WO2008006361A1 - Einsatzelement für einen hohlkörper und verfahren zum einfügen des einsatzelementes in den hohlkörper - Google Patents

Einsatzelement für einen hohlkörper und verfahren zum einfügen des einsatzelementes in den hohlkörper Download PDF

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    • Y10T428/249953—Composite having voids in a component [e.g., porous, cellular, etc.]

Definitions

  • Insert element for a hollow body and method for inserting the insert element in the hollow body
  • the invention relates to an insert element for a hollow body and a method for inserting the insert element in the hollow body according to the preambles of claims 1 and 6.
  • Such insert elements and hollow bodies are already known from DE 19858903 Al and DE 10121377 Al.
  • Vehicle bodies should both have sufficient rigidity for safety reasons and be as light as possible for economic reasons.
  • foaming of body cavities has already been proposed; see. e.g. DE 19858903 Al and DE 10121377 Al.
  • a carrier is provided with a foamable material, introduced into the cavity and fixed. Then the body is painted and heated to dry the paint. The heating also causes foaming and curing of the foamable material. This results in an intimate connection between the hollow body, foam and carrier, resulting in the desired stiffening of the hollow body.
  • a further field of application of foams in body cavities is the sound insulation, wherein the foam effectively reduces the sound propagation in the cavities.
  • the introduction of the foamable material is usually laborious and costly because a simple position fixing (as above pre ⁇ beat) is often not or is not sufficiently reliable possible. Therefore, the insert elements (or directly the foamable material), for example, with clips or other fasteners, such as spot welding must first be fixed before the foaming can take place. This is associated with high, especially manual effort. Such a fastening step should therefore be made simpler by means of specially designed insert elements and a method adapted to their introduction into the cavities.
  • the insert element to be created for a hollow body, in particular for a hollow body of a vehicle body, which comprises a carrier and a foamable mass connected thereto, according to the invention, that the carrier has at least one designed for a designated connection with the hollow body conductive contact surface which is designed such that it is conductively connectable and separable even when using the insert element in the hollow body with a power source.
  • the object is with respect to the method to be created for inserting an insert element into a conductive Hollow body, in particular a hollow body of a vehicle body, which comprises a carrier and an associated foamable mass, according to the invention by at least the following steps:
  • Such a method according to the invention in interaction with the insert element according to the invention, permits an automated introduction of the foamable mass into the body cavities, e.g. by robot-guided gripper. This eliminates the otherwise necessary manually consuming and stability affecting insertion of mounting holes for clips or spatially limited possible and also more expensive spot welding.
  • the method can be configured by generating a magnetic field formed transversely to the arc during the welding and transversely to the extent of the contact surface, which magnetic field forms the arc on the basis of FIG He exerts Lorentz force along the contact surface.
  • An advantageous embodiment of the insert element is given if the contour of the contact surface is formed at least on one side such that it tapers to the contour of the hollow body at an obtuse angle.
  • a further advantageous embodiment of the insert element is given when the carrier consists essentially of plastic.
  • the still existing and accessible conductive, preferably metallic contact surface allows the advantageous use of the method for connecting the insert element according to the invention to the hollow body.
  • the foamable mass in the foamed state has a sound-damping effect.
  • Suitable PU or epoxy based materials with chemical or physical frothing blowing agents are commercially available.
  • the exemplary insert element comprises a plastic disc 2 as a carrier, whose cross section is modeled on the reduced internal cross section of the procurCumenden body cavity.
  • Foamable material 3 based on epoxy is applied along the edge of the pane.
  • a metallic insert 1 is applied, which has an elongated conductive contact surface to the inner wall of the conductive body cavity.
  • the metallic insert 1 protrudes on one side over the cross section of the plastic disc 2, so that contact with the inner wall is possible.
  • This insert element is grasped by a ram-guided gripper within a bodyshell for bodies in such a way that a flow of current from the gripper to the metallic insert 1 can take place. Then, the insert member is inserted by means of the gripper in the body cavity and positioned at the desired position. Subsequently, a bias current between the insert element and the hollow body is applied via the gripper and then the insert element and the hollow body are separated to form an arc between the contact surface and the inner wall of the hollow body. Now, a welding current is switched on, whereby the contact surfaces of the metallic insert 1 and the inner wall of the hollow body aufwei or at least.
  • insert element and hollow body are brought together again by means of the gripper, wherein both melts connect with each other and hardened connected.
  • melts connect with each other and hardened connected.
  • the method according to the invention and the insert element according to the invention prove to be particularly suitable for use in the automobile industry, in particular for sound insulation and stiffening of hollow bodies.

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Abstract

Einsatzelement, welches einen Träger sowie eine damit verbundene aufschäumbare Masse umfasst, und Verfahren zum Einfügen dieses Einsatzelementes in einen leitfähigen Hohlkörper, aufweisend folgende Schritte: - Einführen des Einsatzelementes in den Hohlkörper - Positionieren des Einsatzelementes in dem Hohlkörper, wobei Kontakt zwischen der Kontaktfläche des Einsatzelementes und der Innenwand des Hohlkörpers hergestellt wird, - Anlegen eines Vorstroms zwischen Einsatzelement und Hohlkörper, - Trennen von Einsatzelement und Hohlkörper unter Ausbildung eines Lichtbogens zwischen Kontaktfläche und Innenwand des Hohlkörpers, - Zuschalten eines Schweißstroms zur Ausbildung mindestens einer Schmelze auf mindestens einer Seite des Lichtbogens, - Zusammenführen von Einsatzelement und Hohlkörper - Verbindung von Einsatzelement und Hohlkörper über die mindestens einseitige Schmelze.

Description

Einsatzelement für einen Hohlkörper und Verfahren zum Einfügen des Einsatzelementes in den Hohlkörper
Die Erfindung betrifft ein Einsatzelement für einen Hohlkörper und ein Verfahren zum Einfügen des Einsatzelementes in den Hohlkörper nach den Oberbegriffen der Patentansprüche 1 und 6. Derartige Einsatzelemente und Hohlkörper sind bereits aus der DE 19858903 Al und DE 10121377 Al bekannt.
Fahrzeugkarosserien sollen sowohl aus Sicherheitsgründen eine ausreichende Steifigkeit aufweisen als auch aus Wirtschaftlichkeitsgründen möglichst leicht sein. Um beiden Anforderungen gerecht zu werden, wurden bereits Ausschäumungen von Karosseriehohlräumen vorgeschlagen; vgl. z.B. DE 19858903 Al und DE 10121377 Al. Dazu wird ein Träger mit einem aufschäumbaren Material versehenen, in den Hohlraum eingebracht und fixiert. Danach wird die Karosserie lackiert und zum Trocknen des Lacks beheizt. Die Beheizung bewirkt ebenfalls ein Aufschäumen und Härten des aufschäumbaren Materials. Dadurch ergibt sich eine innige Verbindung zwischen Hohlkörper, Schaum und Träger, woraus die gewünschte Versteifung des Hohlkörpers resultiert.
Ein weiteres Anwendungsfeld von Ausschäumungen in Karosseriehohlräumen ist die Schalldämmung, wobei der Schaum die Schallausbreitung in den Hohlräumen effektiv reduziert. In beiden Anwendungsfeidern ist die Einbringung des aufschäumbaren Materials meist arbeits- und damit kostenintensiv, da eine einfache Lagefixierung (wie oben vorge¬ schlagen) häufig gar nicht oder nicht ausreichend zuverlässig möglich ist. Deshalb müssen die Einsatzelemente (oder auch direkt das aufschäumbare Material) z.B. mit Klipsen oder anderen Befestigungsmitteln, z.B. Punktschweißen zunächst fixiert werden, bevor das Aufschäumen erfolgen kann. Dies ist mit hohem, insbesondere manuellem Aufwand verbunden. Ein derartiger Befestigungsschritt soll daher mittels besonders gestalteter Einsatzelemente und einem diesen angepassten Verfahren zu deren Einbringung in die Hohlräume einfacher gestaltet werden.
Die Erfindung ist in Bezug auf das zu schaffende Einsatzelement und das zu schaffende Verfahren durch die Merkmale der Patentansprüche 1 und 6 wiedergegeben. Die weiteren Ansprüche enthalten vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Einsatzelementes und des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Die Aufgabe wird bezüglich des zu schaffenden Einsatzelementes für einen Hohlkörper, insbesondere für einen Hohlkörper einer Fahrzeugkarosserie, welches einen Träger sowie eine damit verbundene aufschäumbare Masse umfasst, erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der Träger mindestens eine für eine vorgesehene Verbindung mit dem Hohlkörper ausgestaltete leitfähige Kontaktfläche aufweist, welche derart ausgestaltet ist, dass sie auch bei Einsatz des Einsatzelementes in den Hohlkörper mit einer Stromquelle leitfähig verbindbar und trennbar ist.
Die Aufgabe wird bezüglich des zu schaffenden Verfahren zum Einfügen eines Einsatzelementes in einen leitfähigen Hohlkörper, insbesondere einen Hohlkörper einer Fahrzeugkarosserie, welches einen Träger sowie eine damit verbundene aufschäumbare Masse umfasst, erfindungsgemäß durch zumindest folgende Schritte gelöst:
• Einführen des Einsatzelementes in den Hohlkörper
• Positionieren des Einsatzelementes in dem Hohlkörper, wobei Kontakt zwischen der Kontaktfläche des Einsatzelementes und der Innenwand des Hohlkörpers hergestellt wird,
• Anlegen eines Vorstroms zwischen Einsatzelement und Hohlkörper,
• Trennen von Einsatzelement und Hohlkörper unter Ausbildung eines Lichtbogens zwischen Kontaktfläche und Innenwand des Hohlkörpers,
• Zuschalten eines Schweißstroms zur Ausbildung mindestens einer Schmelze auf mindestens einer Seite des Lichtbogens,
• Zusammenführen von Einsatzelement und Hohlkörper
• Verbindung von Einsatzelement und Hohlkörper über die mindestens einseitige Schmelze.
Ein derartiges erfindungsgemäßes Verfahren erlaubt im Zusammenspiel mit dem erfindungsgemäßen Einsatzelement eine automatisierte Einbringung der aufschäumbaren Masse in die Karosseriehohlräume z.B. mittels robotergeführter Greifer. Dadurch entfällt die ansonsten notwendige manuell aufwendige und die Stabilität beeinträchtigende Einbringung von Befestigungslöchern für Clipse oder die räumlich nur eingeschränkt mögliche und ebenfalls aufwendigere Punktschweißung .
Besonders vorteilhaft kann das Verfahren ausgestaltet werden durch die Erzeugung eines während des Schweißens quer zum Lichtbogen und quer zur Erstreckung der Kontaktfläche ausgebildeten Magnetfeldes, welches den Lichtbogen aufgrund der von ihm ausgeübten Lorentz-Kraft entlang der Kontaktfläche führt.
Ohne dieses Magnetfeld wird für eine ausreichende Schweißverbindung ein vergleichsweise breiter Lichtbogen benötigt, dessen Ausbildung hohe Stromstärken in der Größenordnung von 2000 Ampere benötigt. Mit dem Magnetfeld kann ein wesentlich schmalerer Lichtbogen entlang der Kontaktfläche geführt werden, wofür wesentlich geringere Stromstärken von wenigen 100 A benötigt werden. Somit erlaubt das Magnetfeld eine wesentliche Energieeinspaarung.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung des Einsatzelementes ist gegeben, wenn die Kontur der Kontaktfläche zumindest einseitig derart ausgebildet ist, dass sie auf die Kontur des Hohlkörpers stumpfwinklig zuläuft.
Dies erleichtert die Zündung des Lichtbogens .
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung des Einsatzelementes ist gegeben, wenn der Träger im Wesentlichen aus Kunststoff besteht .
Dies trägt insbesondere den Leichtbauanforderungen Rechnung. Hingegen erlaubt die nach wie vor vorhandene und zugängliche leitfähige, vorzugsweise metallische Kontaktfläche den vorteilhaften Einsatz des Verfahrens zur Verbindung des erfindungsgemäßen Einsatzelementes mit dem Hohlkörper.
Um den akustischen Anforderungen zu genügen, ist es vorteilhaft, wenn die aufschäumbare Masse im aufgeschäumten Zustand schalldämpfend wirkt. Geeignete Materialien auf PU oder Epoxy-Basis mit chemischen oder physikalischen Treibmitteln zum Aufschäumen sind kommerziell verfügbar. Nachfolgend werden anhand eines Ausführungsbeispiels und der Figur das erfindungsgemäße Verfahren und das erfindungsgemäße Einsatzelement näher erläutert:
Das beispielhafte Einsatzelement umfasst eine Kunststoffscheibe 2 als Träger, deren Querschnitt dem verkleinerten Innenquerschnitt des auszuschäumenden Karosseriehohlraums nachgebildet ist. Entlang des Scheibenrandes ist aufschäumbares Material 3 auf Epoxy-Basis aufgebracht. Auf einer Seite der Kunststoffscheibe 2 ist ein metallischer Einsatz 1 aufgebracht, der eine längliche leitfähige Kontaktfläche zur Innenwand des leitfähigen Karosseriehohlraums aufweist. Der metallische Einsatz 1 ragt einseitig über den Querschnitt der Kunststoffscheibe 2 hinaus, damit ein Kontakt mit der Innenwand möglich ist.
Dieses Einsatzelement wird von einem rόbotergeführten Greifer innerhalb einer Rohbauanlage für Karosserien derart gegriffen, dass ein Stromfluß vom Greifer zu dem metallischen Ein- satz 1 erfolgen kann. Dann wird das Einsatzelement mittels des Greifers in den Karosseriehohlraum eingeführt und an der gewünschten Position positioniert. Anschließend wird über den Greifer ein Vorstrom zwischen Einsatzelement und Hohlkörper angelegt und dann werden das Einsatzelement und der Hohlkörper unter Ausbildung eines Lichtbogens zwischen Kontaktfläche und Innenwand des Hohlkörpers voneinander getrennt. Nun wird ein Schweißstrom zugeschaltet, wodurch die Kontaktflächen des metallischen Einsatzes 1 und der Innenwand des Hohlkörpers auf- oder zumindest anschmelzen. Danach werden Einsatzelement und Hohlkörper mittels des Greifers wieder zusammengeführt, wobei beide Schmelzen sich miteinander verbinden und verbunden aushärten. Nach Einbringung aller benötigten Einsatzelemente in alle Hohlräume der Karosserie wird diese tauchlackiert und danach zur Trocknung beheizt. Dabei schäumen die aufschäumbaren Massen und härten aus.
Das erfindungsgemäße Verfahren und das erfindungsgemäße Einsatzelement erweisen sich in den Ausführungsformen des vorstehend beschriebenen Beispiels als besonders geeignet für den Einsatz in der Automobilindustrie, insbesondere für die Schalldämmung und Versteifung von Hohlkörpern.
Insbesondere können so erhebliche Vorteile bezüglich des Arbeitsaufwandes erzielt werden. Aber auch Stabilität der Karosserie kann gegenüber der Befestigung der Einsatzelemente mit Clipsen verbessert werden.

Claims

Patentansprüche
1. Einsatzelement für einen Hohlkörper, insbesondere für einen Hohlkörper einer Fahrzeugkarosserie, welches einen Träger (2) sowie eine damit verbundene aufschäumbare Masse (3) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger (2) mindestens eine für eine vorgesehene Verbindung mit dem Hohlkörper ausgestaltete leitfähige Kontaktfläche aufweist, welche derart ausgestaltet ist, dass sie auch bei Einsatz des Einsatzelementes in den Hohlkörper mit einer Stromquelle leitfähig verbindbar und trennbar ist.
2. Einsatzelement nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Kontur der Kontaktfläche zumindest einseitig derart ausgebildet ist, dass sie auf die Kontur des Hohlkörpers stumpfwinklig zuläuft.
3. Einsatzelement nach Anspruch 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, dass der Träger (2) im Wesentlichen aus Kunststoff besteht.
4. Einsatzelement nach Anspruch 3 dadurch gekennzeichnet, dass der Träger (2) einen metallischen Einsatz (1) umfasst, welcher die Kontaktfläche bildet
5. Einsatzelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die aufschäumbare Masse (3) im aufgeschäumten Zustand schalldämpfend wirkt.
6. Verfahren zum Einfügen eines Einsatzelementes nach einem der vorhergehenden Ansprüche in einen leitfähigen Hohlkörper umfassend die folgenden Schritte:
• Einführen des Einsatzelementes in den Hohlkörper
• Positionieren des Einsatzelementes in dem Hohlkörper, wobei Kontakt zwischen der Kontaktfläche des Einsatz- elementes und der Innenwand des Hohlkörpers hergestellt wird,
• Anlegen eines Vorstroms zwischen Einsatzelement und Hohlkörper,
• Trennen von Einsatzelement und Hohlkörper unter Ausbildung eines Lichtbogens zwischen Kontaktfläche und Innenwand des Hohlkörpers,
• Zuschalten eines Schweißstroms zur Ausbildung mindestens einer Schmelze auf mindestens einer Seite des Lichtbogens,
• Zusammenführen von Einsatzelement und Hohlkörper
• Verbindung von Einsatzelement und Hohlkörper über die mindestens einseitige Schmelze.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass während des Schweißens ein quer zum Lichtbogen ausgebildetes Magnetfeld erzeugt wird, welches den Lichtbogen entlang der Kontaktfläche führt.
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