KEIPER GmbH & Co. KG, 67657 Kaiserslautern
VERFAHREN ZUR ERZEUGUNG EINER LASERSCHWEISSNAHT UND
FAHRZEUGSITZ
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung einer Laserschweißnaht mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 sowie einen Fahrzeugsitz mit den Merkmalen des Anspruchs 15. Stand der Technik
Komponenten und Strukturen von Kraftfahrzeugsitzen, beispielsweise
Langseinsteller, Unterbauten sowie Rückenlehnen werden häufig aus mehreren einzelnen Bauteilen zusammengesetzt, welche mittels Laserschweißens miteinander verbunden werden.
Dabei dringt die Energie eines Laserstrahls durch ein flächiges Bauteil hindurch in ein anderes Bauteil ein, wodurch an der Kontaktstelle der beiden Bauteile eine lokale Erhitzung der beiden Bauteile stattfindet und die Bauteile miteinander verschweißt werden.
Aus der DE 196 27 913 A1 ist ein gattungsgemäßes Verfahren zur Erzeugung einer Laserschweißnaht bekannt. Dabei entstehende Laserschweißnähte an Karosseriebauteilen weisen einen geradlinig verlaufenden mittleren Bereich auf und sind in den Endbereichen verstärkt ausgeführt, insbesondere verdickt, aufgeweitet, verriegelt oder abgebogen. Dadurch ist die Festigkeit einer derart
entstandenen Laserschweißnaht gegenüber einer vollständig geradl verlaufenden Laserschweißnaht erhöht.
Aus der DE 10 2009 052 220 A1 ist ein Verfahren zum Herstellen einer
Schweißnaht bekannt, welche einen geradlinigen Bereich und einen daran anschließenden runden oder tropfenförmigen Bereich umfasst.
In der DE 10 2005 001 606 A1 ist ein Verfahren zum Verbinden mehrerer flacher Bleche mittels Pendelschweißnähten offenbart.
Auch in der DE 10 2007 063 456 A1 ist ein Verfahren zum Verbinden mehrerer flacher Bleche mittels Pendelschweißnähten offenbart.
Aufgabe Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein alternatives Verfahren zur
Erzeugung einer Laserschweißnaht der eingangs genannten Art anzugeben, wobei die entstehenden Laserschweißnähte gegenüber einer vollständig geradlinig verlaufenden Laserschweißnaht eine erhöhte Festigkeit aufweisen. Der Erfindung liegt ferner die Aufgabe zu Grunde, einen Fahrzeugsitz anzugeben, welcher eine Laserschweißnaht mit entsprechend erhöhter Festigkeit aufweist.
Lösung
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren zur Erzeugung einer Laserschweißnaht mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen, welche einzeln oder in Kombination miteinander eingesetzt werden können, sind Gegenstand der Unteransprüche.
Bei einem gattungsgemäßen Verfahren zur Erzeugung einer Laserschweißnaht mittels eines Laserstrahls zur Verbindung zweier im Wesentlichen flächiger Gegenstände werden die im Wesentlichen flächigen Gegenstände zunächst in
Kontakt miteinander gebracht und dann in einem Schweißvorgang miteinander verbunden, wobei die Energie des Laserstrahls durch den einen flächigen Gegenstand hindurch in den anderen flächigen Gegenstand eindringt. Erfindungsgemäß ist dabei vorgesehen, dass die Laserschweißnaht mindestens einen Pendelbereich, in welchem der Laserstrahl in Form einer Pendelbewegung um eine Schweißachse geführt wird, und mindestens einen Mittelbereich, in welchem der Laserstrahl zumindest annähernd geradlinig entlang der
Schweißachse geführt wird, umfasst.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren entsteht eine Laserschweißnaht, welche einerseits in dem Pendelbereich eine verhältnismäßig hohe Festigkeit aufweist, und welche andererseits in dem Mittelbereich in verhältnismäßig kurzer
Prozesszeit erzeugbar ist. Vorzugsweise wird die Laserschweißnaht dabei derart angeordnet und orientiert, dass der Pendelbereich sich an einem Bereich der höchsten zu erwartenden Belastung befindet. Als Prozesszeit ist eine Zeitspanne gemeint, welche zur Erzeugung der Laserschweißnaht mittels des Laserstrahls benötigt wird. Vorzugsweise sind genau zwei Pendelbereiche vorgesehen, nämlich ein
Anfangsbereich und ein Endbereich.
Vorzugsweise ist der Mittelbereich zwischen dem Anfangsbereich und dem Endbereich angeordnet.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist besonders vorteilhaft bei der Herstellung einer Rückenlehne eines Fahrzeugsitzes anwendbar, wobei die zu
verschweißenden, im Wesentlichen flächigen Gegenstände ein Lehnenrahmen und ein Rückenlehnenblech einer Rückenlehne sind.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kreuzt der Laserstrahl während der Pendelbewegung in dem Pendelbereich mehrfach die
Schweißachse. Vorteilhaft wird die Amplitude der Pendelbewegung dabei verändert. Dadurch kann in einem Bereich, in welchem eine erhöhte Belastung zu erwarten ist, eine größere Amplitude gewählt werden, wodurch die Festigkeit erhöht wird. In einem Bereich, in welchem eine geringere Belastung zu erwarten ist, kann eine kleinere Amplitude gewählt werden, wodurch die Prozesszeit sinkt.
Vorzugsweise hat die Amplitude der Pendelbewegung an einem dem Mittelbereich abgewandten Anfangspunkt und/oder Endpunkt des Pendelbereiches, und damit auch der Laserschweißnaht, einen maximalen Wert. An dem Übergang von dem Pendelbereich zu dem Mittelbereich ist die Amplitude der Pendelbewegung vorzugsweise annähernd oder gleich null.
Besonders vorteilhaft weist die Laserschweißnaht einen Längenfaktor, welcher dem Verhältnis aus gestreckter Länge zu linearer Länge entspricht, von etwa 1 ,2 bis 1 ,3, vorzugsweise etwa 1 ,25 auf. Die gestreckte Länge der Laserschweißnaht entspricht dabei dem Weg, den der Laserstrahl bei der Erzeugung der
Laserschweißnaht zurück legt. Die lineare Länge der Laserschweißnaht ist der Abstand zwischen dem dem Mittelbereich abgewandten Anfangspunkt und dem dem Mittelbereich abgewandten Endpunkt der Laserschweißnaht. Ein
Längenfaktor von 1 ,2 bis 1 ,3, vorzugsweise etwa 1 ,25, gewährleistet eine verhältnismäßig hohe Festigkeit der Laserschweißnaht bei gleichzeitig
verhältnismäßig kurzer Prozesszeit.
Der mindestens eine Pendelbereich, beispielsweise der Anfangsbereich oder der Endbereich, weist vorzugsweise einen Längenfaktor, welcher dem Verhältnis aus gestreckter Länge zu linearer Länge entspricht, von etwa 1 ,8 bis 2,0 auf. Die gestreckte Länge des Pendelbereichs entspricht dabei dem Weg, den der
Laserstrahl bei der Erzeugung des Pendelbereichs zurück legt. Die lineare Länge des Pendelbereichs ist der Abstand zwischen dem dem Mittelbereich
abgewandten Anfangspunkt oder Endpunkt des Pendelbereichs und dem
Übergang von dem Mittelbereich zu dem Pendelbereich.
Das Verhältnis der linearen Länge des mindestens einen Pendelbereichs zu der linearen Länge des Mittelbereichs entspricht vorteilhaft etwa einem Wert von 0,2 bis 0,25. Die lineare Länge des Mittelbereichs ist dabei die Ausdehnung des Mittelbereichs entlang der Schweißachse.
In dem Mittelbereich weist die Laserschweißnaht vorzugsweise eine Ausdehnung senkrecht zu der Schweißachse von etwa 0,6 mm bis 0,8 mm, vorzugsweise etwa 0,7 mm auf. Die Aufgabe wird auch durch einen Fahrzeugsitz mit den Merkmalen des
Anspruchs 15 gelöst, welcher mindestens eine nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erzeugte Laserschweißnaht umfasst.
Figuren und Ausführungsformen der Erfindung Im Folgenden ist die Erfindung anhand von einem in den Figuren dargestellten vorteilhaften Ausführungsbeispiel näher erläutert. Die Erfindung ist jedoch nicht auf dieses Ausführungsbeispiel beschränkt. Es zeigen:
Fig. 1 : eine schematische Ansicht eines Fahrzeugsitzes,
Fig. 2: eine perspektivische Darstellung einer Sitzstruktur eines
Fahrzeugsitzes und
Fig. 3: eine Laserschweißnaht, die durch das erfindungsgemäße Verfahren entstanden ist.
Ein Fahrzeugsitz 1 für ein Kraftfahrzeug, vorliegend ein Fondsitz, weist ein Sitzteil 3 und eine daran angebrachte, neigungseinstellbare Rückenlehne 4 auf. Bei dem Fahrzeugsitz könnte es sich aber auch um einen Vordersitz handeln. Auch könnte die Rückenlehne 4 starr mit der Struktur des Fahrzeugs verbunden sein.
Der Fahrzeugsitz 1 umfasst eine weitgehend aus Metall bestehende Sitzstruktur 10, welche mit Schaumteilen gepolstert ist. Die Sitzstruktur 10 und die
Schaumteile sind mit einem Bezug überzogen, welcher beispielsweise aus Leder oder Stoff besteht. Die Schaumteile sowie der Bezug erhöhen maßgeblich den Sitzkomfort für einen Insassen des Fahrzeugsitzes 1 .
Die Anordnung des Fahrzeugsitzes 1 innerhalb des Fahrzeugs und dessen gewöhnliche Fahrtrichtung definieren die im Folgenden verwendeten
Richtungsangaben. Dabei wird eine senkrecht zum Erdboden orientierte Richtung im Folgenden als Vertikalrichtung bezeichnet und eine Richtung senkrecht zur Vertikalrichtung und senkrecht zur Fahrtrichtung wird im Folgenden als
Querrichtung bezeichnet. Die Vertikalrichtung schließt auch einen Winkelbereich relativ zu der senkrecht zum Erdboden orientierten Richtung ein, in welchem sich die Rückenlehne 4 in gewöhnlicher Gebrauchsposition befindet.
Mittels eines seitlich angeordneten, manuell zu bedienenden
Lehneneinstellbeschlags 19 ist die Rückenlehne 4 neigungseinstellbar, das bedeutet, der Winkel zwischen dem Sitzteil 3 und der Rückenlehne 4 ist einstellbar. Alternativ ist auch ein elektrischer Antrieb denkbar. Bei einer
Neigungseinstellung schwenkt die Rückenlehne 4 um eine in Querrichtung verlaufende Schwenkachse 12.
In den Darstellungen nach Fig. 1 und Fig. 2 befindet sich die Rückenlehne 4 in ihrer Gebrauchsposition und erstreckt sich somit in Vertikalrichtung. An dem in Vertikalrichtung oberen Ende der Rückenlehne 4, welches dem Sitzteil 3 abgewandt ist, ist eine höheneinstellbare und neigungseinstellbare Kopfstütze 18 angebracht.
Die Rückenlehne 4 umfasst unter anderem einen Lehnenrahmen 20 sowie ein Rückenlehnenblech 30, welches als flächiger Gegenstand ausgebildet ist. Das Rückenlehnenblech 30 kann Versteifungsrippen oder Sicken enthalten und ist trotzdem als flächig anzusehen.
Der Lehnenrahmen 20 ist vorliegend als teilweise umlaufendes Profil ausgestaltet. Besagtes Profil weist einen annähend U-förmigen Querschnitt mit zwei parallel verlaufenden Schenkeln und einer die Schenkel verbindenden Basis auf. An den der Basis abgewandten Enden der Schenkel ist jeweils ein Flansch 21
vorgesehen, welcher sich parallel zu der Basis erstreckt. Die Basis und die
Flansche 21 sind jeweils flächig ausgebildet und erstrecken sich rechtwinklig zu den beiden Schenkeln. Das Rückenlehnenblech 30 und der Lehnenrahmen 20 bestehen vorliegend aus Metall, insbesondere aus Stahl, und sind mittels mehrerer Laserschweißnähte 40 miteinander verbunden. In Fig. 2 sind zwei solche Laserschweißnähte 40 dargestellt, es sind jedoch in der Regel mehr als zwei Laserschweißnähte 40 vorhanden.
Bei der Fertigung der Rückenlehne 4 der Sitzstruktur 10 des Fahrzeugsitzes 1 werden unter anderem das Rückenlehnenblech 30 und der Lehnenrahmen 20 mittels Laserschweißens miteinander verbunden. Dazu werden das Rückenlehnenblech 30 und der Lehnenrahmen 20 relativ zueinander positioniert und in einer dafür vorgesehenen Vorrichtung
gegeneinander gepresst. Danach liegen die Flansche 21 , welche von den
Schenkeln des Profils des Lehnenrahmens 20 abstehen, flächig auf dem
Rückenlehnenblech 30 auf. Die besagten Flansche 21 und die Basis verlaufen somit parallel zu dem Rückenlehnenblech 30 und die Schenkel des Profils des Lehnenrahmens 20 verlaufen senkrecht zu dem Rückenlehnenblech 30.
Anschließend werden die Flansche 21 und das Rückenlehnenblech 30 mittels Laserschweißens miteinander verbunden, wobei die Energie eines Laserstrahls durch das Rückenlehnenblech 30 hindurch in die Flansche 21 des
Lehnenrahmens 20 eindringt. Dabei wird der Laserstrahl auf das
Rückenlehnenblech 30 gerichtet und erzeugt eine dort sichtbare
Laserschweißnaht 40. Nachdem mehrere Laserschweißnähte 40 auf dem
Rückenlehnenblech 30 erzeugt wurden ist das Rückenlehnenblech 30 mit dem Lehnenrahmen 20 mittels Laserschweißens verbunden. Zum Erzeugen einer solchen Laserschweißnaht 40 wird der Laserstrahl zunächst auf einen Anfangspunkt 42 gerichtet. Von dort wird der Laserstrahl über die Oberfläche des Rückenlehnenblechs 30 bis hin zu einem Endpunkt 44 geführt und erzeugt damit auf seinem Weg dorthin die Laserschweißnaht 40. Die
Laserschweißnaht 40 erstreckt sich also zwischen dem Anfangspunkt 42 und dem Endpunkt 44.
Der Laserstrahl bewegt sich beim Erzeugen der Laserschweißnaht 40 vorwiegend in eine Schweißrichtung S. Beginnend an dem Anfangspunkt 42 führt der Laserstrahl zunächst zusätzlich eine Pendelbewegung senkrecht zu der Schweißrichtung S aus. Somit entsteht in einem Anfangsbereich 46 der Laserschweißnaht 40, welcher sich beginnend an dem Anfangspunkt 42 entlang der Schweißrichtung S in Richtung auf den
Endpunkt 44 hin erstreckt, eine Pendelnaht.
Nach Durchlaufen des Anfangsbereichs 46 bewegt sich der Laserstrahl ausschließlich geradlinig in Schweißrichtung S und erzeugt somit in einem
Mittelbereich 50 eine gerade Naht. Nach Durchlaufen des Mittelbereichs 50 bewegt sich der Laserstrahl weiter in Schweißrichtung S und führt zusätzlich eine Pendelbewegung senkrecht zu der Schweißrichtung S aus. Somit entsteht in einem Endbereich 48 der
Laserschweißnaht 40, welcher sich entlang der Schweißrichtung S bis hin zu dem Endpunkt 44 hin erstreckt, eine weitere Pendelnaht.
Die Laserschweißnaht 40 umfasst somit einen Anfangsbereich 46, einen
Endbereich 48 und einen dazwischen liegenden Mittelbereich 50, wobei der
Mittelbereich 50 eine gerade Naht aufweist und der Anfangsbereich 46 sowie der Endbereich 48 je eine Pendelnaht. Der Anfangsbereich 46 und der Endbereich 48 werden auch als Pendelbereiche bezeichnet. Der Anfangspunkt 42 und der Endpunkt 44 der Laserschweißnaht 40 liegen dabei jeweils an dem dem
Mittelbereich 50 abgewandten Rand der Laserschweißnaht 40.
Vorliegend ändert sich die Amplitude der Pendelbewegung des Laserstrahls in dem Anfangsbereich 46 und in dem Endbereich 48. Es ist aber auch denkbar, dass die Amplitude der Pendelbewegung in dem Anfangsbereich 46 und/oder in dem Endbereich 48 konstant bleibt.
Beginnend an dem Anfangspunkt 42 hat die Amplitude der Pendelbewegung einen maximalen Wert und verkleinert sich entlang des Anfangsbereichs 46. An dem Übergang von dem Anfangsbereich 46 zu dem Mittelbereich 50 ist die
Amplitude der Pendelbewegung dann gleich null, die Pendelbewegung ist also beendet.
An dem Übergang von dem Mittelbereich 50 zu dem Endbereich 48 ist die
Amplitude der Pendelbewegung immer noch gleich null . Beginnend an dem
Übergang von dem Mittelbereich 50 zu dem Endbereich 48 beginnt die
Pendelbewegung wieder und die Amplitude der Pendelbewegung vergrößert sich dabei. Bei Erreichen des Endpunkts 44 hat die Amplitude der Pendelbewegung wieder einen maximalen Wert. Während der Pendelbewegung in dem Anfangsbereich 46 und in dem Endbereich 48 kreuzt der Laserstrahl mehrfach eine Schweißachse A. Die Schweißachse A ist
eine Gerade, welche in Richtung der Schweißrichtung S und mittig durch den Mittelbereich 50 verläuft.
Vorliegend liegen der Anfangspunkt 42 und auch der Endpunkt 44 auf der
Schweißachse A. Es ist aber auch denkbar, dass der Anfangspunkt 42 und/oder der Endpunkt 44 seitlich versetzt zu der Schweißachse A liegen.
Die in Fig. 3 dargestellte Laserschweißnaht 40 hat vorliegend eine lineare Länge von etwa 20 mm. Die lineare Länge der Laserschweißnaht 40 ist der Abstand zwischen dem Anfangspunkt 42 und dem Endpunkt 44. Die gestreckte Länge der Laserschweißnaht 40, welche dem von dem Laserstrahl zurück gelegten Weg entspricht, beträgt vorliegend etwa 25 mm.
Damit ergibt sich vorliegend ein Längenfaktor, welcher dem Verhältnis aus gestreckter Länge zu linearer Länge entspricht, von etwa 1 ,25. Die gestreckte Länge der Laserschweißnaht 40 ist somit um etwa 25% größer als die lineare Länge.
Die lineare Länge des Anfangsbereichs 46, welche dem Abstand zwischen dem Anfangspunkt 42 und dem Beginn des Mittelbereichs 50 entspricht, beträgt vorliegend etwa 3 mm. Auch die lineare Länge des Endbereichs 48, welche dem Abstand zwischen dem Endpunkt 44 und dem Ende des Mittelbereichs 50 entspricht, beträgt vorliegend etwa 3 mm. Die Länge des Mittelbereichs 50 beträgt vorliegend etwa 14 mm.
Auch andere Abmessungen der linearen Längen der Laserschweißnaht 40 sowie des Anfangsbereichs 46 und des Endbereichs 48 sind, ebenso wie andere
Abmessungen der getreckten Länge der Laserschweißnaht 40 sowie der Länge des Mittelbereichs 50, denkbar.
Die in der vorstehenden Beschreibung, den Ansprüchen und den Zeichnungen offenbarten Merkmale können sowohl einzeln als auch in Kombination für die
Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausgestaltungen von Bedeutung sein.
Bezugszeichenliste
Fahrzeugsitz
Sitzteil
Rückenlehne
Sitzstruktur
Schwenkachse
Kopfstütze
Lehneneinstellbeschlag
Lehnenrahmen
Flansch
Rückenlehnenblech
Laserschweißnaht
Anfangspunkt
Endpunkt
Anfangsbereich
Endbereich
Mittelbereich
Schweißachse
Schweißrichtung