Blech fixiert wird, gewährleistet somit die Herstellung reprodu zierbar hochwertiger Schweißnähte im Großserieneinsatz: Schwankungen in der Bauteilgeome trie können durch Anpassung der Lage bzw. Spannkraft der Spannmittel und/oder Lage der La serschweißnaht schnell und einfach kompensiert werden. Andererseits entspricht im fixierten Zustand der Freiraum zwischen den Blechen einem Spalt, dessen Höhe über die Breite des Fla sches hinweg in geringem Maße und kontinuierlich variiert. Bei Schwankungen in der Strahlfüh rung trifft der Schweißlaser daher auf Bereiche, in denen die zu schweißenden Bleche einen ähnlich geringen Abstand aufweisen wie entlang der Idealbahn. Das erfindungsgemäße Schweißverfahren ist somit stabil gegenüber Schwankungen in der Laserführung und benötigt keine aufwendige, hochgenaue Bahnsteuerung, um ein gutes, reproduzierbares Schweißergebnis sicherzustellen. Durch seine Unempfindlichkeit sowohl gegenüber Bauteilschwankungen als auch gegenüber der Positionierung des Schweißlasers eignet sich das Verfahren daher gut zum reproduzierbaren, kostengünstigen Laserverschweißen beschichteter Metallbleche im Großseri eneinsatz.

Eine besonders vorteilhafte Gestaltung des Verbindungsbereiches der beiden Bleche ergibt sich, wenn der Keilwinkel des Flansches gegenüber dem zweiten Blech vor dem Spannen zwischen 5° und 10° beträgt, wenn die beiden Bleche im Verbindungsbereich also nur sehr schwach ge geneinander geneigt sind (siehe Anspruch 5): Dann entsteht nämlich nach dem Fixieren mit dem Spannmittel im Verbindungsbereich einerseits ein ausreichend großer Freiraum zur Auf nahme der Schweißdämpfe; andererseits variiert im Verbindungsbereich der Abstand der Ble che zueinander nur in geringem Maße, so daß eine hohe Toleranz gegenüber Schwankungen in der Laserführung gegeben ist.

In einer besonders einfachen Ausführungsform der Erfindung ist der Flansch näherungsweise eben. Der Verbindungsbereich ist so gestaltet, daß in Zusammenbaulage der beiden Bleche der Flanschansatz des ersten Bleches auf dem zweiten Blech aufliegt und von dort aus keilförmig vom zweiten Blech abragt (siehe Anspruch 2). Durch das Spannmittel wird die abragende Flanschberandung auf das zweite Blech gedrückt, wobei durch die Eigenspannung des Blechs ein bogenförmiger Spalt zur Aufnahme der Schweißdämpfe entsteht, dessen Höhe und Breite leicht und schnell durch Verschieben des Spannmittels variiert werden kann. Alternativ ist der Flansch so geformt, daß in Zusammenbaulage der beiden Bleche die Flanschberandung des er sten Bleches auf dem zweiten Blech aufliegt und von dort aus keilförmig vom zweiten Blech ab ragt (siehe Anspruch 3). Die aufliegende Flanschberandung wird mit Hilfe des Spannmittels flä chenhaft auf das zweite Blech gedrückt, wodurch der Keilspalt zwischen Flansch und zweitem Blech in seiner Höhe und Breite schnell durch Verschieben des Spannmittels variiert werden kann.

Eine besonders günstige Ausgestaltung des Verbindungsbereiches entsteht, wenn der Flansch eine parallel zum Flanschansatz verlaufende Wölbung aufweist, so daß in Zusammenbaulage der beiden Metallbleche zwischen Flansch und zweitem Metallblech ein konkaver Hohlraum ausge bildet ist (siehe Anspruch 4). Die Breite und Höhe dieses Hohlraumes ist einerseits durch die Wölbung des Flansches bestimmt, kann aber andererseits durch Einwirkung des Spannmittels auf die Flanschberandung modifiziert werden, so daß hierbei eine sehr genaue und stabile Ein stellung der Spaltgeometrie möglich ist.

Im folgenden wird die Erfindung anhand einiger in den Zeichnungen dargestellter Ausführungs beispiele näher erläutert; dabei zeigen:

Fig. 1 eine Ansicht zweier entlang eines Flansches miteinander zu verschweißender Metallbleche . . .

Fig. 1a . . . in Zusammenbaulage, wobei der Flanschansatz des einen Metallbleches das zweite Metallblech berührt;

Fig. 1b . . . während der Fixierung des zweiten Metallbleches mit Hilfe von Spannmitteln;

Fig. 1c . . . während des Verschweißens der beiden Metallbleche;

Fig. 2 eine Ansicht zweier entlang eines Flansches miteinander zu verschweißender Metallbleche . . .

Fig. 2a . . . in Zusammenbaulage, wobei die Flanschberandung des einen Metallbleches das zweite Metallblech berührt;

Fig. 2b . . . während des Verschweißens der beiden Metallbleche;

Fig. 3 eine Ansicht zweier entlang eines Flansches miteinander zu verschweißender Metallbleche . . .

Fig. 3a . . . in Zusammenbaulage, wobei sowohl Flanschansatz als auch Flansch berandung als auch des einen Metallbleches das zweite Metallblech berührt;

Fig. 3b . . . während des Verschweißens der beiden Metallbleche;

Fig. 4 eine Ansicht zweier entlang zweier Flansche miteinander zu verschweißender Metallbleche . . .

Fig. 4a . . . in Zusammenbaulage, wobei die beiden Flanschansätze einander berühren;

Fig. 4b . . . während des Verschweißens der beiden Metallbleche;

Fig. 1a zeigt zwei Metallbleche 1 und 2, die mit Hilfe des Laserstrahlschweißens zu einem Ver bundwerkstück gefügt werden sollen. Das erste Metallblech 1 ist hierfür mit einem Flansch 3 versehen, der in Zusammenbaulage der beiden Metallbleche 1 und 2 unter einem Keilwinkel 4 vom zweiten Metallblech 2 abragt, während der Flanschansatz 5 in Berührungskontakt zum zweiten Metallblech 2 steht. Der Flansch 3 des ersten Metallblechs 1 überlappt mit dem zwei ten Metallblech 2 in einem Verbindungsbereich 6, in dem die beiden Metallbleche 1, 2 durch Laserschweißen verbunden werden sollen. Der Flansch 3 hat über seine gesamte Länge ninweg eine näherungsweise konstante Breite 7, so daß die Flanschberandung 8 näherungsweise par allel zum Flanschansatz 5 verläuft.

Vor dem Verschweißen werden die beiden Metallbleche 1, 2 - wie in Fig. 1b gezeigt - in Zu sammenbaulage zueinander fixiert. Die Flanschberandung 8 des Flansches 3 auf dem ersten Metallblech 1 wird mit Hilfe von Spannmitteln 9 auf einen der Flanschberandung 8 gegenüber liegenden Kontaktbereich 10 auf dem zweiten Metallblech 2 gepreßt, so daß Flanschberandung 8 und Kontaktbereich 10 gemeinsam zwischen dem Spannmittel 9 und einer das zweite Metall blech 9 im Kontaktbereich 10 stützenden Auflage 11 fest eingespannt sind. Durch die Eigen spannung des metallischen Werkstoffs des ersten Metallblechs 1 entsteht dabei zwischen dem Flansch 3 und dem zweiten Metallblech 2 ein Freiraum 12, der einer flachen, beidseitig ge schlossenen Röhre 13 entspricht.

Die fest eingespannten Metallbleche 1, 2 werden nun - wie in Fig. 1c dargestellt - mit Hilfe ei nes Schweißlasers 14 miteinander verbunden. Der Laserstrahl 15 wird hierbei auf dem Flansch 3 entlang einer räumlichen Schweißbahn 16 geführt, die sich zwischen Flanschberandung 8 und Flanschansatz 5 befindet und näherungsweise parallel zum Flanschansatz 5 verläuft. In der Schmelzzone 17 wird der Werkstoff der beiden Metallbleche 1, 2 durch den Laserstrahl 15 lokal aufgeschmolzen. Sind die Metallbleche 1, 2 mit einer niedrigschmelzenden Beschichtung verse hen, so entstehen hierbei Beschichtungsdämpfe, die durch den Freiraum 12 zwischen Flansch 3 und zweitem Metallblech 2 aus der Schmelzzone 17 weggeleitet werden. Der Freiraum 12 ge währleistet daher ein kontrolliertes Entweichen der Schweißdämpfe aus der Schmelzzone 17, verhindert ein Ausdampfen durch die Schmelze auf die Oberseite 18 des Flansches 3 bzw. die Unterseite 19 des zweiten Metallblechs 2 und unterbindet somit die Entstehung von Löchern und Lunkern in der Schmelzzone 17.

Die Metallbleche 1, 2 sind im vorliegenden Ausführungsbeispiel Karosseriebleche, deren Dicken 20, 21 zwischen etwa 0.5 mm und etwa 3 mm liegen. Die Breite 22 des Verbindungsbereiches 6 liegt zwischen 8 mm und 15 mm, so daß auf dem Flansch 3 ausreichend Platz sowohl für die Spannmittel 9 als auch für die Schweißbahn 16 vorhanden ist. Um eine gute Schweißverbindung der beiden Metallbleche 1, 2 durch den Laserstrahl 15 sicherzustellen, sollte der Abstand 23 zwischen Flansch 3 und zweitem Metallblech 2 am Ort der Schweißbahn 16 - je nach gewählter Laserleistung - den Betrag von 0.1-0.2 mm nicht übersteigen. Andererseits sollte die Maxi malhöhe 24 des Freiraums 12 zwischen Flansch 3 und zweitem Metallblech 2 mindestens 0.2 mm betragen, um ein ungehindertes Entweichen der Schweißdämpfe aus der Schmelzzone 17 zu gewährleisten. Um diesen beiden Anforderungen gerecht zu werden, wird für den Keilwinkel 4, den der Flansch 3 des ersten Metallblechs 1 mit dem zweiten Metallblech 2 vor Verspannen des Flansches 3 durch die Spannmittel 9 einschließt, ein Wert zwischen 5° und 10° gewählt; dieser Winkel 4 ist somit in Fig. 1a-1c überhöht dargestellt. Beim Niederdrücken des Flan sches 3 durch das Spannmittel 9 wird der Keilwinkel 4 verringert, so daß der Keilwinkel 4 im fi xierten Zustand zwischen 1° und 3° beträgt. Gleichzeitig wird der Flansch 3 annähernd kreisbo genförmig gebogen, so daß - bei einer Flanschbreite 7 von etwa 10 mm - die Maximalhöhe 24 des zwischen Flansch 3 und zweitem Metallblech 2 gebildeten Freiraums 12 zwischen 0.2 mm und 0.5 mm liegt. Zur Erreichung einer guten Schweißverbindung zwischen Flansch 3 und zwei tem Metallblech 2 wird daher der Laserstrahl 15 gegenüber einer der Maximalhöhe 24 entspre chenden (in Fig. 1c gestrichpunktet angedeuteten) Scheitellinie 25 versetzt geführt, so daß die Schweißbahn 16 einen Versatz 26 gegenüber der Scheitellinie 25 aufweist. Wegen des kleinen Keilwinkels 4 des Flansches 3 variiert die Höhe des Freiraums 12 zwischen Spannmittel 9 und Scheitellinie 25 sehr allmählich; die Bedingung eines geringen Abstands zwischen den beiden Metallblechen 1, 2 in der Schmelzzone 17 kann daher in breiten, in Fig. 1c schraffiert markier ten, Schweißbereichen 27, 27' erfüllt werden, in denen die Schweißbahn 16 zur Erreichung einer guten Schweißverbindung geführt werden muß. Die erfindungsgemäße Gestaltung des Verbin dungsbereiches 6 gestattet daher ein reproduzierbares Fügen der beiden Metallbleche 1, 2 ohne hochgenaue Positionierung des Laserstrahls 15 und ist somit unempfindlich sowohl gegenüber Lageabweichungen des Laserstrahls 15 als auch gegenüber Abweichungen in der Geometrie der Metallbleche 1, 2. Um Leistungsverluste aufgrund von Reflexionen des Laserstrahls 15 an der Flanschoberseite 18 zu vermeiden, sollte der Laserstrahl 15 näherungsweise senkrecht auf den Flansch 3 auftreffen, wobei jedoch auch mit Abweichungen der Strahlrichtung von bis zu 20° gegenüber der Flansch-Senkrechten noch gute Schweißergebnisse erzielt werden.

Die Lage und Breite der Schweißbereiche 27, 27' hängt ab vom Keilwinkel 4 des Flansches 3 und der Breite 28 des Freiraums 12. Die Breite 28 und Maximalhöhe 24 des Freiraums 12 kön nen - wie in Fig. 1b gestrichelt angedeutet - durch ein Verschieben der Spannmittel 9 und der Auflage 11 variiert werden: So bewirkt ein Verschub der Spannmittel 9' und der Auflage 11' in Richtung Flaschansatz 5 eine Verringerung sowohl der Breite 28' als auch der Maximalhöhe 24' des Freiraums 12'. Dies kann zu einer Einstellung der Schweißbereiche 27, 27' und somit - bei festgelegter Schweißbahn 16 des Schweißlasers 14 - zu einer Optimierung des Schweißergeb nisses genutzt werden: Werden nämlich bei der Probeschweißung des Verbindungsbereiches 6 zweier Metallbleche 1, 2 einer neuen Charge Lunker bzw. Löcher in der Schmelzzone 17 festge stellt, so kann durch Verschieben der Spannmittel 9 der Freiraum 12 vergrößert (und somit mehr Raum zum Entweichen der Schweißdämpfe zur Verfügung gestellt) werden. Wird anderer seits ein unzureichendes Verbinden der beiden Metallbleche 1, 2 festgestellt, so kann durch Verschieben der Spannmittel 9 der Freiraum 12 verringert und somit entlang der Schweißbahn 16 der Schweißabstand 23 verkleinert werden. Alternativ bzw. zusätzlich kann das Schweißer gebnis durch ein Verschieben der Schweißbahn 16 in den Schweißbereichen 27, 27' beeinflußt werden. Mit den durch Probeschweißung ermittelten geeigneten Werte für die Lage der Spannmittel 9 und der Schweißbahn 16 werden dann die restlichen Metallbleche 1, 2 der vorlie genden Charge geschweißt. Somit kann durch die erfindungsgemäße Gestaltung des Verbin dungsbereiches 6 der beiden Metallbleche 1, 2 und eine geeignete Wahl und Positionierung der Spannmittel 9 bzw. des Laserstrahls 15 eine prozeßsichere und reproduzierbare Verbindung al ler Metallbleche 1, 2 einer Charge erreicht werden.

Die Realisierung des erfindungsgemäßen Verbindungsbereiches setzt nicht notwendigerweise voraus, daß der gesamte Flanschansatz 5 in Berührungskontakt mit dem zweiten Metallblech 2 steht: Wird der Laserstrahl 15 in dem dem Flanschansatz 5 fernerliegenden Schweißbereiches 27 geführt, so kann der Flanschansatz 5 - zumindest abschnittsweise - einen Abstand zum zweiten Metallblech 2 aufweisen, wobei dieser Abstand jedoch geringer sein muß als die in Fig. 1b dargestellte Maximalhöhe 24, die ein Flansch 3, dessen Flanschansatz 5 das zweite Me tallblech berührt, im gespannten Zustand einnimmt.

Fig. 2a zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Verbindungsbereiches 6 zwischen zwei Metallblechen 1 und 2. In diesem Fall ist das erste Metallblech 1 mit einem Flansch 3 versehen, der in Zusammenbaulage der beiden Metallbleche 1 und 2 unter einem Keilwinkel 4' vom zwei ten Metallblech 2 abragt, während die Flanschberandung 8 in Berührungskontakt zum zweiten Metallblech 2 steht. Vor dem Verschweißen werden die beiden Metallbleche 1, 2 in Zusammen baulage zueinander fixiert (siehe Fig. 2b), wobei die Flanschberandung 8 mit Hilfe von Spann mitteln 9 auf den Kontaktbereich 10 auf dem zweiten Metallblech 2 gedrückt wird, so daß Flanschberandung 8 und Kontaktbereich 10 gemeinsam zwischen den Spannmitteln 9 und der Auflage 11 fest eingespannt sind. Der hierbei zwischen dem Flansch 3 und dem zweiten Metall blech 2 gebildete Freiraum 12 entspricht einem Spalt 29, der auf der durch das Spannmittel 9 fixierten Seite geschlossen ist und der sich in Richtung des Flanschansatzes 5 hin öffnet. Zwi schen Flanschberandung 8 und Flanschansatz 5 variiert die lichte Höhe des Spalts 29 also zwi schen einem Wert Null (im Bereich der Spannmittel 9) und einer Maximalhöhe 24 zwischen dem Flanschansatz 5 und dem ihm gegenüberliegenden Bereich 30 auf dem zweiten Metallblech 2. Die beiden Metallbleche 1, 2 werden durch Laserschweißen verbunden, wobei die Schweißbahn 16 im Verbindungsbereich 6 näherungsweise parallel zum Flanschansatz verläuft. Der Keilwinkel 4' zwischen Flansch 3 und zweitem Metallblech 2 beträgt vor dem Verspannen der beiden Me tallbleche 1, 2 in der Größenordnung zwischen 5° und 10°, so daß zwischen Spannmittel 9 und Flanschansatz 5 eine allmähliche Variation der lichten Höhe des Freiraums 12 zwischen Flansch 3 und zweitem Metallblech 2 vorliegt. Daher entsteht in diesem Ausführungsbeispiel - analog zum Beispiel der Fig. 1 - ein breiter Schweißbereich 27, in dem der Laserstrahl 15 mit guten Schweißergebnissen geführt werden kann. Durch einen (in Fig. 2b durch Pfeile angedeuteten) Versatz der Spannmittel 9 oder des Laserstrahls 15 und somit der Schweißbahn 16 können Maßabweichungen der Metallbleche 1, 2 bzw. Abweichungen in der Laserführung kompensiert werden.

Fig. 3a zeigt ein Ausführungsbeispiel, in dem das erste Metallblech 1 mit einem Flansch 3 ver sehen ist, der eine näherungsweise parallel zum Flanschansatz 5 verlaufende Wölbung 31 auf weist. In Zusammenbaulage dieses Metallblechs 1 mit dem zweiten Metallblech 2 befinden sich hier sowohl die Flanschberandung 8 als auch der Flanschansatz 5 in Berührungskontakt mit dem zweiten Metallblech 2 und schließen mit diesem Keilwinkel 4, 4' ein. Die beiden Metallble che 1, 2 werden, wie in Fig. 3b gezeigt, in Zusammenbaulage zueinander fest eingespannt, wo bei die Flanschberandung 8 mit Hilfe von Spannmitteln 9 und Auflage 11 auf dem Kontaktbe reich 10 des zweiten Metallblechs 2 fixiert wird. Der hierbei zwischen dem Flansch 3 und dem zweiten Metallblech 2 gebildete Freiraum 12 entspricht einer Röhre 32 mit näherungsweise dreieckigem Querschnitt, die im Bereich der Wölbung 31 eine Maximalhöhe 24 hat. In Richtung zur Flanschberandung 8 und zum Flanschansatz 5 hin nimmt die lichte Höhe der Röhre 32 ab. Beim Verschweißen der beiden Metallbleche 1, 2 wird der Schweißlaser 14 entlang der Schweißbahn 16 geführt, die wie in den obigen Beispielen im Verbindungsbereich 6 liegt und näherungsweise parallel zum Flanschansatz 5 verläuft. Analog zu Fig. 1c entstehen auch hier wieder zwei Schweißbereiche 27, 27' in denen der Laserstrahl 15 mit gutem Schweißergebnis geführt werden kann. Die Lage und Breite der Schweißbereiche 27, 27' wird bestimmt durch die Breite des Flansches 3, die Größe der Keilwinkel 4, 4' und die Positionierung der Spannmittel 9. - Alternativ zur Fixierung der Flanschberandung 8 durch die Spannmittel 9 kann - wie in Fig. 3a gestrichelt angedeutet - auch der Flanschansatz 5 durch Spannmittel 9' festgespannt wer den.

Fig. 4a schließlich zeigt zwei Metallbleche 1, 1', die beide mit Flanschen 3, 3' versehen sind, im Bereich derer sie durch Laserschweißen verbunden werden sollen. In Zusammenbaulage der Metallbleche 1, 1' berühren sich die beiden Flanschansätze 5, 5', während die beiden Flansche 3, 3' einen Keilwinkel 4 einschließen, der vor dem Verspannen zwischen etwa 5° und 10° liegt.

Zur Fixierung der beiden Metallbleche 1, 1' zueinander wird - wie in Fig. 4b gezeigt - ein Spannmittel 9" verwendet, mit Hilfe dessen die beiden Flanschberandungen 8, 8' in einer defi nierten Lage zueinander eingespannt und einander angenähert werden können. Das Spannmit tel 9" ist hierbei mit zwei Stufen 33, 34 versehen, wobei Stufe 33 die Flanschberandung 8' auf der Auflage 11 fixiert, während Stufe 34 die Flanschberandung 8 in Richtung der Flanschberan dung 8' biegt. Der Abstand 35 der beiden Stufen 33, 34 ist so gewählt, daß der Keilwinkel 4 nach dem Verspannen der beiden Metallbleche 1, 1' einen Wert zwischen etwa 1° und 3° ein nimmt. Durch die Einspannung wird somit der Keilwinkel 4 zwischen den beiden Metallblechen 1, 1' verringert, wobei in der Nähe der Flanschansätze 5, 5' ein breiter Schweißbereich 27' ent steht, in dem die Schweißbahn 16 des Schweißlasers 14 geführt wird.

Claims

1. Verbindungsbereich zweier beschichteter Metallbleche zur Verbindung mit Hilfe des Laser strahl-Schweißens,

- wobei die beiden Metallbleche mit Hilfe eines Spannmittels relativ zueinander fixierbar sind,

dadurch gekennzeichnet,

- daß mindestens eines der Metallbleche (1, 1') einen Flansch (3, 3') aufweist, der im Ver bindungsbereich (6) der beiden Metallbleche (1, 2, 1') einen Keilwinkel (4, 4') mit dem zweiten Metallblech (2, 1') einschließt,
- daß zwischen Flansch (3, 3') und zweitem Metallblech (2, 1') ein Freiraum (12) ausgebil det ist, dessen Breite und Höhe durch das Spannmittel (9, 9', 9") einstellbar ist.

2. Verbindungsbereich nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in Zusammenbaulage der beiden Metallbleche (1, 2, 1') der Flanschansatz (5) des ersten Metallblechs (1) das zweite Metallblech (2, 1') berührt, während die Flanschberandung (8) des ersten Metallblechs (1) von dem zweiten Metallblech (2, 1') abragt.

3. Verbindungsbereich nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in Zusammenbaulage der beiden Metallbleche (1, 2) die Flanschberandung (8) des er sten Metallblechs (1) das zweite Metallblech (2) berührt, während der Flanschansatz (5) des ersten Metallblechs (1) von dem zweiten Metallblech (2) abragt.

4. Verbindungsbereich nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Flansch (3) einen näherungsweise parallel zum Flanschansatz (5) verlaufenden Wölbung (31) aufweist, so daß in Zusammenbaulage der beiden Metallbleche (1, 2) zwi schen Flansch (3) und zweitem Metallblech (2) ein konkaver Hohlraum (32) ausgebildet ist.

5. Verbindungsbereich nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Keilwinkel (4, 4') zwischen Flansch (3, 3') und zweitem Metallblech (2, 1') vor dem Verspannen der beiden Metallbleche (1, 2, 1') im Bereich zwischen 5° und 10° liegt.

6. Verfahren zum Verschweißen zweier beschichteter Metallbleche mit Hilfe einer Laser- Schweißvorrichtung,

- wobei die beiden Metallbleche durch ein Spannmittel relativ zueinander fixierbar sind,
- und wobei der Verbindungsbereich eines der Metallbleche als Flansch ausgebildet ist, der in Zusammenbaulage der Metallbleche mit dem Verbindungsbereich des anderen Metallblechs einen Keilwinkel einschließt,

dadurch gekennzeichnet,

- daß die beiden Metallbleche (1, 2, 1') so gegenseitig zueinander positioniert werden, daß der Flansch (3) des ersten Metallblechs (1) mit dem Verbindungsbereich (6, 3') des zwei ten Metallblechs (2, 1') überlappt,
- daß dann der äußere Berandungsbereich (8) des Flansches (3) des ersten Metallblechs (1) mit Hilfe des Spannmittels (9, 9") auf das zweite Metallblech (2, 1') gedrückt wird,
- und Lage und Kraftausübung des Spannmittels (9, 9") so eingestellt werden, daß ein im Verbindungsbereich (6) zwischen den beiden Metallblechen (1, 2, 1') gebildeter Freiraum (12) entlang der Schweißbahn (16) eine vordefinierte Höhe (23) und Breite (28) hat,
- daß dann die Metallbleche (1, 2, 1') im Verbindungsbereich (6) mit einem entlang der Schweißbahn (16) geführten Laserstrahl (15) verschweißt werden.

7. Verfahren zum Verschweißen zweier beschichteter Metallbleche mit Hilfe einer Laser- Schweißvorrichtung,

dadurch gekennzeichnet,

- daß die beiden Metallbleche (1, 2, 1') so gegenseitig zueinander positioniert werden, daß der Flansch (3) des ersten Metallblechs (1) mit dem Verbindungsbereich (6, 3') des zwei ten Metallblechs (2, 1') überlappt,
- daß dann der äußere Berandungsbereich (8) des Flansches (3) des ersten Metallblechs (1) mit Hilfe des Spannmittels (9, 9") auf das zweite Metallblech (2) gedrückt wird, wobei ein Freiraum (12) zwischen Flansch (3) und zweitem Metallblech (2) entsteht,
- und mit Hilfe eines Schweißlasers (14) die beiden Metallbleche (1, 2, 1') im Verbindungs bereich (6, 3') verschweißt werden,
- wobei der Schweißlaser (14) so entlang dem Verbindungsbereich (6, 3') geführt wird, daß der Abstand (23) zwischen Flansch (3) und zweitem Metallblech (2) am Schweißort ei nen vordefinierten Wert hat.