WO1999037523A1 - Verfahren zum verbinden von fahrzeugteilen, und nach diesem verfahren verbundene fahrzeugteile - Google Patents

Verfahren zum verbinden von fahrzeugteilen, und nach diesem verfahren verbundene fahrzeugteile Download PDF

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WO1999037523A1
WO1999037523A1 PCT/EP1999/000455 EP9900455W WO9937523A1 WO 1999037523 A1 WO1999037523 A1 WO 1999037523A1 EP 9900455 W EP9900455 W EP 9900455W WO 9937523 A1 WO9937523 A1 WO 9937523A1
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parts
welded
vehicle parts
welding
weld
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PCT/EP1999/000455
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Inventor
Franz Trubert
Original Assignee
Magna Ihv Gesellschaft Für Innenhochdruckverfahren Mbh
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K10/00—Welding or cutting by means of a plasma
    • B23K10/02—Plasma welding
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K2101/00—Articles made by soldering, welding or cutting
    • B23K2101/18—Sheet panels

Definitions

  • the invention relates to a method for connecting vehicle parts, and vehicle parts connected according to this method.
  • IHV process The internal high pressure process (hereinafter referred to as IHV process) is known as such. It is described, for example, in: Industriean overviewer No. 20 from March 9, 1984, “Metallumformtechnik”, edition 1D / 91, page 15 ff., A. Ebbinghaus: "Precision workpieces in lightweight construction, produced by hydroforming” or material and operation 123 to 243: A. Ebbinghaus: "Economic construction with high-pressure formed precision workpieces" or "Material and operation 122, (1991), 11, (1989), pages 933 to 938. Full reference is made to these publications.
  • the IHV process delivers high-precision, cold-formed molded parts that have undergone strain hardening during the forming process and whose fiber course - as can be seen from a microscopic examination of cuts - essentially corresponds to the course of the outer contours of the molded part. As a result, these parts are very strong in relation to their strength and very light for their mechanical properties.
  • the resistance welding process is particularly unsuitable because of the electrodes guided on both sides of the parts to be connected for the flat connection of hollow bodies, long closed profiles or large solid parts with other parts, such as sheet metal, at least not with sufficiently reproducible process reliability because long distances between the Electrodes have to be overcome, very high currents are required and / or there are increased shunts.
  • the object is achieved according to the invention by a method for connecting vehicle parts, which consists in that a plasma beam is directed onto at least one side of the parts to be connected and thus locally welds the parts to be connected.
  • a plasma beam is directed onto at least one side of the parts to be connected and thus locally welds the parts to be connected.
  • the hot gas plasma can bridge paths
  • welding can also be carried out in poorly accessible places, for example at fillet welds 4 or between parts that do not lie perfectly on top of each other or that do not touch each other completely This is also extremely important for the automation of the process, such as when using welding robots in assembly lines.
  • the plasma welding process brings about 70% of the energy used to the focal spot, while laser welding is only about 10% of the energy used.
  • the method according to the invention is therefore - especially in the case of large quantities - energy-saving compared to the methods previously used for this purpose.
  • Plasma welding as such has been known for a long time and is used, for example, to weld the large-area contacting disks of rotors of large steam turbines, that is to say for very deep welds. It is practically not used in motor vehicle construction and for relatively thin-walled parts, since laser welding was preferred for smaller, precisely fitting parts because of its precision and low heat input. In vehicle construction, very large and therefore not so precisely fitting parts are to be connected continuously for reasons of strength and lightweight construction.
  • the plasma jet can also be used to connect two parts lying one above the other or to one another, the greater the wall thickness of the part, 5 on which the plasma beam strikes first, advantageous in a development of the invention, one
  • the opening thus forms a trough in which the weld creates a particularly beautiful transition to the part above. This can also significantly increase the welding speed and reduce energy consumption.
  • the opening or openings can be circular or elongated and are either made before the welding together, for example by punching, or they are formed directly before the plasma jet strikes, for example by a separating tool arranged thereon.
  • the invention also relates to welded vehicle parts in which at least one welding point is generated by a plasma welding method according to the invention.
  • vehicles are to be understood as aircraft, land vehicles and water vehicles and in particular those which have a lattice frame, such as boats, motor vehicles or single-track vehicles such as bicycles, in which hollow parts to be connected are used.
  • the welded vehicle parts can be hollow bodies, closed profiles or solid parts or sheets that are connected with hollow bodies, closed profiles, solid parts or with sheets, and can be at least partially made of steel, iron, aluminum, copper, magnesium and other light metals, titanium and their alloys or plastics. 6
  • Welded vehicle parts can be produced with a butt joint between parts. Especially in motor vehicle lattice frame constructions, individual bars of the lattice can therefore be simply butt welded. However, the method can also produce welding spots that are more firmly bonded than by conventional resistance spot welding, or by spot melting the top plate and melting the part underneath.
  • the welded vehicle parts can also have fillet welds, as is required, for example, when welding metal sheets (in particular body sheets), which should appear to be intact on the outside, to other parts (such as frame parts, beams or the like).
  • sheet (longitudinal seam) welding can be performed by extremely rapid melting of the upper sheet and melting of the part underneath.
  • hollow bodies, closed profiles or solid parts or sheets can be connected to one another and / or with sheets, it being particularly advantageous that they only have to be accessible on one side.
  • the invention particularly relates to the use of plasma welding for the connection of vehicle parts made of aluminum or aluminum alloy with iron or iron alloy or also of iron with iron, including steel or in each case also with aluminum-containing sheets. This is possible because of the high temperature of the plasma jet and the protective gas atmosphere formed by the plasma jet and the gas jacket surrounding it.
  • At least one hollow body can be a part produced by the IHV process, with these parts in particular recently being used more frequently for engine suspensions, frame constructions, truss constructions, room control arm constructions, other chassis parts (subframes) and lattice frame parts (top frame parts).
  • the welded 7 vehicle parts at least one weld seam a butt seam between the parts - but they can also be connected by weld points or a fillet weld, as is particularly advantageous for body panels welded onto beams.
  • Hollow bodies, closed profiles or solid parts are connected with metal sheets.
  • the parts can partially or completely melt in the heated area and / or a welding auxiliary material or solder can be melted.
  • the method according to the invention can offer - similar to the more complex laser welding - it is also suitable if sheets are to be welded without large weld seams.
  • the size of the focal spot in plasma welding can simply be determined by the nozzle diameter. Amperage or the like regulated and adjusted to the circumstances.
  • Fig. L a possible arrangement of the plasma torch on a combination of a hollow body with an overlying perforated plate for welding
  • Fig.2 Another possible arrangement of the plasma torch on a combination of
  • Fig. 4 a possible arrangement of a burner for producing a butt seam between two hollow parts (in longitudinal section); and Fig. 5: the joining of two sheets by a butt seam.
  • a hollow body 40 shown here schematically in cross section, is connected to an overlying perforated plate 30 without the hollow body 8 warped by the thermal treatment.
  • the flat sheet 30 is perforated with or without a neck or welding boss and placed on the hollow body 40 in the welding position and then the plasma torch 20 is brought into abutment in such a way that it is directed towards the opening 31.
  • the plasma jet 21 strikes the exposed part of the hollow body 40 and also detects the edge area of the opening 31 in the sheet metal 30.
  • both parts are quickly heated and welded only in the area to be connected. In this way, a spot of particularly high strength can be set.
  • pressure can optionally also be exerted on the parts 30, 40 to be connected.
  • solder, welding material or other additives can also be applied between the materials to be connected, and these materials can also be soldered, depending on the need and starting material and requirements for connection temperature and connection type.
  • FIG. 2 shows a further embodiment of the connection method according to the invention, in which the plasma jet is directed outside onto the metal sheet which remains unperforated, penetrates it and thus welds through to the part underneath.
  • the two parts can also be connected in this way.
  • FIG. 3 shows a further possible arrangement of a fillet weld 32 between a flat sheet 30 and a hollow part 40. Due to the fact that a fillet weld can be produced between the sheet and the hollow part, the surface of the sheet remains intact due to the low thermal load on the parts and it can be painted or coated in a correspondingly optically perfect manner. Appropriate materials are familiar to the person skilled in the art. As shown in FIG. 3a, a fillet seam 33 can also be used to weld an individual sheet 30 or a tab onto the hollow part 40.
  • a guide device can be provided which limits the heated gas plasma to a narrow area and thus supports a concentration of the plasma gas jet and the thermal energy conducted thereby.
  • FIG. Another possible arrangement is shown in FIG.
  • a hollow part 40 is to be connected to a further aligned hollow part 40 'by a butt seam 34.
  • These are two parts of an aluminum lattice frame.
  • the plasma torch is used here to produce the butt seam 34, which has such a high load-bearing capacity that the previously usual (and weight-increasing) connecting sleeve can be dispensed with.
  • FIG. 5 shows the use of plasma welding for connecting two flat sheets 30, 30 'by means of a butt seam 35 which lie in the same plane.
  • the sheets could also be brought into a spatial shape by pressing or pulling.
  • a hollow aluminum truss rod 40 with a wall thickness of 3.5 mm is through a pulsed protective gas plasma beam 21 with a pulse frequency of 20 KHz with a likewise hollow truss node part 40 'made of aluminum with a wall thickness of 4 mm butt welded.
  • the truss produced in this way is light and does not contain any double walls, which means that compared to trusses with knots on which rods are attached, 10 considerable weight savings is possible.
  • Plasma welding under protective gas makes it possible to weld easily oxidizing materials such as aluminum.
  • a body sheet metal made of steel with a thickness of 0 mm is 8 mm welded by a plasma beam pulsed at 40 KHz over a fillet weld 32.
  • the fillet weld can also be on a hard-to-reach place, here on the inside.
  • the sheet retains its undamaged smooth surface, which creates a flawless surface after painting.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verbinden von aneinanderliegenden Fahrzeugteilen und soll das Verbinden von Fahrzeugteilen (30, 40) auch an Stellen ermöglichen, die schlecht zugänglich sind bzw. nicht stark erhitzt werden sollen. Zu diesem Zweck wird ein Plasmastrahl (20) mindestens auf eine Seite der zu verbindenden Teile (30, 40) gerichtet und die zu verbindenden Teile werden örtlich verschweisst. Am darüberliegenden Teil (40) kann eine Öffnung (31) vorgesehen sein, wodurch ein Schweisspunkt entsteht.

Description

VERFAHREN ZUM VERBINDEN VON FAHRZEUGTEILEN, UND NACH DIESEM VERFAHREN VERBUNDENE FAHRZEUGTEILE
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verbinden von Fahrzeugteilen, und nach die- sem Verfahren verbundene Fahrzeugteile.
Das Verschweißen von Fahrzeugteilen, insbesondere von Metal keilen, die Hohlkörper, lange geschlossene Profile, gezogene Bleche und/oder große Massivteile sein können, war schon immer problematisch. Bisher wurden diese Teile mittels herkömmlicher thermischer Schweißverfahren (Widerstands- oder Punktschweissen), elektrisch oder aber auch mit Laser geschweißt. Die auftretenden Probleme treten vor allem durch die thermische Belastung auf und betreffen die Festigkeit der Schweißnaht und/oder die Maßhaltigkeit der verbundenen Teile, weil diese sich verziehen.
Besonders schwierig ist es mit herkömmlichen Verfahren, an schlecht zugänglichen Stellen zu schweissen. beispielsweise an Stellen, die nur von einer Seite zugänglich sind. Dabei scheidet Widerstands- oder Punktschweissen von vornherein aus, weil dort die Schweissung ja zwischen zwei die verbindenden Teile zusammenpressenden Elektroden erfolgt. Aber auch die Herstellung von Kehlnähten stellt erhebliche Probleme. Da die zu verbindenden Materialien durch die Erhitzung während des thermischen Schweißens in größerem Umfang Verformungen unterliegen, da relativ große Bereiche der zu verbindenden Materialien hoch erhitzt werden, werden dadurch später notwendige Formkriterien nicht mehr erfüllt. Das bedingt Ausschuß oder Nacharbeit.
Die klassischen themiischen Schweißverfahren, bei denen das zu verbindende Material herkömmlich mittels einer Schweißflamme oder elektrischen Stroms aufgeheizt wird, haben den Nachteil, daß die zum Verbinden benötigte Wärme nicht punktuell aufgebracht werden kann. Somit werden die zu verbindenden Teile stärker erhitzt, als für den reinen Verbindungsvorgang notwendig ist - die Teile verlieren teilweise ihre Maßhaltig- keit oder aber das Material erleidet eine nachteilige Gefugeumformung (beispielsweise bei durch Kaltverformung verfestigten Teilen, die aus Kalt-Umformverfahren wie dem Innenhochdruckumformverfahren hergestellt sind. In extremen Fällen verliert das zu verbindende vorgeformte Teil seine Fonn und einen Teil seiner Festigkeit. Beim Laserschweißen treten die mit großflächiger Erwärmung zusammenhängenden Probleme zwar nicht auf, es ist aber aufwendig, größere Energiemengen auf die zu schweißenden Teile aufzubringen und größere Schweißspalte zu überbrücken. Viele der Probleme, die durch das Auflieizen der Bauteile beim thermischen Schweißen entstehen, können durch Laserschweißen vermieden werden, weil ein sehr kleiner Brennfleck nur sehr kurz eine sehr kleine Fläche erhitzt. Dadurch kann Verzug weitgehend vermieden werden. Laserschweißen ist aber nachteilig, weil es im Verhältnis zur Schweißleistung sehr viel Energie verbraucht, weil es einen optisch freien Weg zur Schweißstelle für den Zutritt des Laserstrahls erfordert und weil die zu verbindenden Teile sehr genau aufeinander passen müssen; bereits Abstände von 1/10 mm sind aufgrund des kleinen Brenn- flecks des Lasers schwierig zu überbrücken. Ausserdem sollen im Fahrzeugbau neuerdings auch schlecht schweißbare, insbesondere schlecht laserschweißbare Werkstoffe wie Aluminium, Leichtmetalllegierungen oder Titan eingesetzt werden.
Ein besonderes Problem tritt bei der Verbindung von großen geformten Hohlteilen, wie sie insbesondere als Längsträger oder A, B- oder C-Säulen oder als Gitterrahmenteile oder als Achsteile von Automobilen eingesetzt werden, miteinander oder mit flächigen Blechteilen auf. Sie sind sehr große und daher nicht so paßgenaue Teile, die aus Gründen der Festigkeit bzw des Leichtbaues durchgehend verbunden werden. Derartige Hohlteile werden heute nach dem Innenhochdruckverfahren hergestellt, wodurch sie besonders leicht und fest sind.
Das Innenhochdruckverfahren (im Folgenden IHV-Verfahren genannt) als solches ist bekannt. Es ist beispielsweise beschrieben in: Industrieanzeiger Nr. 20 vom 9.3.1984, „Metallumformtechnik", Ausgabe 1D/91, Seite 15 ff., A. Ebbinghaus: „Präzisionswerkstücke in Leichtbauweise, hergestellt durch Innenhochdruckumformen" oder Werkstoff und Betrieb 123 bis 243: A. Ebbinghaus: „Wirtschaftliches Konstruieren mit innenhoch- druckumgeformten Präzisionswerkstücken" oder „Werkstoff und Betrieb 122, (1991), 11, (1989), Seite 933 bis 938. Auf diese Veröffentlichungen wird in vollem Umfang Bezug genommen. 3 Das IHV- Verfahren liefert hochpräzise, kaltgeformte Formteile, die während des Um- formens eine Kaltverfestigung erfahren haben und deren Faserverlauf - wie sich bei mikroskopischer Betrachtung von Schliffen feststellen läßt - im wesentlichen dem Verlauf der Außenkonturen des geformten Teils entspricht. Dadurch sind diese Teile im Verhält- nis zu ihrer Stärke sehr fest bzw. für ihre mechanischen Eigenschaften sehr leicht.
Das Widerstandsschweißverfahren ist wegen der beiderseits der zu verbindenden Teile geführten Elektroden zum flächigen Verbinden von Hohlkörpern, langen geschlossenen Profilen oder großen Massivteilen mit anderen Teilen, wie beispielsweise Blechen, be- sonders ungeeignet, zumindest nicht mit ausreichend reproduzierbarer Verfahrenssicherheit einsetzbar, weil große Wegstrecken zwischen den Elektroden zu überwinden sind, sehr hohe Stromstärken benötigt werden und/oder verstärkt Nebenschlüsse auftreten.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, einVerfahren zur Verbindung von Fahrzeugteilen vorzuschlagen, die nicht stark erhitzt werden sollen und deren Verbindungszone schlecht zugänglich ist.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren zum Verbinden von Fahrzeugteilen gelöst, das darin besteht, daß ein Plasmastrahl mindestens auf eine Seite der zu verbindenden Teile gerichtet wird und so die zu verbindenden Teile örtlich verschweißt. Überraschenderweise konnte gefunden werden, daß Plasmaschweißen so eingesetzt werden kann, daß nur einseitige Zugänglichkeit der Schweißstelle erforderlich ist. Besonders vorteilhaft ist, daß erfindungsgemäß nun auch Hohlkörper, geschlossene Profile oder Massivteile miteinander oder Bleche mit Hohlkörpern, geschlossenen Profilen oder Massivteilen oder Blechen verbunden werden können. Um eine Blech mit einem dahinter liegenden Hohlkörper zu verbinden, braucht also nur der Plasmabrenner von aussen gegen das Blech gerichtet zu werden. Zur Verbindung zweier fluchtender einseitig offener Hohlkörper durch eine Stumpfnaht braucht der Plasmabrenner nur einmal aussen um die Stoßverbindung herum bewegt zu werden.
Dabei kann aufgrund der Tatsache, daß das heiße Gasplasma Wege überbrücken kann, auch an schlecht zugänglichen Stellen geschweißt werden, beispielsweise an Kehlnähten 4 oder zwischen Teilen, die nicht völlig paßgenau aufeinanderliegen oder die einander nicht ganz berühren. Das ist auch für die Automatisierung des Verfahrens, wie beim Einsatz von Schweißrobotern in Montagestraßen, außerordentlich wichtig. Dabei erweist es sich als ein weiterer Vorteil , daß das Plasmaschweißverfahren die eingesetzte Energie zu ca. 70 % auf den Brennfleck bringt, während das Laserschweißen nur etwa 10 % der eingesetzten Energie sind. Das erfindungsgemäße Verfahren ist daher - insbesondere bei großen Stückzahlen - energiesparend gegenüber den bisher für diesen Zweck eingesetzten Verfahren.
Plasmaschweissen als solches ist zwar schon lange bekannt und wird beispielsweise zum Verschweissen der einander großflächig berührenden Scheiben von Läufern großer Dampfturbinen, also für sehr tiefe Schweißnähte, eingesetzt. Im Kraftfahrzeugbau und für relativ dünnwandige Teile wird es praktisch nicht eingesetzt, da das Laserschw eissen wegen seiner Präzision und wegen seines geringen Wärmeeintrages für kleinere passge- naue Teile vorgezogen wurde. Im Fahrzeugbau sollen neuerdings auch sehr große und daher nicht so paßgenaue Teile aus Gründen der Festigkeit bzw des Leichtbaues durchgehend verbunden werden.
Man hat mit großer Überraschung festgestellt, daß diese Anforderungen durch Einsatz des Plasmaschweissens zu erfüllen sind und daß damit eine ausgezeichnete Schweißnaht hergestellt werden kann, die wider Erwarten ein extrem feines Gefüge zeigt. Die Festigkeit einer optimal hergestellten Plasmaschweißnaht ist so groß, daß bei Zugversuchen der Bruch in der Umgebung der Schweißnaht erfolgte, nicht in der Schweißnaht selbst. Diese hohe Festigkeit ist bei den wechselnden Belastungen und dem geringen Gewicht eines Fahrzeugkörpers von besonderer Bedeutung. Man hat auch nicht erwartet, daß so noch Spalte von 7/10 Millimeter und mehr noch überbrückbar sind und daß es bei bestimmten Konstellationen sogar genügt, den Plasmastrahl nur auf einen der zu verbindenden Teile zu richten. Der Plasmastrahl bewirkt so eine Verbindung mit dem dahinter liegenden zweiten Teil.
Wenn auch das Verbinden zweier übereinanderliegender bzw aneinander Teile durch den Plasmastrahl von einer Seite erfolgen kann, so ist es bei größerer Wandstärke des Teiles, 5 auf den der Plasmastrahl zuerst auftrifft, in Weiterbildung der Erfindung vorteilhaft, eine
Öffnung vorzusehen, durch die der Plasmastrahl auch auf den dahinterliegenden Teil auftrifft. Die Öffnung bildet so eine Mulde, in der die Schweiße einen besonders schönen Übergang zum darüberliegenden Teil herstellt. Dadurch kann auch die Schweißgeschwin- digkeit erheblich erhöht und der Energieverbrauch verringert werden. Die Öffnung bzw Öffnungen können kreisförmig oder länglich sein und werden entweder vor dem Zusam- menschweissen hergestellt, etwa durch Stanzen, oder sie werden direkt vor dem Auftreffen des Plasmastrahls gebildet beispielsweise durch ein an diesem angeordnetes Trennwerkzeug.
Die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens treten bei dessen Anwendung auf nach dem IHV-Verfahren hergestellte Hohlkörper besonders stark zutage; sie machen den Einsatz derartiger Hohlkörper für Fahrzeugteile möglich, bei denen sie bisher nicht eingesetzt werden konnten, für die sie aber auf Grund der Festigkeitsanforderungen besonders dringend gebraucht wurden. Nach dem IHV-Verfahren hergestellte Teile sind besonders steif, weil sie rundum geschlossen sind, haben eine besonders gleichmäßige und feine Textur, die durch eine nach dem erfindungsgemäßen Verfahren ausgeführte Schweißung nicht gestört wird.
Die Erfindung betrifft auch verschweißte Fahrzeugteile, bei denen mindestens eine Schweißstelle durch ein erfindungsgemäßes Plasmaschweiß-Verfahren erzeugt ist. Dabei sind unter Fahrzeugen Luft-, Land- und Wasserfahrzeuge zu verstehen und insbesondere solche, die einen Gitterrahmen aufweisen, wie Boote, Kraftfahrzeuge oder Einspurfahrzeuge wie Fahrräder, bei denen zu verbindende Hohlteile eingesetzt werden.
Die verschweißten Fahrzeug-Teile können Hohlkörper, geschlossene Profile oder Massivteile oder Bleche, die mit Hohlkörpern, geschlossenen Profilen, Massivteilen oder mit Blechen verbunden sind, sein und können mindestens teilweise aus Stahl, Eisen, Aluminium, Kupfer, Magnesium und anderen Leichtmetallen, Titan und ihren Legierungen oder Kunststoff bestehen. 6 Dabei können verschweißte Fahrzeugteile hergestellt werden, die eine Stumpfhaht zwischen Teilen aufweisen. Speziell bei Kraftfahrzeuggitterrahmenkonstruktionen können daher einzelne Stäbe des Gitters einfach stoßgeschweißt werden. Das Verfahren kann aber auch Schweißpunkte herstellen, die eine festere Verbindung als durch konventionel- les Widerstandspunktschweissen hergestellt sind, oder durch punktförmiges Durchschmelzen des Oberblechs und Aufschmelzen des darunterliegenden Teils. Die ver- schweissten Fahrzeugteile können auch Kehlnähte aufweisen, wie dies beispielsweise beim Aufschweißen von Blechen (insbesondere Karosserieblechen), die äußerlich unversehrt erscheinen sollen, auf andere Teile (wie Rahmenteile, Träger od.dgl.) benötigt wird.
Darüber hinaus kann durch äußerst schnelles Durchschmelzen des oberen Blechs und Aufschmelzen des darunterliegenden Teils Bahn- (Längsnaht)-Schweißen von Blechen durchgeführt werden. Es können hier insbesondere Hohlkörper, geschlossene Profile oder Massivteile oder Bleche untereinander und/oder mit Blechen verbunden werden, wobei es besonders günstig ist, daß diese nur einseitig zugänglich sein müssen.
Die Erfindung betrifft insbesondere auch die Verwendung des Plasmaschweißens für die Verbindung von Fahrzeugteilen aus Aluminium oder Aluminiumlegierung mit Eisen oder Eisenlegierung oder auch von Eisen mit Eisen, eingeschlossen Stahl oder jeweils auch mit aluminiumhaltigen Blechen. Das ist wegen der hohen Temperatur des Plasmastrahles und der vom Plasmastrahl und den ihn umgebenden Gasmantel gebildeten Schutzgasatmosphäre möglich.
Dabei kann beispielsweise mindestens ein Hohlkörper ein mittels des IHV-Verfahrens hergestelltes Teil sein, wobei gerade diese Teile in letzter Zeit häufiger für Motoraufhängungen, Rahmenkonstruktionen, Fachwerkkonstuktionen Raumlenkerachskonstruktio- nen, andere Fahrwerksteile (Unterrahmen) und Gitterrahmenteile (Oberrahmenteile) eingesetzt werden.
Bisher war es problematisch, an den aufgrund der Form sehr verwindungssteifen Hohl- profilen andere Teile, wie Bleche oder Vollprofile, anzuschließen - erfindungsgemäß ist diese spezielle Problematik dadurch gelöst. Typischerweise ist bei den verschweißten 7 Fahrzeugteilen mindestens eine Schweißnaht eine Stumpfnaht zwischen den Teilen - sie können aber auch durch Schweißpunkte verbunden sein oder eine Kehlnaht, wie sie insbesondere bei auf Trägern aufgeschweißten Karosserieblechen günstig ist. Dabei werden Hohlkörper, geschlossene Profile oder Massivteile mit Blechen verbunden.
Dabei können die Teile im aufgeheizten Bereich teilweise oder vollständig schmelzen und/oder ein Schweißhilfsmaterial oder Lot zum Schmelzen gebracht werden.
Aufgrund der extrem kleinen Brennflecke, die das erfindungsgemäße Verfahren - ähnlich dem aufwendigeren Laserschweißen - bieten kann, ist es aber auch geeignet, wenn Bleche ohne große Schweißnähte verschweißt werden sollen. Im Gegensatz zum Laserschweißen kann die Größe des Brennflecks beim Plasmaschweissen aber einfach durch Düsendurchmesser. Stromstärke oder dergleichen geregelt und den Gegebenheiten angepaßt werden.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Abbildungen, die vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung zeigen, auf die diese aber keineswegs beschränkt ist, beschrieben und erläutert. Es stellen dar:
Fig. l : eine mögliche Anordnung des Plasmabrenners auf eine Kombination eines Hohl körpers mit einem darüberliegenden gelochten Blech zum Verschweißen; Fig.2: eine weitere mögliche Anordnung des Plasmabrenners auf eine Kombination eines
Hohlkörpers mit darüberliegendem ungelochtem Blech zum Aufschweißen; Fig.3 und 3a: weitere mögliche Anordnungen des Plasmabrenners zum Verbinden eines Hohlteils mit einem Blech durch eine Kehlnaht;
Fig.4: eine mögliche Anordnung eines Brenners zum Herstellen einer Stumpfnaht zwischen zwei Hohlteilen (im Längsschnitt); und Fig.5: das Verbinden von zwei Blechen durch eine Stumpfnaht.
Wie in Fig.l dargestellt, wird erfindungsgemäß durch Plasmaschweißen mittels eines Plasmabrenners 20 ein hier im Querschnitt schematisch dargestellter Hohlkörper 40 mit einem darüberliegenden gelochten Blech 30 verbunden, ohne daß sich der Hohlkörper 8 durch die thermische Behandlung verzieht. Hierbei wird das flächige Blech 30 mit oder ohne Aushalsung oder Schweißbuckel gelocht und an den Hohlkörper 40 in Schweißposition angelegt und sodann der Plasmabrenner 20 so in Anschlag gebracht, daß er auf die Öffnung 31 gerichtet ist. Durch das Loch trifft der Plasmastrahl 21 auf den freigelegten Teil des Hohlkörpers 40 auf und erfasst auch den Randbereich der Öffnung 31 im Blech 30. Dadurch werden beide Teile nur im zu verbindenden Bereich schnell aufgeheizt und verschweißt. So kann ein Schweißpunkt besonders hoher Festigkeit gelegt werden. Hierbei kann zur Unterstützung des Schweißvorgangs gegebenenfalls auch Druck auf die zu verbindenden Teile 30,40 ausgeübt werden.
Es versteht sich von selbst, daß zwischen die zu verbindenden Materialien auch ein Lot, Schweißmaterial oder andere Zusätze aufgebracht werden können und diese Materialien, je nach Bedarf und Ausgangsmaterial und Anforderungen an Verbindungstemperatur und Verbindungsart, auch verlötet werden können.
In Fig.2 ist eine weitere Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verbindungsverfahrens gezeigt, bei der der Plasmastrahl außen auf das Blech, das ungelocht bleibt, gerichtet wird, in dieses eindringt und so bis auf den darunter liegenden Teil durchschweißt. Auch auf diese Art können die beiden Teile miteinander verbunden werden.
Dabei hat es sich besonders bewährt, mit einem sehr kurz (im Millisekundenbereich) gepulsten Plasmastrahl besonders hoher Energiedichte, Temperatur und Strahlaustrittsgeschwindigkeit zu arbeiten. Bei einem solchen ist der Plasmastrahl sehr scharf gebündelt und hat eine relativ dünne Randzone abfallender Temperatur, dadurch entstehen sehr schöne Schweißnähte ohne Einbrennzonen.
Hier sei beispielsweise das Plasmaschweißgerät der INOCON TECHNOLOGIE GesmbH erwähnt, bei dem die erwünschten Eigenschaften des Plasmastrahles dadurch erzeugt werden, daß der eingesetzte gepulste Lichtbogen-Überstrom durch Kondensatorentladun- gen kurzzeitig erheblich gesteigert werden kann. 9 In Fig. 3 ist eine weitere mögliche Anordnung einer Kehlnaht 32 zwischen einem flächigen Blech 30 und einem Hohlteil 40 gezeigt. Dadurch, daß hier eine Kehlnaht zwischen Blech und Hohlteil hergestellt werden kann, bleibt aufgrund der geringen thermischen Belastung der Teile die Oberfläche des Bleches unversehrt und es kann entsprechend optisch einwandfrei beispielsweise lackiert oder anders beschichtet werden. Entsprechende Materialien sind dem Fachmann geläufig. Wie in Fig.3a gezeigt, kann mittels einer Kehlnaht 33 auch ein einzelnes Blech 30 oder eine Lasche auf den Hohlteil 40 aufgeschweißt werden.
Zur besseren Konzentration des Gasplasmas kann eine Leiteinrichtung vorgesehen sein, die das erhitzte Gasplasma auf einen schmalen Bereich eingrenzt und so eine Konzentration des Plasma-Gasstrahls und der dadurch geleiteten Wärmeenergie unterstützt.
In Fig.4 ist eine weitere mögliche Anordnung gezeigt. Hierbei soll ein Hohlteil 40 mit einem weiteren fluchtenden Hohlteil 40' durch eine Stumpfnaht 34 verbunden werden. Hier handelt es sich um zwei Teile eines Gitterrahmens aus Aluminium. Der Plasmabrenner wird hier zur Herstellung der Stumpfnaht 34 eingesetzt, die eine so hohe Belastbarkeit aufweist, daß auf die bisher übliche (und das Gewicht erhöhende) Verbindungsmuffe verzichtet werden kann.
In Fig.5 ist der Einsatz des Plasmaschweißens zum Verbinden von zwei ebenen Blechen 30, 30' mittels einer Stoßnaht 35 gezeigt, die in derselben Ebene liegen. Die Bleche könnten auch bereits durch Pressen bzw Ziehen in eine Raumform gebracht sein.
Beispiel 1 : (Fig.4)
Herstellung eines Fachwerks für einen Kraftfahrzeugoberbau: Ein hohler Aluminium- Fachwerkstab 40 mit einer Wandstärke von 3,5 mm wird durch einen gepulsten Schutzgas-Plasmastrahl 21 mit einer Pulsfrequenz von 20 KHz mit einem ebenfalls hohlen Fachwerksknotenteil 40' aus Aluminium mit einer Wandstärke von 4 mm stumpf verschweißt. Das so hergestellte Fachwerk ist leicht und enthält keine doppelten Wände, wodurch gegenüber Fachwerken mit Knoten, auf die Stäbe aufgesteckt werden, eine er- 10 hebliche Gewichtsersparnis möglich ist. Das Plasmaschweißen unter Schutzgas ermöglicht es, leicht oxidierende Materialien wie Aluminium zu schweißen.
Beispiels 2: (Fig.3)
Herstellung eines auf eine B-Säule eines Kraftfahrzeuges aufgeschweißten Bleches: Auf eine im IHV-Verfahren gefoπnte hohle B-Säule eines Kraftfahrzeugs (sie könnte sogar aus Aluminium sein) mit einer Wandstärke von 2 mm wird ein Karosserieblech aus Stahl mit einer Stärke von 0,8 mm durch einen mit 40 KHz gepulsten Plasmastrahl über eine Kehlnaht 32 aufgeschweißt. Die Kehlnaht kann auch an einer schwer zugänglichen Stelle, hier an der Innenseite liegen. Das Blech behält seine unversehrte glatte Oberfläche, wodurch nach dem Lackieren eine einwandfreie Oberfläche entsteht.
Weitere Ausgestaltungen und Weiterentwicklungen sind im Rahmen der Erfindung mög- lieh und der Schutzumfang ist keineswegs auf die hier beispielhaft aufgeführten Ausführungsformen begrenzt, die lediglich zur Erläuterung dienen sollen.

Claims

1 1P a t e n t a n s p r ü c h e
1. Verfahren zum Fügen von aneinanderliegenden Fahrzeugteilen, dadurch gekennzeichnet, daß ein Plasmastrahl (21) mindestens auf eine Seite der zu verbindenden Teile (30,40; 40,40'; 30,30') gerichtet wird und so die zu verbindenden Teile örtlich verschweißt werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in mindestens einem der zu verbindenden Teile eine Öffnung (31) zum Durchtritt des Plasmastrahls (20) vorgesehen ist.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnung (31) vor dem Aufbringen des Plasmastrahl gebildet wird.
4. Verfahren nach einem der vorgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Hohlkörper (40), geschlossene Profile (40'), Massivteile oder Bleche (30,30') untereinander und oder mit Hohlkörpern, geschlossenen Profilen oder Massivteilen oder Blechen verbunden werden.
5. Verfahren nach einem der vorgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlkörper (40) mittels des IHV-Verfahrens hergestellt ist.
6. Verschweißte Fahrzeugteile, dadurch gekennzeichnet, daß die Schweißung durch ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1-5 hergestellt ist. 12
7. Verschweißte Fahrzeugteile nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus einem Hohlkörper (40), einem geschlossenen Profil (40'), einem Massivteil oder ein Blech bestehen , die mit einem Hohlkörper, einem geschlossenen Profil, einem Massivteil oder einem Blech verbunden sind.
8. Verschweißte Fahrzeugteile nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die verschweißten Teile (30,40,30',40') mindestens teilweise aus Stahl, Eisen, Aluminium, Kupfer, Magnesium, Leichtmetall, Titan und ihren Legierungen oder Kunststoff bestehen.
9. Verschweißte Fahrzeugteile nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlkörper (40) ein mittels des IHV-Verfahrens hergestellter Teil ist.
10. Verschweißte Fahrzeugteile nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß min- destens eine Schweißnaht eine Stoßnaht (35), eine Stumpfnaht (34) oder eine Kehlnaht
(32) zwischen den Teilen (30,40,30',40') ist.
11. Verschweißte Fahrzeugteile nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß sie mindestens teilweise durch Schweißpunkte (31 ) verbunden sind.
12. Verschweißte Fahrzeugteile nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Teile (40) Fahrzeug-Rahmenteile oder Teile von Gitterrahmen sind.
13. Verschweißte Fahrzeugteile nach einem der Ansprüche 11-18, dadurch gekenn- zeichnet, daß flächige Bleche (30) wie Bodenbleche, Karosseriebleche, mit Oberrahmenteilen (40), wie der A-,B- oder C-Säule oder Gitterrahmen oder Unterrahmenteilen, wie Längsträgern, verbunden sind.
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