WO2020099020A1

WO2020099020A1 - VERFAHREN ZUR HERSTELLUNG EINER LASERSCHWEIßVERBINDUNG

Info

Publication number: WO2020099020A1
Application number: PCT/EP2019/076503
Authority: WO
Inventors: Christian WALDHERR; Franz-Xaver Schweighart; Anton Hoesl; Marcus Raepple; Hannes Vasold; Franz Korber; Armin Berger; Maik Hammer; Stefan Beck; Markus Lachenmaier; Martin Endres; Alexander Grimm; Georgij Safronov; Fabian FISCHER; Felix Theurer
Original assignee: Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft
Priority date: 2018-11-13
Filing date: 2019-10-01
Publication date: 2020-05-22
Also published as: DE102018128402A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Laserschweißverbindung, mit den Schritten: - Aneinanderbringen eines Fügeabschnitts (11, 31, 61) eines ersten Bauteils (10, 30, 60) mit einem zweiten Bauteil (20, 40, 70), wobei ein gegenüber dem restlichen Fügeabschnitt vorstehender Vorsprung (12, 32, 65, 66) des ersten Bauteils (10, 30, 60) mit dem zweiten Bauteil (20, 40, 70) in Kontakt kommt, - kraftschlüssiges Aneinanderpressen der Bauteile an mindestens zwei Fixierstellen (15, 16; 35, 36; 62, 63) des Fügeabschnitts, die beidseitig des Vorsprungs (12, 32, 65, 66) angeordnet sind, wodurch ein Federelementabschnitt (12, 32) des ersten Bauteils (10, 30) oder ein Federelementabschnitt (72) des zweiten Bauteils (70) elastisch verformt wird, - Fügen der aneinandergepressten Bauteile an den Fixierstellen (15, 16; 35, 36; 62, 63) und - Verschweißen der Bauteile an dem Federelementabschnitt (12, 32, 72) mittels Laserstrahl.

Description

Beschreibung

Verfahren zur Herstellung einer Laserschweißverbindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Laserschweißver bindung, insbesondere mittels Remote-Laserstrahlschweißen.

Beim Laserstrahlschweißen wird ein fokussierter Strahl hoher Leistungs dichte auf eine Fügestelle gerichtet, wodurch das bestrahlte Material auf schmilzt. Durch eine Relativbewegung zwischen Laserstrahl und den zu fü genden Bauteilen wird das Schmelzbad bewegt. Die erkaltende Schmelze er starrt und verbindet die miteinander verschweißten Bauteile stoffschlüssig. Dabei zeichnet sich das Laserstrahlschweißen durch eine hohe Schweißge schwindigkeit und hohe Bauteilflexibilität aus. Zudem benötigt das Laser strahlschweißen nur eine einseitige Bauteilzugänglichkeit.

Die Schweißgeschwindigkeiten und die Flexibilität lassen sich noch weiter steigern, wenn das Laserschweißen als Remote-Laserschweißen durchge führt wird. Hierbei wird der Laserstrahl über ein Scannersystem auf die Bau teile gerichtet und über diese geführt. Das Scannersystem erlaubt eine ein- oder mehrachsige Auslenkung des Laserstrahls. Üblicherweise erfolgt das Remote-Laserstrahlschweißen mit einem großen Arbeitsabstand von z.B. mehr als 0,4 m zur Schweißstelle. Aufgrund des großen Arbeitsabstands und der hohen Schweißgeschwindigkeiten erfolgt das Remote-Laserstrahlschwei ßen ohne Zusatzmaterial. Hieraus resultiert eine nur geringe Spaltüberbrück- barkeit und die Notwendigkeit am technischen Nullspalt zu schweißen. Dies macht üblicherweise aufwendige Spannsysteme notwendig, mit denen die Bauteile an der Fügestelle aufeinandergepresst werden. Die im Karosseriebau eingesetzten Bauteile weisen zudem häufig eine An tikorrosionsbeschichtung, wie z.B. eine Zinkbeschichtung auf. Aufgrund der niedrigen Siedetemperatur der Beschichtung kommt es während der Schwei ßung zur Verdampfung des Beschichtungsmaterials. Ohne hinreichende Vor kehrungen für eine gerichtete Zinkentgasung kommt es zu Spritzern und dar aus resultierenden Nahtfehlern bzw. notwendiger Nacharbeit, was das Laser strahlschweißen gegenüber z.B. dem Widerstandspunktschweißen ins Ab seits stellt.

Aufgrund dieser Problematik und den hohen Anschaffungskosten der Laser schweißanlagen wird das Laserstrahlschweißen im Karosseriebau bislang nur zurückhaltend eingesetzt. Vor diesem Hintergrund ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Möglichkeit anzugeben, wie die Potentiale beim Laserstrahlschweißen insbesondere im Karosseriebau, besser genutzt wer den können. Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren anzu geben, bei dem auf einfache Art und Weise sichergestellt wird, dass die Bau teile lasergerecht, d.h. am technischen Nullspalt und mit gezielter Entga sungsmöglichkeit, gespannt und geschweißt werden können.

Gelöst wird die Aufgabe durch ein Verfahren nach Patentanspruch 1. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung.

Es wird ein Verfahren zur Herstellung einer Schweißverbindung angegeben mit den Schritten:

- Aneinanderbringen eines Fügeabschnitts eines ersten Bauteils mit einem zweiten Bauteil, wobei ein gegenüber dem restlichen Fügeabschnitt vorste hender Vorsprung des ersten Bauteils mit dem zweiten Bauteil in Kontakt kommt, - Aneinanderpressen der Bauteile an mindestens zwei Fixierstellen des Fü geabschnitts, die beidseitig des Vorsprungs angeordnet sind, wodurch ein Federelementabschnitt des ersten Bauteils oder des zweiten Bauteils elas tisch verformt wird,

- Fügen der aneinandergepressten Bauteile an den Fixierstellen und

Verschweißen der Bauteile an dem Federelementabschnitt mittels Laser strahl.

Der Erfindung liegt dabei die Idee zugrunde, die Bauteile durch das Einbrin gen von konstruktiven Elementen in den Fügeabschnitt bereits beim Fixieren innerhalb der Baugruppe lasergerecht zu spannen. Der Fügeabschnitt ist da bei ein Abschnitt des ersten Bauteils, in dem die Fixerstellen und der Vor sprung angeordnet sind und der durch nachfolgende Fügeverfahren mit dem zweiten Bauteil gefügt wird.

Werden die Bauteile aneinander gebracht, so gelangt zunächst der Vor sprung in Kontakt mit dem zweiten Bauteil. Werden die Bauteile anschlie ßend an den Fixierstellen aneinandergepresst, so wirkt eine erhöhte Press kraft zwischen Vorsprung und zweitem Bauteil. Diese wirkt auf den Federele mentabschnitt ein. Der Federelementabschnitt ist ein Abschnitt des Fügeab schnitts, der aufgrund seiner geometrischen Gestaltung, wie z.B. Form und/oder Wandstärke, in der Lage ist, sich unter der vorgegebenen Kraftein wirkung elastisch zu verformen. Mit dem Zusammenpressen der Bauteile an den Fixierstellen kommt es infolgedessen zu einer elastischen Verformung des Federelementabschnitts, welcher wiederum eine der Verformung entge genwirkenden Federkraft auf das gegenüberliegende Bauteil ausübt. Durch das Fügen der Bauteile an den Fixierstellen wird diese Verformung sowie die resultierende Federkraft quasi„eingefroren“. Die beiden Bauteile sind zuei nander gespannt und es besteht ein definierter Kontakt. Durch das beschriebene Verfahren wird sichergestellt, dass am Federele mentabschnitt unabhängig von weiteren Spannvorrichtungen ein technischer Nullspalt vorliegt. Die Federelementabschnitte, welche auch als bauteilinte grierte lasergerechte Spannmerkmale bezeichnet werden, ermöglichen es, die Baugruppe nach dem Fixieren an den Fixierstellen ohne Einsatz weiterer Spanntechnik mit einem Laserstrahl auszuschweißen.

Das erste und zweite Bauteil werden an den Fixierstellen aneinanderge presst und gefügt. Das Fügen der Bauteile kann z.B. durch eine Verschrau bung oder Vernietung erfolgen. Besonders bevorzugt werden die beiden Bauteile an den Fixierstellen durch eine Punktschweißung verbunden. Die Punktschweißverbindung kann vorzugsweise als herkömmliche Widerstands punktschweißverbindung ausgebildet sein. Das Widerstandspunktschweißen ist aufgrund der beidseitigen Krafteinwirkung besonders geeignet, Bauteilun genauigkeiten beim Fügen auszugleichen und die Bauteile an den Fixierstel- lenn zusammenzupressen. Zudem sind insbesondere an Karosseriebauteilen üblicherweise eine Vielzahl an Widerstandspunkten vorgesehen. Vorteilhafter Weise können einige dieser Punkte als Fixierung an den Fixierstellen dienen, während weitere Widerstandspunkte durch die Verschweißung an den Fe derelementabschnitten ersetzt werden.

Die an den Fixierstellen ausgebildeten Fügeverbindungen können als reine Geopunkte konzipiert sein, d.h. sie können zur geometrischen Fixierung der Bauteile zueinander dienen, jedoch alleine nicht zur Realisierung einer hinrei chenden Festigkeit ausreichen. Die Lasernaht am Federelementabschnitt ist eine Ausschweißnaht, mittels der eine hinreichend hohe Festigkeit des Bau teilverbundes bewirkt wird.

In einer Ausgestaltung der Erfindung wird der Federelementabschnitt durch den Vorsprung gebildet, d.h. beim Zusammenpressen der Bauteile verformt sich der zuvor vorstehende Vorsprung. Ein derartiger Vorsprung kann auf einfache Art und Weise und ohne Zusatzaufwand direkt bei der Bauteilher stellung mit erzeugt werden, z.B. im Presswerk bei einem Blechbauteil oder beim Gießen eines Gußbauteils. Die notwendigen Genauigkeiten beim Über stand sind dabei problemlos abbildbar.

In einer Ausgestaltung ist ein derartiger Federelementabschnitt als ein durch mindestens eine Sicke vom restlichen Fügeabschnitt beabstandeter Blechab schnitt ausgebildet. Beispielsweise kann der Federelementabschnitt von ei ner kreisförmigen Sicke umgeben sein. In einer alternativen Ausgestaltung ist das Federelement stegförmig ausgebildet und seitlich von z.B. zwei oder mehr Sicken begrenzt. Vorteilhafter Weise ermöglicht diese Ausgestaltung die Ausnutzung bereits in dem Bauteil eingesetzter Sicken, wie z.B. KTL-Si- cken, als bauteilintegrierte Spannmerkmale durch geschickte Tolerierung der Anlageflächen gegeneinander. Dies reduziert den Aufwand zur Fierstellung der Federelementabschnitte und ermöglicht eine einfache Integration in be stehende Fierstellungsabläufe. Weiterhin vorteilhaft ist, dass die offene Kavi tät der Sicke gleichzeitig als Ausgasungsspalt dient, weshalb weitere Vorkeh rungen zur Zinkentgasung nicht notwendig sind.

Dieser Vorteil kommt besonders dann zum Tragen, wenn in einer bevorzug ten Ausgestaltung das Laserstrahlschweißen im Radiusauslauf der mindes tens einen Sicke erfolgt. Im vorliegenden Fall weist das erste Bauteil einen nahezu ebenen Abschnitt auf, der in einen vom zweiten Bauteil weggeboge nen Abschnitt übergeht. Der Übergang von ebenem zu gebogenem Abschnitt wird als Radiusauslauf bezeichnet.

Ein Verfahren, mit dem prozesssicher im Radiusauslauf einer Rundung ge schweißt werden kann, ist beispielsweise in der nicht vorveröffentlichten deutschen Patentanmeldung 102018213297.6 beschrieben, welche hiermit durch Bezugnahme vollständig aufgenommen wird. Bei dem Verfahren wer den die Bauteile im Überlappstoß angeordnet und mittels einer I-Naht an ei ner vorgegebenen Schweißposition verschweißt. Im Fügebereich ist das Oberblech (erstes Bauteil) mit einem Radius vom Unterblech (zweites Bau teil) weggebogen. Das Oberblech wird optisch vermessen zur Bestimmung mindestens eines die Biegung charakterisierenden Kennwerts und es wird anhand des mindestens einen Kennwerts die Schweißposition für den Bear beitungslaserstrahl vorgegeben. Hierbei geht das Verfahren von der Überle gung aus, dass durch die Biegung des Oberblechs ein sich kontinuierlich er weiternder Spalt bereitgestellt wird, der zum Zwecke der Zinkentgasung ge nutzt werden kann. Die Erfindung macht sich nun zunutze, dass der Verlauf des Oberblechs auch den Verlauf des Spaltes widerspiegelt. Im ebenen Be reich des Oberblechs, d.h. vor der Biegung, liegt dieses auf dem Unterblech auf. Mit Beginn der Biegung entfernt sich das Oberblech vom Unterblech und es entsteht ein Spalt zwischen beiden Bauteilen. Geht man von einer kon stanten Bauteildicke aus, nimmt die Höhe des Spaltes in dem Maß zu, wie der Abstand der Oberfläche des Oberblechs vom Unterblech zunimmt. Somit bildet der Höhenverlauf der Oberfläche des Oberblechs sehr exakt den Hö henverlauf des Spaltes ab.

Die Schweißposition wird nun so gewählt, dass die Spalthöhe an dieser Stelle einerseits eine ausreichende Zinkentgasung ermöglicht und anderer seits eine ausreichende Anbindung der Bauteile durch die Naht sicherstellt. Dies wird durch eine optische Vermessung der Bauteiloberfläche und eine Positionierung des Laserstrahls in Abhängigkeit der gemessenen Bauteilform erzielt. Die optische Vermessung kann unmittelbar vor dem Verschweißen der Bauteile erfolgen, wodurch wird eine Möglichkeit gegeben wird, die Posi tionierung des Bearbeitungslaserstrahls in Echtzeit während des Schweiß prozesses vorzunehmen. Die optische Vermessung kann mittels Lichtschnittverfahren erfolgen. Beim Lichtschnittverfahren wird mittels eines Lichtschnittsensors eine Laserlinie auf das zu vermessende Objekt projiziert. Diese Lichtebene schneidet das Messobjekt entlang einer Profillinie, deren Verlauf in Abhängigkeit von der Objekthöhe mehr oder weniger gekrümmt wird. Ein Bildsensor beobachtet die Szene und mithilfe der bekannten räumlichen Geometrie dieser Anord nung wird aus der Form der Profillinie die Höheninformation über das Objekt nach dem Triangulationsprinzip errechnet.

Aufgrund der Richtungsunabhängigkeit eignet sich insbesondere das Verfah ren der optischen Kohärenztomographie (OCT) zur optischen Vermessung. Die OCT ist eine optische Mess- und Abbildungsmethode und bietet die Mög lichkeit mittels Messlicht kontakt- und zerstörungsfrei Höheninformationen des jeweiligen Messpunktes zu gewinnen. Die Höheninformationen können mit der Lage des Messpunktes verknüpft werden, wodurch sich topographi sche Informationen der Bauteiloberfläche gewinnen lassen. So lässt sich ein linienartiges oder reliefartiges Höhenprofil der Oberfläche des Oberblechs er zeugen.

Als Kennwert für die Bestimmung der Schweißposition wird dann z.B. ein Ra dius der Biegung und die Position des Radiusauslaufs bestimmt. Solange das Bauteil im ebenen Bereich gemessen wird, schwankt der Abstand zum Sensor nur geringfügig. Erst mit Beginn der Biegung nimmt der Abstand zwi schen Oberfläche des Oberblechs und Sensor stetig ab. Dies lässt sich mit tels eines Algorithmus feststellen und so der Beginn der Biegung, also die Position des Radiusauslaufs auf dem Bauteil detektieren. Der Radius selbst lässt sich in Kenntnis des Radiusauslaufs aus den weiteren Daten des Hö henprofils gewinnen. Der Radius wiederum gibt Aufschluss über den Verlauf des Spaltes zwischen den beiden Bauteilen und lässt insbesondere eine Be stimmung der Spalthöhe in Abhängigkeit vom Abstand vom Radiusauslauf zu.

Beispielsweise kann anhand des Radius ein Offset-Wert ermittelt werden.

Der Offset-Wert gibt an, bei welchem Abstand vom Radiusauslauf die Spalt höhe den für eine Schweißung und Zinkentgasung optimalen Wert annimmt. Dann wird die Schweißposition vorgegeben durch Hinzurechnen des Offset- Werts zu der Position des Radiusauslaufs.

Alternativ kann der Höhenverlauf des Bauteils ermittelt werden und es wird als Schweißposition eine Position vorgegeben, an der das Höhenprofil des Oberblechs einen vorgegebenen Wert erreicht. Geht man von einer konstan ten Bauteildicke aus, so spiegelt der Höhenverlauf gegenüber dem ebenen Oberblechabschnitt gleichzeitig auch die Höhe des Spaltes zwischen den Bauteilen wieder. Mit diesem Vorgehen ist die Bestimmung der Schweißposi tion auf besonders einfache Art und Weise möglich.

In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist der Federelementabschnitt als ein gegenüber dem restlichen Fügeabschnitt schräg angestellter Flansch ausgebildet, der zwischen den beiden Fixierstellen verläuft. Mit anderen Wor ten ist das Bauteil zwischen den beiden Fixierstellen so geformt, dass ein Flanschabschnitt gegenüber dem restlichen Fügeabschnitt geneigt verläuft, vorzugsweise unter einem spitzen Winkel und z.B. mit einem Winkel von we niger als 20 Grad. Dieser angestellte Flansch bildet eine Kavität für entste hende Zinkdämpfe bei gleichzeitiger Sicherstellung des technischen

Nullspalts.

Es ist besonders bevorzugt, wenn der angestellte Flansch lediglich an seiner Stirnfläche, genauer gesagt mit einer Kante seiner Stirnfläche in Kontakt mit dem zweiten Bauteil gelangt. In dieser Ausgestaltung erfolgt das Verschwei ßen von erstem und zweitem Bauteil als Stirnkehlnaht entlang der Stirnfläche des Flansches. Neben einer beidseitigen Entgasungsmöglichkeit hat das Verfahren weiterhin den Vorteil einer einfachen Nahtverfolgung mittels be kannter Verfahren zur Kantenerkennung. Insbesondere eine berührungslose Kantenverfolgung ist möglich.

Wird mit derart angestelltem Flansch geschweißt, so kann der Flohlraum zwi schen Flansch und zweitem Bauteil auch als Reservoir verwendet werden und zur Aufnahme z.B. überschüssigen Klebstoffs dienen. In einer Ausge staltung ist es daher vorgesehen, dass zwischen dem ersten und zweiten Bauteil im Bereich des Fügeabschnitts weiterhin ein Klebstoff angeordnet wird. Werden die Bauteile aufeinandergepresst, so kann überschüssiger Klebstoff in den Flohlraum austreten ohne den nachfolgenden Laserschweiß prozess zu beeinflussen. Vielmehr wird durch den Hohlraum sichergestellt, dass austretender Klebstoff nicht bis an die Stirnseite des angestellten Flan sches und damit in den Bereich der Laserschweißnaht gelangen kann.

Eine derartiges Reservoir lässt sich vorteilhafter Weise auf einfache Art und Weise vergrößern, indem in einer Ausgestaltung das zweite Bauteil eine dem angestellten Flansch gegenüberliegende Vertiefung aufweist.

Bei den bislang geschilderten Ausgestaltungen übernimmt der Vorsprung im ersten Bauteil auch die Funktion des Federelementabschnitts. In einer alter nativen Ausgestaltung ist der Federelementabschnitt im zweiten Bauteil an geordnet und wird durch den Vorsprung im ersten Bauteil ausgelenkt. Hier ist es eine bevorzugte Ausgestaltung, wenn der Vorsprung im ersten Bauteil durch eine Sicke ausgebildet ist und das Verschweißen in der Sicke erfolgt. Die Sicke ist auf der Oberseite der Bauteilanordnung sichtbar, wodurch eine exakte Positionierung des Laserstrahls auf einfache Art möglich ist. Auch diese Ausgestaltung ermöglicht die Nutzung bereits im Bauteil vorhandener oder vorgesehener Sicken, wie z.B. KTL-Sicken.

Das Laserstrahlschweißen ist nicht auf ein bestimmtes Verfahren beschränkt. Aufgrund des mit dem Verfahren erzeugten definierten technischen

Nullspalts und der Möglichkeit, definierte Entgasungsmöglichkeiten vorzuse hen, wird vorzugsweise das Remote-Laserstrahlschweißen eingesetzt.

Das voranstehend beschrieben Verfahren eignet sich aufgrund der genann ten Vorteile insbesondere für das Verschweißen von Karosseriebauteilen. Es ist möglich Ausschweißpunkte, die bislang durch Widerstandsschweißpunkte gebildet werden, durch Remote-Laserstrahlschweißnähte zu ersetzen. Be reits jetzt werden die Geopunkte im Karosseriebau als Widerstandspunkte geheftet, so dass diese als Fixierstellen genutzt werden können und das Ver fahren mit nur geringen Änderungen an den Bauteilen in bestehende Verfah rensabläufe integriert werden kann.

Aufgrund der voranstehend beschriebenen integrierten Entgasungsmöglich keiten kann das Verfahren vorzugsweise zum Verschweißen von beschichte ten Blechbauteilen eingesetzt werden. So kann z.B. zumindest ein Bauteil mit einer Antikorrosionsbeschichtung versehen sein. Als Bauteile können sowohl Blechbauteile als auch Gussbauteile verwendet werden. Als Materialien eig nen sich alle laserschweißbaren Materialien, wie z.B. Stahl- oder Aluminium werkstoffe.

Insofern sind die Begriffe Oberblech und Unterblech so zu verstehen, als sie lediglich die Anordnung der Bauteile zueinander kennzeichnen. Als Ober blech wird hierbei das dem Laserstrahl zugewandte Bauteil bezeichnet, als Unterblech entsprechend das dem Laserstrahl abgewandte Bauteil. Die genannten Vorteile in Kombination ermöglichen theoretisch das Fügen eines maximalen Bauteilspektrums sowie weitere Bearbeitungsschritte in derselben Laserzelle nur durch Anpassung der Schweiß- und Roboterpro gramme. Gegenüber einem reinen Widerstandspunktschweißen wird kein großer Zangenpark benötigt, es besteht eine höhere Materialflexibilität und eine verringerte Bearbeitungszeit bei gleicher Bauteilfestigkeit.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeich nungen Ausführungsbeispiele der Erfindung im Einzelnen beschrieben sind. Dabei können die in den Ansprüchen und in der Beschreibung erwähnten Merkmale jeweils einzeln für sich oder in beliebiger Kombination erfindungs wesentlich sein. Sofern in dieser Anmeldung der Begriff "kann" verwendet wird, handelt es sich sowohl um die technische Möglichkeit als auch um die tatsächliche technische Umsetzung.

Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele an Hand der beiliegenden Zeichnungen erläutert. Darin zeigen:

Figur 1 eine perspektivische Ansicht einer Bauteilanordnung gemäß eines ersten beispielhaften Verfahrens,

Figur 2A bis C eine Schnittansicht A-A der Bauteilanordnung aus Figur 1 zu verschiedenen Stadien des Verfahrens,

Figur 3 eine perspektivische Ansicht einer Bauteilanordnung gemäß eines zweiten beispielhaften Verfahrens,

Figur 4A bis C eine Schnittansicht B-B der Bauteilanordnung aus Figur 3 zu verschiedenen Stadien des Verfahrens,

Figur 5A bis C eine Schnittansicht der Bauteilanordnung aus Figur 3 mit zu sätzlicher Klebstoffschicht Figur 6 eine perspektivische Ansicht einer Bauteilanordnung gemäß eines dritten beispielhaften Verfahrens und

Figur 7A bis C eine Schnittansicht C-C der Bauteilanordnung aus Figur 6 zu verschiedenen Stadien des Verfahrens.

Figur 1 zeigt eine erste beispielhafte Bauteilanordnung 1 -1 zur Durchführung des Verfahrens. Die Bauteilanordnung beinhaltet ein erstes Bauteil 10 und ein zweites Bauteil 20 in Form je eines Blechbauteils. Das erste Bauteil 10 weist einen flanschartigen Fügeabschnitt 11 auf zum Verschweißen mit dem zweiten Bauteil 10. Im Fügeabschnitt 11 ist ein Federelementabschnitt 12 ausgebildet, der durch Sicken 13, 14 von benachbarten Fixierstellen 15, 16 abgegrenzt ist. In Fügerichtung auf das zweite Bauteil 20 steht der Federele mentabschnitt 12 gegenüber den Fixierstellen 15, 16 vor, wie in Figur 2A zu erkennen, und bildet somit einen Vorsprung. Zum Fügen werden die Bauteile 10, 20 nun lagerichtig zusammengebracht und an den Fixierstellen 15, 16 kraftschlüssig zusammengepresst und durch Widerstandschweißpunkte SP fixiert, gezeigt in Figur 2B. Durch den Überstand des Federelementabschnitts 12 gelangt dieser vor den Fixierstellen 15, 16 in Anlage mit dem zweiten Bauteil 20 und wird beim weiteren Zusammenbringen der Bauteile elastisch verformt. In Folge dessen wird der Federelementabschnitt 12 mit einer defi nierten Federkraft gegen das zweite Bauteil 20 gespannt.

Nach dem Fixieren der Bauteile durch die Schweißpunkte SP an den Fixier stellen sind die Bauteile 10, 20 in vorgegebener Lage geometrisch zueinan der fixiert. Es wird ein technischer Nullspalt sichergestellt, ohne dass weitere Spannvorrichtungen notwendig wären. Nachfolgend erfolgt das Ausschwei ßen des Bauteilverbunds mittels Laserstrahlung L. Figur 2C zeigt beispielhaft je eine Schweißnaht 17, 18, die im Radiusauslauf der Sicke 13, 14 gesetzt wird. Der Radiusauslauf stellt dabei einen definierten Entgasungshohlraum 19 bereit, so dass besonders bevorzugt Bleche mit einer Antikorrosionsbe schichtung verschweißt werden können.

Figur 3 zeigt eine alternative Bauteilanordnung 1 -2 zur Durchführung des Verfahrens mit einem ersten Bauteil 30 und einem zweiten Bauteil 40 in Form je eines Blechbauteils. Das erste Bauteil 30 weist einen Fügeabschnitt

31 auf mit einem Federelementabschnitt 32, der zwischen zwei Fixierstellen 35, 36 angeordnet ist. Der Federelementabschnitt ist gebildet durch einen stegförmigen Flansch mit einem freien Ende 33, der gegenüber dem restli chen Fügeabschnitt 31 und insbesondere den Fixierstellen 35, 36 schräg an gestellt ist, siehe hierzu auch Figur 4A. Der schräg angestellte Bauteilflansch

32 ragt dabei mit seinem freien Ende 33 in Richtung auf das zweite Bauteil 40 vor und bildet einen Vorsprung gegenüber den Fixierstellen 35, 36.

Figur 4 B zeigt, dass die beiden Bauteile 30, 40 in vorgegebener Lage aus gerichtet und durch Zusammenpressen an den Fixierstellen 35, 36 zueinan der gebracht werden. Hierbei wird der vorstehende Federelementabschnitt 32 eingefedert und mit einer Federkraft gegen das zweite Bauteil 40 ver spannt. Die Fixierung erfolgt wiederum vorzugsweise durch das Ausbilden je eines Widerstandschweißpunkts SP an den Fixierstellen 35, 36. Die Bauteile sind nun dauerhaft zueinander fixiert und der Federelementabschnitt 32 ist mit dem zweiten Bauteil 40 verspannt. Flierdurch wird eine Kante 34 der Stirnseite des Federelementabschnitts 32 mit definiertem Nullspalt zu dem zweiten Bauteil 40 positioniert. Im nächsten Schritt, gezeigt in Figur 4C, er folgt ein Verschweißen des Federelementabschnitts 32 mittels Laserstrah lung L, wozu eine Stirnkehlnaht 37 zwischen dem freien Ende 33 und dem zweiten Bauteil 40 ausgebildet wird. Der schräg angestellte Flansch 32 er möglicht eine beidseitige definierte Entgasung, so dass besonders bevorzugt Bleche mit einer Antikorrosionsbeschichtung verschweißt werden können. Figur 5A bis C veranschaulicht eine alternative Ausgestaltung mit einer Bau teilanordnung 1 -3, bei der in die Bauteilanordnung 1 -2 von dem zu Figur 4A bis C beschriebenen Verfahren zusätzlich eine Klebstoffschicht 50 zwischen das erste und zweite Bauteil eingebracht wird. Werden die Bauteile zusam mengepresst und an den Fixierstellen durch (nicht dargestellte) Schweiß punkte verschweißt, so wird überschüssiger Klebstoff herausgepresst. Durch den angestellten Flansch 32 wird ein Flohlraum 38 gebildet, in den der über schüssige Klebstoff ausweichen kann, so dass sichergestellt ist, dass es nicht zu einer Beeinträchtigung zwischen Klebstoff 50 und Lasernaht 37 kommt. Je nach zu erwartender Menge an Klebstoff kann der Hohlraum 38 dadurch vergrößert werden, dass im zweiten Bauteil 40 eine, dem angestell ten Flansch 32 gegenüberliegende Vertiefung 42 (durch den strichlierten Ver lauf des Bauteils 40 dargestellt) vorgesehen wird.

Figur 6 und 7 zeigen in einer weiteren beispielhaften Ausgestaltung eine al ternative Bauteilanordnung 1 -4 zur Durchführung des Verfahrens mit einem ersten Bauteil 60 und einem zweiten Bauteil 70 in Form je eines Blechbau teils. In einem Fügeabschnitt 61 des ersten Bauteils 60 sind zwischen den Fi xierstellen 62, 63, 64 jeweils ein Vorsprung 65 und 66 durch das Einpressen von Sicken ausgebildet. Diese Vorsprünge 65, 66 stehen in Richtung auf das zweite Bauteil 70 vor, siehe Figur 7A. Werden die Bauteile 60, 70 nun an den Fixierstellen 62, 63, 64 zusammengepresst, so drücken die Vorsprünge 65, 66 auf den Bereich des zweiten Bauteils 70 zwischen den Fixierstellen 62,

63, 64. Dieser Bereich wird als Federelementabschnitt elastisch verformt und es wirkt eine entsprechende Federkraft zwischen beiden Bauteilen. Diese sorgt für einen definierten Kontakt und technischen Nullspalt.

Figur 7B zeigt die Verformung eines Federelementabschnitts 72 im Bereich des Vorsprungs 65. An den Fixierstellen 62, 63, 64 werden die Bauteile dau erhaft fixiert, vorzugsweise durch das Ausbilden von Schweißpunkten SP, z.B. durch Widerstandspunktschweißen. Anschließend erfolgt das Aus schweißen des Bauteilverbundes 1 -4, wozu an der Kontaktstelle zwischen Vorsprung 65, 66 und zweitem Bauteil 70 geschweißt wird. Figur 4C zeigt die mittels Laserstrahlung L ausgebildete I-Naht 67 an dem Vorsprung 65. Wird der Vorsprung, wie in Figur 6 und 7 gezeigt, durch eine Sicke bereitgestellt, so gibt die Lage der Sicke eine optisch detektierbare Markierung für den Ort der Laserschweißung vor, was zudem eine genaue und schnelle Positionie rung des Laserstrahls ermöglicht.

Das laserstrahlschweißen erfolgt vorzugsweise als Remote-Laserstrahl schweißen.

Obwohl in den Figuren die Fixierung jeweils durch Widerstandspunktschwei ßen erfolgt, sind andere Fixierungen, z.B. durch alternative Schweißverfah ren oder durch Schraub- oder Nietverbindungen ebenfalls möglich.

Ebenso können z.B. Federelementabschnitte - insbesondere im Zusammen hang mit dem in den Figuren 1 und 2 gezeigten Beispiel - verwendet wer den, die durch einen Blechabschnitt und eine umfangsseitig um den Blechab schnitt herumverlaufende Sicke gebildet sind.

Bezugszeichenliste

1-1, 1-2, 1-3, 1-4 Bauteilanordnung

10, 20, 30, 40, 60, 70 Bauteile

11, 31, 61 Fügeabschnitte

12, 32 Federelementabschnitt und Vorsprung

13, 14 Sicken

15, 16, 35, 36, 62, 63, 64 Fixierstellen

17, 18, 37, 67 Lasernähte

19, 38 Entgasungshohlraum

33 freies Ende

34 Kante

42 Vertiefung

65, 66 Vorsprung

72 Federelementabschnitt

SP Schweißpunkt

Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zur Herstellung einer Laserschweißverbindung, mit den Schritten:

- Aneinanderbringen eines Fügeabschnitts (11 , 31 , 61 ) eines ersten Bauteils (10, 30, 60) mit einem zweiten Bauteil (20, 40, 70), wobei ein gegenüber dem restlichen Fügeabschnitt vorstehender Vorsprung (12, 32, 65, 66) des ersten Bauteils (10, 30, 60) mit dem zweiten Bauteil (20, 40, 70) in Kontakt kommt,

- kraftschlüssiges Aneinanderpressen der Bauteile an mindestens zwei Fi xierstellen (15, 16; 35, 36; 62, 63) des Fügeabschnitts, die beidseitig des Vorsprungs (12, 32, 65, 66) angeordnet sind, wodurch ein Federelementab schnitt (12, 32) des ersten Bauteils (10, 30) oder ein Federelementabschnitt (72) des zweiten Bauteils (70) elastisch verformt wird,

- Fügen der aneinandergepressten Bauteile an den Fixierstellen (15, 16; 35, 36; 62, 63) und

- Verschweißen der Bauteile an dem Federelementabschnitt (12, 32, 72) mit tels Laserstrahl.

2. Verfahren nach Patentanspruch 1 ,

bei dem das erste und zweite Bauteil an den Fixierstellen (15, 16; 35, 36; 62, 63) mittels Widerstandspunktschweißen verbunden werden.

3. Verfahren nach Patentanspruch 1 oder 2,

bei dem der Federelementabschnitt durch den Vorsprung (12, 32) gebildet ist.

4. Verfahren nach Patentanspruch 3,

bei dem der Federelementabschnitt (12) als ein durch mindestens eine Sicke (13) vom restlichen Fügeabschnitt (11 ) beabstandeter Blechabschnitt ausge bildet ist.

5. Verfahren nach Patentanspruch 4, bei dem

das Verschweißen im Radiusauslauf der mindestens einen Sicke (13) erfolgt.

6. Verfahren nach Patentanspruch 3, bei dem

der Federelementabschnitt (32) als ein gegenüber dem restlichen Fügeab schnitt (31 ) schräg angestellter Flansch ausgebildet ist.

7. Verfahren nach Patentanspruch 6, bei dem

das Verschweißen als Stirnkehlnaht (37) entlang einer Stirnfläche (33) des Flansches erfolgt.

8. Verfahren nach Patentanspruch 6 oder 7, bei dem

zwischen dem ersten Bauteil (30) und dem zweiten Bauteil (40) im Fügeab schnitt (31 ) weiterhin ein Klebstoff (50) angeordnet wird.

9. Verfahren nach Patentanspruch 6, bei dem

das zweite Bauteil (40) eine dem angestellten Flansch (32) gegenüberlie gende Vertiefung (42) aufweist.

10. Verfahren nach Patentanspruch 1 oder 2, bei dem

der Federelementabschnitt (72) im zweiten Bauteil (70) angeordnet ist, der Vorsprung (65, 66) durch eine Sicke ausgebildet ist und das Verschweißen in der Sicke erfolgt.

11. Verfahren nach einem der vorangehenden Patentansprüche, bei dem das Laserstrahlschweißen ein Remote-Laserstrahlschweißen ist.

12. Verfahren nach einem der vorangehenden Patentansprüche, bei dem die Bauteile (10, 20, 30, 40, 60, 70) Karosseriebauteile sind.

13. Verfahren nach einem der vorangehenden Patentansprüche, bei dem zumindest ein Bauteil (10, 20, 30, 40, 60, 70) ein Blechbauteil mit einer An tikorrosionsbeschichtung ist.