DE60311555T2

DE60311555T2 - Konstruktion zum Anschweissen eines Halters an Blech und Verfahren zum Verbinden eines Anschweisshalters mit einem Blechteil

Info

Publication number: DE60311555T2
Application number: DE60311555T
Authority: DE
Inventors: Sivakumar Ramasamy; Matthew M. Geno
Original assignee: Newfrey LLC
Current assignee: Newfrey LLC
Priority date: 2002-10-15
Filing date: 2003-10-09
Publication date: 2007-10-31
Anticipated expiration: 2023-10-10
Also published as: JP2004160546A; EP1410869A1; DE60311555D1; EP1410869B1; US20040118827A1; ATE353038T1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Konstruktion zum Anschweißen eines Halters an Blech gemäß der Präambel von Anspruch 1 und ein Verfahren zum Verbinden eines Anschweißhalters mit einem Blech gemäß der Präambel von Anspruch 11 (siehe zum Beispiel JP-A-081019865) und insbesondere eine einen dünnen L-förmigen Halter zum Anschweißen an sehr dünnes Blech umfassende Konstruktion.
Anforderungen nach verstärkter Kraftstoffeinsparung in den Transportbranchen erfordern immer leichtere Fahrzeuge. Daher müssen Fahrzeughersteller Gewichtsverminderungen im ganzen Fahrzeug finden. Ein Verfahren zum Erreichen einer solchen Gewichtsverminderung ist das Vermindern der Dicke der Bleche, die zum Bilden der Außenhaut und von inneren Teilen einer Fahrzeugkarosserie verwendet werden.
Um Blechteile mit anderen Teilen des Fahrzeugrahmens zu verbinden, werden typischerweise dünne Flansche an das Blechteil geschweißt. Außerdem werden Flansche an Blech geschweißt, um als elektrische Massen oder als Montagestellen für Fahrzeugkomponenten wie beispielsweise Kabelbäume zu dienen. Diese Schweißflansche werden häufig unter Verwendung von Schweißpistolen mit dem Blech verbunden, um den Schweißflansch senkrecht an das Blech zu schweißen. In diesem Fall ist der Schweißflansch typischerweise eben und hat eine Kontaktfläche, die gleich der Breite und der Dicke des Flanschs ist.
Häufig wird bei Gegebenheiten, bei denen das Blech dünner ist als der Flansch, das dem Schweißflansch Beschädigungen entstehen. Außerdem kann ein durchgehendes Loch im Basisblech erzeugt werden, wenn es sehr hohen Schweißströmen ausgesetzt wird. Dies gilt insbesondere für Blechkonstruktionen, bei denen das Blech eine Dicke von weniger oder gleich 1,2 mm hat. Bei Gegebenheiten, bei denen der elektrische Strom zum Erzeugen einer Schweißnaht verringert wird, um keine Zerstörung oder Beschädigung des Blechs zu verursachen, hat die Schweißnaht keine ausreichende Festigkeit, um das Blech an einer Fahrzeugstruktur zu befestigen.
Ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Schweißen eines Halter an eine Fahrzeugkarosserie ist in JP-A-81019865 A offenbart. Der Halter ist ein bandförmiges Stück Metall, das zu einer L-Form gebogen ist und einen Körper und einen zum Körper senkrechten Flansch hat. Am Unterteil des Flanschs ist ein mittiger Vorsprung geformt, um während des Schweißvorgangs einen Lichtbogen zu erzeugen. Die Halter wird automatisch mittels einer Schweißpistole geschweißt, die eine Elektrode in Form eines Blocks hat, in den der Halter direkt eingespannt wird. Nach dem Bewegen des Halters in die Schweißposition an der Fahrzeugkarosserie wird eine Lichtbogenentladung von der Spitze der Elektrode erzeugt und die Mitte des Flanschs wird an die Schweißstelle an der Fahrzeugkarosserie geschweißt. Es werden keine Dickenabmessungen der Materialien des Halters und der Fahrzeugkarosserie offenbart.
US-A-4 188 149 offenbart eine Hautschweißverbindung, die eine dünne Metallhaut umfasst, die an ein längliches Metallrahmenglied geschweißt ist, mit einem an die Haut angrenzenden Flansch, seitlich in einem Abstand angeordneten und aus einer Seite des Flanschs herausragenden Rippen, die die Haut berühren, und einem Paar Flanschabschnitte, die in einem Teil mit den Rippen extrudiert sind. Die Flanschabschnitte stehen seitlich auf gegenüberliegenden Seiten des Flanschs vor, haben eine bezogen auf den Flansch geringere Dicke, um sich unter der Wärme des Schweißens leicht zu verformen und sind mit vorzugsweise kettenversetzten Schweißnähten an die Haut geschweißt.
Ein Verfahren zum Schweißen des Flanschs einer Metallprofilstange an die Innenseite eine außen gerippten Metallwandtafel ist aus US-A-3 115 572 bekannt, wobei die Innenseite der Wandtafel an dem Flansch platziert wird, so dass dieser mindestens teilweise mit mindestens einer Rippe an der Außenseite der Tafel fluchtet, und wobei die Dicke der Rippen so gewählt wird, dass sie das Eindringen von Schweißnähten verhindern. Der Flansch wird von der Innenseite an die Tafel punktgeschweißt, indem derart Schweißnähte im Flansch gebildet werden, dass sich der Fuß der Schweißnähte durch die Innenseite der Tafel und in das Material einer Rippe erstreckt, ohne in die Außenseite der Tafel einzudringen.
In "Recommended Practices for Stud Welding", (Empfohlene Praktiken für das Bolzenschweißen) 29. Juli 1982, Seiten 1-34, wird XP-002085402 unter anderen Bolzenschweißverfahren, einschließlich dem Bolzenschweißverfahren mit Hubzündung, offenbart, wobei nacheinander der Bolzen am Werkstück positioniert wird, die Bolzenschweißpistole betätigt wird, um den Schweißstromkreis unter Spannung zu setzen, der Bolzen vom Werkstück gehoben wird und ein schwacher Zündlichtbogen gezogen wird. Dann wird begonnen, den Bolzen zum Werkstück zurückzubewegen, während Schweißkondensatoren über dem Lichtbogen entladen werden, wodurch der Bolzen und die angrenzende Werkstückoberfläche geschmolzen werden, und die Federwirkung der Schweißpistole den Bolzen in das geschmolzene Metall taucht, um die Schweißung abzuschließen.
Dementsprechend ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung Konstruktion zum Anschweißen eines Halters an Blech vorzusehen, welche die Mängel des Stands der Technik überwindet.
Gemäß der Erfindung ist eine Konstruktion zum Anschweißen eines Halters an Blech vorgesehen, welche die in Anspruch 1 offenbarten Merkmale umfasst. Das Blech hat eine erste Dicke. Die Tiefe des Flanschs ist die Funktion der ersten Dicke. Ein Schweißnahtabschnitt ist zwischen dem Flansch und dem Basismetall vorgesehen.
Bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung ist ein Verfahren zum Verbinden eines Halters mit einer Blechbasis mit einer Dicke von weniger als 1,2 mm vorgesehen, das die in Anspruch 11 offenbarten Merkmale umfasst. Das Verfahren umfasst das Bilden eines Flanschs an dem Halter. Der Flansch wird dann so positioniert, dass er das Blech berührt. Strom wird an die Halter angelegt, während die Halter vom Blech weg bewegt wird, um einen Schweißlichtbogen zu bilden. Die Halter wird dann in eine Lache aus Schweißnahtmaterial gezwängt.
Weitere Anwendungsgebiete der vorliegenden Erfindung sind aus der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung ersichtlich. Es versteht sich, dass die ausführliche Beschreibung und die spezifischen Beispiele zwar auf die bevorzugte Ausführungsform der Erfindung hinweisen, jedoch lediglich zur Veranschaulichung bestimmt sind und den Umfang der Erfindung nicht einschränken sollen.
Die vorliegende Erfindung wird anhand der ausführlichen Beschreibung und der beiliegenden Zeichnungen verdeutlicht, wobei:
1 eine Seitenansicht des Halters und des Basismaterials gemäß den Lehren der vorliegenden Erfindung ist;
2a und 2b eine alternative Ausführungsform der Erfindung darstellen; und
3a und 3b die in 1 und 2 gezeigten Halter, verbunden mit einer Blechanordnung, darstellen.
Die nachfolgende Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen) ist lediglich beispielhafter Art und soll in keiner Weise die Erfindung, ihre Anwendung oder ihren Nutzen einschränken.
1 zeigt einen eckigen Anschweißhalter 10, der an ein Basisblechteil 12 geschweißt ist. Der Anschweißhalter 10 hat eine Dicke 14 von T_br und das Blechteil 12 hat eine Dicke 16 von T_bm. Der Halter 10 hat einen Flansch 18, der üblicherweise senkrecht zu einem Halterkörper 20 ist.
Der Flansch 18 hat eine Tiefe B und eine Breite C. Unter Umständen, bei denen die Dicke 16 des Blechteils 12 größer ist als die Dicke 14 des Halters 10 oder die Dicke 16 des Blechteils 12 größer ist als 1,2 mm, wird der Flansch 18 nicht benötigt und der flache Halterkörper 20 kann direkt an das Basismaterial geschweißt werden. Die Halterbreite C beträgt, je nach benötigter Festigkeit, zwischen 1,0 und ungefähr 30 mm.
Unter Umständen, bei denen die Dicke 14 des Haltermaterials größer ist als die Dicke 16 des Blechteils 12, ist die Tiefe B des Flanschs 18 gleich einem Multiplikationsfaktor (X) mal der Dicke 16 des Basismaterials. Dementsprechend ist die Tiefe B des Flanschs 18 eine Funktion, die nachfolgend beschrieben ist: tBM = Dicke des Blech-Basismaterials tBR = Dicke des Haltermaterials tBM < tBR oder tBM < 1,2 mm B = xtBM y ≤ x ≤ 5 y = tBM + tBR
Der untere Grenzwert für den Multiplikationsfaktor (X) ist gleich der Dicke 14 der Halter 10 plus der Dicke 16 des Blech-Basismaterials der Komponente 12 und der obere Grenzwert für den Multiplikationsfaktor ist 5. Es wurde herausgefunden, dass ein Multiplikationsfaktor von 2 bis 3 bevorzugt ist. Diese Verhältnisse werden am besten auf Haltern 10 mit einer Dicke 14 von größer als oder gleich 0,5 mm bis einschließlich 5 mm angewandt. Weiter sind die Verhältnisse am besten anwendbar auf Basismaterialien mit einer Dicke 16 von größer als oder gleich 0,5 mm bis einschließlich 1,20 mm.
2a und 2b stellen eine alternative Ausführungsform der Erfindung dar. Wie gezeigt, hat der Halter 26 weiter ein Paar dreieckige seitliche Tragglieder 22. Der Halter 26 hat einen Flansch 18, der den Größenanforderungen entspricht, wie sie für die Ausführungsform von 1 beschrieben wurden. Bei Verwendung der Schweißnahtfläche des Flanschs wird die Erwärmung des Basisblechs gegenüber dem Stand der Technik über eine größere Fläche verteilt. Beschädigungen der Oberfläche des Blechs werden vermindert und die Festigkeit der Grenzfläche zwischen Schweißnaht und Oberfläche wird verbessert.
3a stellt eine geschweißte Konstruktion gemäß den Lehren der ersten Ausführungsform der Erfindung dar. Gezeigt ist ein Anschweißhalter 10, der durch einen Schweißnahtabschnitt 24 mit der Basis 12 verbunden ist. Wie zu sehen ist, hat der Halter 10 eine Dicke 14, die größer ist als die Dicke des Blechs 16. Es ist vorgesehen, dass die Halter 10 durch das Benetzen eines Großteils des Flanschs 18 mit geschmolzenem Metall mit dem Blech verbunden wird.
Ebenso stellt 3b die Anschweißhalterkonstruktion dar, die durch den Schweißnahtabschnitt 24 mit dem Blech verbunden ist. Die Halter 10, 26 werden mittels eines Schweißverfahrens mit Hubzündung mit dem Blech verbunden. Dementsprechend wird ein Flansch 18 an einer Oberfläche des Blechs 12 positioniert.
Schweißstrom wird an den Halter 10 bzw. 26 und durch das Blech angelegt. Der Halter 10 zw. 26 wird ein bisschen von der Oberfläche des Blechs 12 abgehoben, so dass ein Schweißlichtbogen dazwischen gebildet wird.
Zwischen dem Blech 12 und dem Flansch 18 wird geschmolzenes Metall gebildet. Der Halter 10 bzw. 26 wird dann in das flüssige Metall getaucht und der Schweißstrom wird entfernt, wodurch der Halter 10 bzw. 26 mit der Oberfläche des Blechs 12 verbunden wird.
Die Beschreibung der Erfindung ist lediglich beispielhafter Art und daher sollen Abwandlungen im Umfang der Erfindung enthalten sein. Solche Abwandlungen sind nicht als Abweichung vom Umfang der Erfindung zu betrachten. Es ist zum Beispiel vorstellbar, dass es sich bei dem Basisblech um eine Laminatkonstruktion handeln kann, die aus sehr dünnen Schichten aus Aluminium oder Stahl gebildet ist, die mindestens teilweise durch eine nicht leitende Polymerschicht getrennt sind.

Claims

Konstruktion zum Anschweißen eines Halters an Blech umfassend: eine Blechbasis (12) mit einer ersten Dicke (16); einen Anschweißhalter (10) mit einem Körperabschnitt (20) mit einer zweiten Dicke (14) und einem Flanschabschnitt (18); und einen Schweißnahtabschnitt (24), der zwischen dem Flanschabschnitt (18) und der Blechbasis (12) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Dicke (14) des Körperabschnitts (20) größer ist als die erste Dicke (16) der Blechbasis (12) und dass der Flanschabschnitt (18) eine Tiefe (B) hat, die gleich oder größer ist als die erste Dicke (16) plus die zweite Dicke (14) und kleiner oder gleich fünfmal der ersten Dicke (16).
Konstruktion nach Anspruch 1, wobei die erste Dicke (16) kleiner ist als 1,2 mm.
Konstruktion nach Anspruch 1, wobei der Anschweißhalter eine Breite (C) zwischen etwa 1 mm und etwa 30 mm hat.
Konstruktion nach Anspruch 1, wobei die Tiefe (B) größer ist als die erste Dicke (16) plus die zweite Dicke (14) mal der ersten Dicke (16).
Konstruktion nach Anspruch 1, wobei die Tiefe (B) ein Vielfaches der ersten Dicke (16) ist, wobei das Vielfache gleich oder größer ist als die erste Dicke (16) plus die zweite Dicke (14) und kleiner oder gleich 5.
Konstruktion nach Anspruch 5, wobei das Vielfache zwischen 2 und 3 ist.
Konstruktion nach Anspruch 1, wobei der Flanschabschnitt (18) senkrecht mit dem Körperabschnitt verbunden ist.
Konstruktion nach Anspruch 1, wobei der Anschweißhalter (26) ein Paar seitliche dreieckige Tragglieder (22) umfasst.
Konstruktion nach Anspruch 1, wobei die zweite Dicke (14) zwischen 0,5 mm und 5 mm ist.
Konstruktion nach Anspruch 1, wobei die erste Dicke (16) zwischen 0,5 mm und 1,2 mm ist.
Verfahren zum Verbinden eines Anschweißhalters (10) mit einem Blechteil (12) mit einer ersten Dicke (16), die kleiner ist als 1,2 mm, umfassend: Bereitstellen eines Blechteils (12) mit einer ersten Dicke (16), die kleiner ist als 1,2 mm; Bereitstellen eines Anschweißhalters (10) aus einem Material mit einer zweiten Dicke (14); Bilden eines Flanschabschnitts (18) an dem Anschweißhalter (10); Verbinden des Flanschabschnitts (18) mit dem Blechteil (12); Anlegen von elektrischem Strom an den Flanschabschnitt (18); Anheben der Anschweißhalter (10), um einen Lichtbogen zwischen dem Flanschabschnitt (18) und dem Blechteil (12) zu bilden, wobei flüssiges Schweißnahtmaterial erzeugt wird; Zwängen der Anschweißhalter (10) in den flüssigen Schweißnahtbereich; und Entfernen des elektrischen Stroms; dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Dicke (14) größer ist als die erste Dicke (16) und dass das Bilden eines Flanschabschnitts das Bilden eines Flanschabschnitts (18) mit einer Tiefe (B) ist, die gleich oder größer ist als die erste Dicke (16) des Blechteils (12) plus der zweiten Dicke (14) des Anschweißhaltermaterials (10) und kleiner oder gleich fünfmal der ersten Dicke (16).
Verfahren nach Anspruch 11, wobei ein Flanschabschnitt (18) gebildet wird mit einer Tiefe (B), die größer ist als die erste Dicke (16) des Blechteil (12) plus der zweiten Dicke (14) des Anschweißhaltermaterials mal der ersten Dicke (16).
Verfahren nach Anspruch 11, wobei der Anschweißhalter (10) eine Breite (C) zwischen 1 und 30 mm hat.