DE4237361A1 - Verbindungs-Hilfsteil für das widerstandselektrische Verschweißen von Aluminiumblech auf Stahl und Verfahren zum Anbringen desselben - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verbindungs-Hilfsteil nach dem Ober­ begriff von Anspruch 1, wie es beispielsweise aus der DE-AS 10 99 663 als bekannt hervorgeht.

Das daher bekannte Verbindungs-Hilfsteil dient dazu, eine sta­ bile Verbindung zwischen einem schweißbaren Stahlteil und einem lackierten Werkstück zu schaffen. Dazu werden in dem lackierten Werkstück Durchführungsöffnungen gebohrt, in die dann das Ver­ bindungs-Hilfsteil eingeführt wird. Anschließend wird das Ver­ bindungs-Hilfsteil mit dem Stahlteil verschweißt. Dabei ist es wichtig, daß die Durchführungsöffnungen mit geringen Lage- und Durchmessertoleranzen hergestellt werden, da einerseits die Schweißpunktlage vorgegeben ist und andererseits das Verbin­ dungs-Hilfsteil in der Durchführungsöffnung stramm gehalten werden muß. Durch die stramme Halterung des Verbindungs-Hilfs­ teiles in der Durchführungsöffnung wird ein zügiges Anbringen des Verbindungs-Hilfsteiles an dem Werkstück erschwert.

Die Übertragung derart ausgestalteter Verbindungs-Hilfsteile auf Schweißverbindungen zwischen Aluminiumblechen und Stahltei­ len ist ebenfalls bekannt. Dies geht beispielsweise aus der DE-PS 9 40 267 hervor. Die Güte der durch das Verschweißen ent­ stehenden Verbindung ist danach in erster Linie davon abhängig, daß das Verbindungs-Hilfsteil in der Durchführungsöffnung spielfrei gehalten wird. Gerade diese Erfordernis steht der einfachen Anbringung der Verbindungs-Hilfsteile an dem Alumi­ niumblech entgegen.

Aufgabe der Erfindung ist es, das gattungsgemäß zugrundegelegte Verbindungs-Hilfsteil dahingehend zu verbessern, daß einerseits eine fertigungstechnisch einfache Anbringung des Verbindungs-Hilf­ teiles ermöglicht wird, andererseits aber stets ein strammer Sitz des Verbindungs-Hilfteiles in dem zu verschweißenden Alu­ miniumblech gewährleistet ist.

Diese Aufgabe wird bei Zugrundelegung des gattungsgemäßen Ver­ bindungs-Hilfsteiles erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale von Anspruch 1 gelöst.

Die Ausgestaltung des Schaftendes als Schneidkante zum Stanzen der eigenen Durchführungsöffnung ermöglicht es, daß jedes Ver­ bindungs-Hilfsteil sich seinen eigenen Durchbruch selber stanzt. Die Toleranzprobleme beim strammen Einsetzen des Verbindungs- Hilfsteiles in die Durchführungsöffnung im Aluminiumblech ent­ fallen dadurch ebenso wie ein gesondertes Fertigen eines im Durchmesser eng tolerierten Durchbruches. Gleichzeitig wird der Fügevorgang beim Einsetzen des Verbindungs-Hilfsteiles in das Aluminiumblech dadurch vereinfacht, daß ein Suchen eines vor­ gefertigten Durchbruches und ein Einfädeln des Schaftteiles da hinein entfallen. Zugleich werden dabei die zwei Arbeitsschrit­ te des Stanzens oder Bohrens der Durchführungsöffnung und des Einbringens des Verbindungs-Hilfteiles zu einem einzigen Ar­ beitsschritt zusammengefaßt. Dennoch ist es möglich das Verbin­ dungs-Hilfsteil in einfacher Weise durch Massen-Fertigungsver­ fahren beispielsweise durch Prägen aus Blechstreifen bei gerin­ gen Fertigungstoleranzen herzustellen.

Zweckmäßige Ausgestaltungen des Verbindungs-Hilfsteiles können den Unteransprüchen 1 bis 5 entnommen werden, der nebengeordne­ te Anspruch 6 betrifft ein Verfahren zur Anbringung eines Ver­ bindungs-Hilfteiles an ein Aluminiumblech; im übrigen ist die Erfindung anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Aus­ führungsbeispieles nachfolgend noch erläutert; dabei zeigen:

Fig. 1 ein erfindungsgemäßes Verbindungs-Hilfsteil in einer teilgeschnittenen Ansicht,

Fig. 2 bis 4 drei verschiedene Phasen beim Einbringen des Verbindungs-Hilfsteiles in ein Aluminiumblech, und zwar unmittelbar vor dem Einbringen (Fig. 2), während der Stanzvorganges (Fig. 3) und unmittelbar nach dem Stanzen (Fig. 4),

Fig. 5 ein in einem Aluminiumblech eingebrachtes Verbindungs- Hilfsteil, das an ein Blechteil anliegt.

Die Fig. 1 zeigt in teilgeschnittener Darstellung ein erfin­ dungsgemäßes Verbindungs-Hilfsteil aus Stahl zum widerstands­ elektrischen Verschweißen eines Aluminiumbleches 48 mit einem Stahlteil 49. Das Verbindungs-Hilfsteil 10 ist pilz- oder hut­ förmig ausgebildet. Der Schaft 20 weist stirnseitig eine Schweißwarze 22 und an dem anderen Ende ein nach dem Schweißen die frei liegende Außenseite 47 des Aluminiumbleches 48 über­ greifendes Kopfteil 23 auf. Die Länge L des Schaftes ist so bemessen, daß der Schaft 20 nach dem Durchführen durch das Alu­ miniumblech 48 mit dem Schaftende 24 um etwa 2 bis 8% der Blechdicke über das Aluminiumblech hinausragt. Dabei ist die Außenkante des Schaftendes 24 als eine Schneidkante 25 zum Stanzen der eigenen Durchführungsöffnung 46 ausgebildet ist. Am Außenrand des Kopfteiles 23 ist unterseitig eine beim Einpres­ sen des Verbindungs-Hilfsteiles 10 in das Aluminiumblech ein­ dringende Ringwulst 21 angeordnet. Die Mantelfläche des Schaf­ tes 20 ist in den Ausführungsbeispielen zylindrisch dargestellt.

Zur besseren Einpassung in die Durchführung ist es jedoch auch möglich, sie mit einem leicht konischen Anzug zu versehen. Oberseitig im Kopfteil des Verbindungs-Hilfsteiles 10 ist etwa mittig eine napfförmige Aussparung 26 angebracht, die im Durch­ messer wesentlich kleiner als die Kontaktfläche der Schweißelek­ trode 40 ist. Diese oberseitig eingedrückte Aussparung gewähr­ leistet ein scharfkantiges Ausprägen der unterseitigen Kontu­ rierung des Schaftendes, insbesondere der Schneidkante 25. Die Aussparung 26 ermöglicht auch ein lagedefiniertes Ansetzen des Stanzstempels an das Verbindungs-Hilfsteil 10. Eine gute Ver­ schweißung ergibt sich, wenn der Kopfteil 23 in seinem Durch­ messer um etwa 50% größer als die Kontaktfläche der Schweiß­ elektrode für die widerstandselektrische Punktschweißung und oberseitig flach-eben ausgebildet ist, so daß die Schweißelek­ trode oberseitig auf dem Kopfteil 23 überall aufsetzbar ist. Aufgrund einer - abgesehen von der erwähnten Aussparung 26 - flach-ebenen Gestaltung der Oberseite des Kopfteiles 23 des Verbindungs-Hilfsteiles 10 kann die kontaktseitig ebenfalls flach-eben gestaltete Schweißelektrode bei relativ groben Lage­ toleranzen in bezug auf die Position des Verbindungs-Hilfstei­ les 10 zum Schweißen positioniert werden.

Die Fig. 5 zeigt einen in das Aluminiumblech 48 eingebrachtes Verbindungs-Hilfsteil 10. Es hat die Durchführungsöffnung 46 in das Aluminiumblech 48 eingestanzt. Der Ringwulst hat sich in das Aluminiumblech eingedrückt und beim Einpressen die Leibung der freigestanzten Durchführungsöffnung zur Lochmitte hin ge­ staucht und ein etwaiges Spiel zwischen Schaftteil und Durch­ bruch beseitigt. Das Schaftende 24 ragt über das Aluminiumblech hinaus. Das Stahlteil 49 liegt an der Schweißwarze 22 an. Zur Aufnahme des beim Verschweißen schmelzenden Stahles kann nöti­ genfalls an der Stirnseite des Schaftes, radial zwischen Schneidkante 25 und Schweißwarze 22 eine Furche entsprechender Tiefe angebracht werden. Dadurch daß die Schweißwarze 22 alleine am Stahlteil 49 anliegt, und ihr Durchmesser geringer als der des Schaftes 20 ist, entsteht die größte Erwärmung des Verbin­ dungs-Hilfteiles 10 in diesem Bereich. Die Verschweißung be­ ginnt daher in diesem Bereich und weitet sich dann auf die ganze Stirnseite des Schaftes aus.

Die Fig. 2 bis 4 zeigen drei aufeinanderfolgende Schritte des Verfahrens zum Anbringen des Verbindungs-Hilfsteiles 10 an das Aluminiumblech 48.

Die Fig. 2 zeigt die Stellung des Stanzwerkzeuges mit an der Oberfläche 47 des Aluminiumbleches 48 anliegendem Verbindungs- Hilfsteil 10. Das Verbindungs-Hilfsteil 10 wurde dem Stempel 44 zugeführt und wird durch den Stempel 44 lagedefiniert gehalten. In dieser Figur ist der Stempel 44 soweit abgesenkt, daß die Schweißwarze 22 gerade an dem Aluminiumblech 48 anliegt. Das Aluminiumblech 48 liegt auf dem Untergesenk 45 auf. Das Unter­ gesenk 45 weist - dem Schaft 20 des Verbindungs-Hilfsteiles 10 gegenüberliegend - eine mit der Form des Schaftquerschnittes und der Position des Schaftes 20 übereinstimmende Aussparung 42 auf. Der Stempel 44 des Stanzwerkzeuges wird nun weiter abge­ senkt. Zuerst drückt sich die Schweißwarze 22 anschließend der ganze Schaft 20 in das Aluminiumblech 48 ein.

Dabei wird eine in Fig. 3 dargestellte Zwischenstellung er­ reicht. Das durch den Schaft verdrängte Aluminium weicht in die Aussparung 42 des Untergesenkes 45 aus. Die Ringwulst 21 liegt auf der Oberfläche 47 des Aluminiumbleches 48 auf und wird beim weiteren Absenken des Stempels in das Aluminiumblech eingepreßt. Das von der Ringwulst 21 verdrängte Aluminium weicht in Rich­ tung auf die von dem Schaft eingepreßte Durchführungsöffnung 46 aus und sorgt nach dem Stanzvorgang für einen strammen Sitz des Verbindungs-Hilfteiles 10.

Bei vollständig abgesenktem Stempel wird die in der Fig. 4 dargestellte Endstellung erreicht. Zwischen der Aussparung 42 des Untergesenkes 45 und dem mit dem Schaftende 24 über das Aluminiumblech 48 hinausragenden Schaft 20 wird das verdrängte Aluminiumblech durch die Schneidkante 25 abgetrennt. Der abge­ trennte Butzen 43 fällt durch die Aussparung 45 des Unterwerk­ zeuges. Das Verbindungs-Hilfsteil 10 ist in die Durchführungs­ öffnung 46 des Aluminiumbleches 48 eingepreßt. Der Stempel 44 wird nach oben gefahren, wobei das Verbindungs-Hilfsteil im Aluminiumblech 48 verbleibt.

In einem späteren Arbeitsschritt, wenn das solcherart für das Schweißen vorbereitete Aluminiumblech 48 an das Stahlteil 49 angelegt wurde, wird eine Schweißelektrode an das Verbindungs- Hilfsteil 10 angelegt, die andere an das Stahlblech.

Claims (6)

1. Verbindungs-Hilfsteil (10) aus Stahl zum widerstandselektri­ schen Verschweißen eines Aluminiumbleches (48) mit einem Stahl­ teil (49), welches Verbindungs-Hilfsteil (10) pilz- oder hut­ förmig ausgebildet ist, einen durch eine Durchführungsöffnung (46) im Aluminiumblech (48) hindurchführbaren Schaft (20) auf­ weist, welcher stirnseitig eine Schweißwarze (22) aufweist und der an dem anderen Ende ein nach dem Schweißen die frei liegen­ de Außenseite (47) des Aluminiumbleches (48) übergreifendes Kopfteil (23), an das eine Schweißelektrode (40) anlegbar ist, aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge (L) des Schaftes so bemessen ist, daß der Schaft (20) nach dem Durchführen durch das Aluminiumblech (48) mit dem Schaftende (24) um etwa 2 bis 8% der Blechdicke über das Alumi­ niumblech hinausragt und daß die Außenkante des Schaftendes (48) als eine Schneidkante (25) zum Stanzen der eigenen Durch­ führungsöffnung (46) ausgebildet ist.

2. Verbindungs-Hilfsteil (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß am Außenrand des Kopfteiles (23) unterseitig eine beim Ein­ pressen des Verbindungshilfsteiles (10) in das Aluminiumblech eindringende Ringwulst (21) angeordnet ist.

3. Verbindungs-Hilfsteil (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mantelfläche des Schaftes (20) einen leicht konischen Anzug aufweist.

4. Verbindungs-Hilfsteil (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß oberseitig im Kopfteil des Verbindungs-Hilfsteiles (10) etwa mittig eine napfförmige Aussparung (26) angebracht ist, wobei jedoch die Aussparung (26) im Durchmesser wesentlich kleiner als die Kontaktfläche der Schweißelektrode (40) ist.

5. Verbindungs-Hilfsteil (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kopfteil (23) in seinem Durchmesser höchstens 50% größer als die Kontaktfläche der Schweißelektrode (40) für die widerstandselektrische Punktschweißung und oberseitig - abge­ sehen von einer etwaigen Aussparung (26) - flach-eben ausgebil­ det ist.

6. Verfahren zum Anbringen eines pilz- oder hutförmigen Verbin­ dungs-Hilfsteiles (10) aus Stahl an ein Aluminiumblech (48) für das widerstandselektrische Verschweißen des Aluminiumbleches (48) mit einem Stahlteil (49),
- wobei das Verbindungs-Hilfsteil (10) einen in eine forment­ sprechende Durchführungsöffnung (46) im Aluminiumblech (48) einsetzbaren Schaft (20) und an der Stirnseite des Schaftes (20) eine über das Aluminiumblech (48) hinausragenden Schweiß­ warze (22) aufweist,
- und welches Verbindungs-Hilfsteil (10) ferner einen die nach dem Zusammenschweißen frei liegende Außenseite (47) des Alumi­ niumbleches (48) übergreifenden Kopfteil (23) aufweist,
- wobei das Verbindungs-Hilfsteil (10) vor dem maßrichtigen Zusammenlegen der zu verschweißenden Teile in eine zuvor im Aluminiumblech (48) angebrachte formentsprechende Durchfüh­ rungsöffnung (46) stramm eingesetzt wird, wobei der Kopfteil (23) an der frei liegenden Außenseite (47) des Aluminiumbleches (48) anliegt und die Schweißwarze (22) an dessen Anlageseite übersteht,
dadurch gekennzeichnet, daß das am stirnseitigen Außenrand des Schaftes (20) scharfkan­ tig (Schneidkante (25)) ausgebildete Verbindungs-Hilfsteil (10) mit seinem Schaft (20) gegen ein Untergesenk (45), welches an der Anlageseite des Aluminiumbleches (48) anliegt und eine mit der Form des Schaftquerschnittes und der Position des Schaftes (20) übereinstimmende Aussparung (42) aufweist, von der Außen­ seite her in das zunächst noch geschlossene Aluminiumblech (48) eingepreßt wird, wobei - unter Verwendung des Schaftes (20) als Stanzstößel - die den Schaft (20) des Verbindungs-Hilfsteiles (10) aufnehmende Durchführungsöffnung (46) aus dem Aluminium­ blech (48) ausgestanzt und der Schaft (20) in diese Durchfüh­ rungsöffnung (46) stramm eingepreßt wird.