DE4023393A1 - Verbindung und verfahren zur einzelseitenverschweissung und selbstbefestigung geschlossener stahlquerschnitte - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine geschlossene kastenartige Struk­ tur wie Windschutzscheibenpfosten für eine Fahrzeugkarosse­ rie, und insbesondere betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Zusammenschweißen der einander anstoßenden Kanten von zwei Blechtafeln.

Es ist bei der Herstellung von Kraftfahrzeugkarosserien gut bekannt, geschlossene kastenartige Strukturen zu schaffen, indem zwei Blechtafeln miteinander verschweißt werden. Bei­ spielsweise sind die Windschutzscheibenpfosten einer Kraftwa­ genkarosserie typischerweise aus einer ersten und einer zwei­ ten Tafel aufgebaut, die getrennt in Formen gedrückt werden, bei denen Flansche längs der Seitenkanten vorhanden sind, die sich aneinander anlegen und so einen geschlossenen hohlen Kastenquerschnitt bilden. Die Flansche überdecken ein­ ander und werden üblicherweise miteinander punktverschweißt. Die Flansche müssen eine ausreichende Breite besitzen, um eine Klemmfläche zu ergeben, an denen die Flansche zusammen­ geklemmt werden können. Weiter muß die Breite der Flansche ausreichen, um die Punktnaht aufzunehmen, welche die zwei Flansche miteinander verbindet.

Ein Nachteil des beschriebenen Pfostenaufbaues ist darin zu sehen, daß die Flansche von dem geschlossenen Kastenquer­ schnitt nach außen abstehen und dadurch die Dimension des Windschutzscheibenpfostens vergrößern, wodurch wiederum das Aussehen und die Form des Fahrzeuges beeinträchtigt werden.

Es ist erwünscht, ein Verfahren zu schaffen, durch welches zwei gestanzte und gedrückte Tafeln zu einem geschlossenen Kastenquerschnitt vereinigt werden können, ohne den Nachteil eines Flanschs, der von der fertigen Struktur absteht.

Erfindungsgemäß werden zwei Blechtafeln miteinander verbun­ den zur Bildung eines geschlossenen kastenförmigen Aufbaus.

Die beiden Tafeln wurden einzeln aus einem Rohteil gestanzt und gedrückt und besitzen jeweils einen Flansch längs einer Kante und eine Zahnkante mit abwechselnden Lücken und Fahnen längs der gegenüberliegenden Kante. Die beiden Tafeln werden so zusammengebaut, daß sie einen Kastenquerschnitt bilden, wobei die Flansche der beiden Tafeln aneinander anliegen und die Zahnkanten so zueinander liegen, daß die Fahnen der einen Tafel zwischen den Fahnen der anderen Tafel liegen. An den Tafeln werden Klemmen angebracht, um die gegeneinander versetzten Fahnen in eng passende Beziehung zueinander zu zwingen, dann werden die Tafeln an den ineinandergreifenden Fahnen miteinander verschweißt und es werden auch die beiden anderen aneinander anliegenden Flansche verschweißt, um so die geschlossenen Kastenstruktur zu bilden. Die Zahnkanten der Tafel erstrecken sich vorzugsweise allgemein senkrecht zueinander und die Länge der Fahne ist nicht wesentlich ge­ ringer als die Länge der darauf folgenden Lücke, die die andere Fahne aufnimmt, so daß die miteinander in Formein­ griff tretenden Fahnen und Lücken die Tafeln in Längsrich­ tung zueinander so ausrichten, daß das Zusammenschweißen der Tafeln erleichtert wird. Die Schweißnaht kann eine einseiti­ ge Punkt-Widerstandsschweißung, eine Bogenschweißung oder eine Laserschweißung sein.

Damit besteht das Ziel und bestehen Eigenschaften und Vor­ teile der Erfindung in dem Verfahren des Zusammenschweißens von zwei vorgeformten Tafeln, bei denen die Tafeln mit Flan­ schen längs einer Kante versehen sind, die aneinander anlie­ gen, und gezähnten Kanten längs der anderen Tafelkanten, die Fahnen an der einen Tafel aufweisen, die in gegenüberliegen­ de Lücken zwischen Fahnen der anderen Tafeln so formschlüs­ sig eingreifen, daß sie die Tafeln zueinander ausrichten und sie während des darauf folgenden Schweißvorganges aneinander so halten, daß sie an den Kanten zusammengeschweißt werden können.

Als weiteres Ziel und als weitere Eigenschaften und Vorteile der Erfindung können angesehen werden die Schaffung einer ge­ schlossenen Kastenstruktur für eine Fahrzeugkarosserie, bei der der traditionelle punktgeschweißte Flansch von beträchtli­ cher Breite ersetzt wird durch ineinander formschlüssig ein­ greifende Fahnen und Lücken, die längs einer Kante jeder der beiden Tafeln vorgesehen sind und miteinander verschweißt werden.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung bei­ spielsweise näher erläutert; in dieser zeigt:

Fig. 1 eine perspektivische Darstellung einer Kraftfahrzeug­ karosseriestruktur,

Fig. 2 einen Querschnitt durch einen Windschutzscheibenpfo­ sten einer Kraftfahrzeugkarosserie nach dem Stand der Technik mit besonderer Darstellung des Beitrags des Punktschweißflansches zu den Pfostenabmessungen,

Fig. 3 einen Schnitt nach Pfeilen 3-3 der Fig. 1 durch einen Windschutzscheibenpfosten erfindungsgemäßer Art,

Fig. 4 eine perspektivische Darstellung des erfindungsgemä­ ßen Windschutzscheibenpfostens vor dem Zusammen­ schweißen der getrennt gestanzten und gedrückten Tafeln, die die kastenartige Pfostenstruktur bestim­ men,

Fig. 5 eine Teilansicht der Tafeln aus Fig. 4 mit den formschlüssig ineinandergesetzten Fahnen und Lücken, die durch Bogenschweißnähte verbunden sind,

Fig. 6 die miteinander verklemmten und durch ein Wider­ stands-Punktschweißverfahren verschweißten Tafeln,

Fig. 7 die miteinander verklemmten und durch ein Laser­ schweißverfahren verschweißten Tafeln,

Fig. 8 eine Ansicht in Richtung der Pfeile 8-8 der Fig. 6 mit Widerstands-Punktverschweißung der Tafeln,

Fig. 9 eine Darstellung der miteinander durch Bogenschwei­ ßung ähnlich Fig. 5 verbundenen Tafeln, und

Fig. 10 eine Darstellung in Richtung der Pfeile 10-10 der Fig. 7 mit den durch Laserschweißen miteinander ver­ bundenen Tafeln.

In Fig. 4 ist eine Kraftfahrzeugkarosserie 10 gezeigt aus ge­ stanzten und gedrückten Blechteilen, die miteinander ver­ schweißt sind. Die Fahrzeugkarosserie enthält ein Dach 12 und Windschutzscheibenpfosten 14 und 16. Die Pfosten werden durch Zusammenschweißen einer äußeren Tafel und mit einer in­ neren Tafel zur Bildung eines geschlossenen kastenförmigen Teils gefertigt.

Fig. 2 zeigt einen Windschutzscheibenpfostenaufbau nach dem Stand der Technik mit einer Innentafel 20 und einer Außen­ tafel 22. Die Innentafel 20 besitzt an einer ihrer Kanten einen Flansch 24, der an einem gleichartigen Flansch 26 bei einer Längskante der äußeren Tafel 22 anliegt. Die Flansche 24 und 26 werden durch Schweißpunkte miteinander verbunden, die in Abständen in Längsrichtung der Flansche gesetzt werden. Der Gummikeder der Tür wird auf die Flansche 24 und 26 aufgesetzt.

Die andere Seitenkante der Innentafel 20 besitzt einen Flansch 28, der einen Flansch 30 der Außentafel 22 über­ deckt. Die Flansche 28 und 30 werden durch Schweißpunkte mit­ einander verbunden, die mit Abständen längs der Flansche ge­ setzt werden. Wie in Fig. 2 zu sehen, ergibt das Zusammen­ schweißen der Flansche der Innentafel 20 und der Außentafel 22 einen geschlossenen kastenartigen Querschnitt. Weiter ist in Fig. 2 gezeigt, daß die Flansche notwendigerweise aus der Umgrenzung des geschlossenen kastenförmigen Querschnitts heraus vorstehen und dementsprechend die Gesamtbreite der Pfostenstruktur bestimmen. Es ist wünschenswert, die Abmes­ sungen der Flansche auf das erreichbare Minimum zu begren­ zen, jedoch ist eine beträchtliche Flanschbreite erforder­ lich, um die Flansche miteinander für den Schweißvorgang zu verklemmen und die Schweißpunkte in Längsrichtung der Flan­ sche aufzunehmen.

Fig. 3 zeigt einen Pfosten erfindungsgemäßer Art. Die Innen­ tafel 34 und die Außentafel 36 besitzen jeweils Flansche 38 bzw. 40, die aneinander anstoßen und miteinander verschweißt sind. Die entgegengesetzt liegenden Seitenkanten der Innenta­ fel 34 und der Außentafel 36 werden miteinander verschweißt, ohne eine davon abstehende Flanschstruktur, wie in Fig. 3 ge­ zeigt, so daß die Gesamtabmessung der Pfostenstruktur gerin­ ger als die bei dem bekannten Aufbau nach Fig. 2 ist.

In Fig. 4 ist zu sehen, daß die Innentafel 34 Lücken 44 in Längsrichtung ihrer Kante 42 besitzt, wobei die Lücken zwi­ schen vorstehenden Fahnen 46 sitzen. Der Seitenkantenab­ schnitt 48 der äußeren Tafel 36 besitzt Lücken 50 mit Ab­ stand in seiner Längsrichtung, zwischen denen Fahnen 52 gebildet sind. Die Fahnen 46 der Innentafel 34 sind gegen die Fahnen 52 der Außentafel 36 so versetzt, daß die Tafeln, wie in Fig. 5 gezeigt, so zusammenpassen, daß die Fahnen 46 der Innentafel 34 in die Lücken 50 der Außentafel 36 passen. In gleicher Weise passen die Fahnen 52 der Außentafel 36 in die Lücken 44 der Innentafel 34.

Ebenfalls in Fig. 4 ist gezeigt, daß die Fahnen und die Lücken von rechtwinkliger Form sind und die Fahnen 46 der In­ nentafel 34 Endkanten 46a und 46b besitzen, die die Länge der Fahnen 46 und damit auch die Länge der Lücken 44 begren­ zen. Die Lücke 44 besitzt eine Bodenkante 44a, welche die Tiefe der Lücke 44 bestimmt. Die Fahnen 52 haben Seitenkan­ ten 52a und 52b, und die Lücke 50 besitzt eine Bodenwand 50a. Die Fahnen 46 der Innentafel 34 weisen im wesentlichen die gleiche Länge wie die Lücken 50 der Außentafel 36 auf. in gleicher Weise sind die Fahnen 52 der Außentafel 36 im we­ sentlichen gleich lang wie die Lücken 44 der Innentafel. Dem­ entsprechend sind, wenn die Fahnen jeweils in die Lücken der anderen Tafel eingesetzt sind, die Tafeln in ihrer Ausrich­ tung zueinander in Längsrichtung festgelegt. Zusätzlich ist zu sehen, daß die Lücken 50 und 54 eine Tiefe besitzen, die etwa gleich oder etwas größer als die Dicke des Stahlblechs ist, das zur Herstellung der Innentafel 34 und der Außenta­ fel 36 verwendet wurde.

Weiter zeigt Fig. 5 das formschlüssige Ineinandersetzen der Tafeln, bei dem die Fahnen sich eng an die Bodenkante der Lücken anlegen, wodurch zuverlässig die beiden Tafeln anein­ ander angelegt sind, um zu verhindern, daß sich die Tafeln relativ zueinander nach innen bewegen. Weiter ist in Fig. 5 zu sehen, daß die Fahnen 52 eine etwas größere Länge besit­ zen, als es der Stärke des Stahlblechs der Innentafel 34 ent­ spricht, so daß sich eine Art Nische ergibt, in der eine Schweißwulst 58 aufgelegt werden kann, um die zwei Tafeln permanent miteinander zu verbinden. Die Flansche 38 und 40 an den gegenüberliegenden Seitenkanten der Innentafel 34 und der Außentafel 36 sind wie üblich durch in ihrer Längsrich­ tung gesetzte Schweißpunkte fest miteinander verbunden.

Fig. 6 zeigt die miteinander verbundenen Innentafel 34 und Außentafel 36, wobei hier Widerstandsschweißung eingesetzt wurde. Eine Klemme 62 und eine Klemme 64 legen sich jeweils an die Innentafel 34 bzw. die Außentafel 36 an, um die Tafeln mit Formschluß der Fahnen und Lücken zu verklemmen. Wie Fig. 6 zeigt, drückt die Klemme 62 in Pfeilrichtung "A", und die Klemme 64 in Pfeilrichtung "B", so daß die Fahnen und Lücken der beiden Tafeln mit enger Passung in Formschluß­ beziehung zueinander gehalten werden. Die Klemme 62 ist eine Stützelektrode und besitzt Wasserkühlkanäle 66 und 68. Die Klemme 64 ist elektrisch nichtleitend und vorzugsweise aus Glasfaser aufgebaut.

Um die Innentafel 34 mit der Außentafel 36 zu verschweißen, wird eine Primärelektrode 72 an die Außentafel 36 angesetzt und ergibt eine Reihe von Punktschweißstellen in Längsrich­ tung des Pfostens. Wie am besten in Fig. 8 zu sehen, sind die Schweißpunkte 74 längs der Fahnen 52 angesetzt, und ver­ schmelzen die Fahnen 52 mit der Bodenwand der Lücken der In­ nentafel 34. Alternativ können die Schweißpunkte auch längs der Fahnen 46 angesetzt werden. Nachdem die Außen- und Innen­ tafeln miteinander längs der formschlüssigen Fahnen und Lücken verschweißt sind, werden die Klemmen 62 und 64 abgezo­ gen und die Flansche 38 und 40 in üblicher Weise durch Wider­ stands-Schweißpunkte in ihrer Längsrichtung verschweißt.

In Fig. 7 ist zu sehen, daß die Tafeln auch durch eine La­ serschweißung miteinander verschweißt werden können. Der Laser 80 wird durch eine Sonde 82 geführt, welche die Innen­ wand 37 unter der Außenwand 36 abtastet und den Ort und die Bewegung des Lasers 80 steuert. Der Laser 80 ist vorzugswei­ se so aufgebaut, daß er ein Spiegel-Strahlzuleitsystem 80 be­ sitzt und die Zungen 52 in die Bodenwand der Lücken hinein schmilzt, wie in Fig. 10 zu sehen. Fig. 10 zeigt, daß die Zungen 52 eine relativ größere Länge als die angepaßten Zungen 46 der Innentafel 34 besitzen, um so die Länge der Schweißnaht für die beiden Tafeln zu vergrößern.

Es ist zu verstehen, daß die Tafeln zuerst entweder an den Punktschweißflanschen 38 und 40 oder an der gegenüberliegen­ den Kante mit den formschlüssigen Fahnen und Lücken ver­ schweißt werden können. In jedem Fall wird das Klemmen der Teile die Zungen in die erforderliche enge Paßbeziehung in die Lücken der gegenüberliegenden Tafeln eindrücken, und auch die Flansche aneinander anliegend drücken. Zwar ist in der Zeichnung jede Zunge mit der gleichen Länge wie die ent­ sprechende Lücke gezeigt, es reicht jedoch aus, wenn wenig­ stens eine Zunge eng in die zugehörige Lücke eingepaßt ist, um die Tafeln in Längsrichtung miteinander auszurichten.

Es ist so zu sehen, daß die Erfindung eine neue und verbes­ serte Kastenstruktur für eine Fahrzeugkarosserie ergibt und ein Verfahren zum Zusammenbau zweier Tafeln, damit sich ein Bauteil mit geschlossenem Kastenquerschnitt ergibt.

Claims (7)

1. Verfahren zum Verbinden zweier Metallblechtafeln zur Bil­ dung einer Struktur mit geschlossenem Kastenquerschnitt, dadurch gekennzeichnet, daß jede der beiden Tafeln (34, 36) so gestanzt und gedrückt wird, daß sich ein Flansch (38, 40) längs einer Kante jeder Tafel ergibt, und eine gezähnte Kante (42, 48) mit abwechselnden Lücken (44, 50) und Fahnen (46, 52) längs der anderen Kante jeder Tafel; daß die beiden Tafeln (34, 36) in einer einen Kastenquer­ schnitt bildenden Beziehung zueinander angeordnet werden, wobei die Flansche (38, 40) der beiden Tafeln aneinander anliegen und die gezähnten Kanten (42, 48) sich so anein­ ander abstützen, daß die Fahnen (46) der einen Tafel (34) in die Lücken (50) zwischen den Fahnen (52) der anderen Tafel (36) eingreifen; daß die beiden Tafeln (34, 36) ge­ klemmt werden, um die ineinander eingreifenden Fahnen (46, 52) so zu halten und die Flansche (38, 40) in aufein­ anderliegender Beziehung zu halten, und daß die Tafeln (34, 36) an den ineinander eingreifenden Fahnen (46, 52) und an den Flanschen (38, 40) verschweißt werden, um die Struktur mit geschlossenem Kastenquerschnitt zu bilden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine erste elektrisch leitende Klemme (62) an einer (34) Tafel anliegt und eine zweite elektrisch nichtleitende Klemme (64) an der anderen Tafel (36) anliegt.

3. Verfahren zum Verbinden von zwei Blechmetalltafeln mitein­ ander zur Bildung einer Struktur mit geschlossenem Kasten­ querschnitt nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die gezähnte Kante (42, 48) aus miteinander abwechselnden rechteckförmigen Lücken (44, 50) und Fahnen (46, 52) ge­ bildet ist, und daß die beiden Tafeln (34, 36) in einer einen Kastenquerschnitt bildenden Beziehung miteinander zusammengesetzt werden, wobei die Flansche (38, 40) der beiden Tafeln aneinander überdeckend anliegen, während die gezähnten Kanten (42, 48) aneinander anstoßen mit in die gegenüberliegenden Lücken (44, 50) eingreifenden Fahnen (46, 52) der anstoßenden Tafeln.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die gezähnten Kanten (42, 48) der Tafeln (34, 36) sich allgemein senkrecht zueinander erstrecken und daß die Länge mindestens einer der Fahnen (46) nicht kleiner als die Länge der die Fahne aufnehmenden Lücke (50) ist, so daß ein Formschluß zwischen Fahne (46) und Lücke (50) die Tafeln (34, 36) zueinander ausrichtet und ihre Lage vor dem Verschweißen der Tafeln (34, 36) hält.

5. Struktur mit geschlossenem Kastenquerschnitt für eine Fahrzeugkarosserie, nach einem Verfahren nach Anspruch 1 oder 2 ausgebildet, dadurch gekennzeichnet, daß die Struk­ tur erste und zweite Tafeln (34, 36) mit einander gegen­ überliegenden Seitenkantenabschnitten (38, 40, 42, 48) umfaßt, ausgelegt, aneinander zur Bildung einer Form mit geschlossenem Kastenquerschnitt anzuliegen, wobei jede Tafel (34, 36) einen Flansch (38, 40) längs einer Kante und eine gezähnte Kante (42, 48) aus abwechselnden Lücken (44, 50) und Fahnen (46, 52) längs der anderen Kante be­ sitzt, daß die gezähnten Kanten (42, 48) aneinander anlie­ gen, wobei die Fahnen (46) der einen Tafel (34) zwischen den Fahnen (52) der anderen Tafel (36) eingreifen, und die Flanschkanten (38, 40) einander überdeckend aneinan­ der anliegen, und daß ein Schweißmittel (58; 74) zwischen den beiden Tafeln (34, 36) an deren Kanten wirkt.

6. Struktur mit geschlossenem Kastenquerschnitt nach An­ spruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die gezähnten Kan­ ten (42, 48) der Tafeln (34, 36) sich allgemein senkrecht zueinander erstrecken, und daß die Länge mindestens einer Fahne (46) nicht kleiner als die der diese Fahne aufneh­ mende Lücke (50) ist, so daß die miteinander in Form­ schluß stehende Fahne (46) und Lücke (50) die Tafeln (34, 36) miteinander ausrichten und die Lage der Tafeln in Längsrichtung relativ zueinander vor dem Zusammenschwei­ ßen der Tafeln (34, 36) halten.

7. Struktur mit geschlossenem Kastenquerschnitt für eine Fahrzeugkarosserie, gebildet durch ein Verfahren nach An­ spruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Struktur erste und zweite Tafeln (34, 36) mit einander gegenüber­ liegenden Seitenkantenabschnitten (38, 40, 42, 48) be­ sitzt, die ausgelegt sind, aneinander anzustoßen zur Bil­ dung einer Form mit geschlossenem Kastenquerschnitt, wobei jede Tafel (34, 36) einen Flansch (38, 40) längs einer Kante und eine gezähnte Kante (42, 80) aus abwech­ selnden rechtwinklig ausgebildeten Lücken (44, 50) und Fahnen (46, 52) längs der anderen Kante besitzt, die ge­ zähnten Kanten (42, 48) aneinander so anstoßen, daß jede rechtwinklig geformte Fahne (46) der einen Tafel (34) eng in eine jeweils gegenüberliegende rechtwinklig geformte Lücke (50) an der anderen Tafel (36) so einpaßt, daß die Tafeln (34, 36) in Selbsthaltebeziehung mit Formschluß zu­ einander sind, wobei die Flanschkanten (38, 40) einander überdeckend aneinander anliegen, und Schweißmittel (58, 74) zwischen den beiden Tafeln (34, 36) an deren Kanten wirken.