DE10112744A1

DE10112744A1 - Laserschweißverfahren

Info

Publication number: DE10112744A1
Application number: DE10112744A
Authority: DE
Inventors: Markus Sturm
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2001-03-14
Filing date: 2001-03-14
Publication date: 2002-09-19

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Lasershweißverfahren zur Verbindung von zwei Materialien (1, 2), insbesondere verzinkten Stahlblechen. Hierbei ist ein Zwischenraum (8) mit einem Entgasungsspalt (7) vorgesehen, durch den die dabei freigesetzten Schweißemissionen entweichen können, um so eine Beeinträchtigung der Schweißverbindung zu vermeiden. Der Zwischenraum (8) wird erfindungsgemäß dadurch erzeugt, daß ein zähflüssiges Fixiermittel (5) aufgetragen wird, welches Feststoffpartikel (6) enthält. Durch diese als Glaskugeln ausgeführte Feststoffpartikel (6) wird der Entgasungsspalt (7) des Zwischenraumes (8) festgelegt, welcher dabei insbesondere ohne eine konstruktive Veränderung der Materialien (1, 2) erreicht wird. Zusätzlich dient das Fixiermittel (5) der Abdichtung gegenüber äußeren Einflüssen, wodurch unerwünschte Korrosion vermieden werden kann.

Description

Die Erfindung betrifft ein Laserschweißverfahren zur Verbindung von zumindest zwei Materialien zwischen denen ein Zwischenraum vorgesehen wird, um dadurch ein Entwei chen der durch den Energieeintrag beim Laserschweißen freigesetzten Schweißemissio nen zu ermöglichen.

Ein solches Laserschweißverfahren ist bereits Gegenstand der EP 01 57 913 B1. Durch ein hierzu vorgesehenes, bewegliches Abstandsstück wird nach einer speziellen Aus führungsform zwischen den zwei Materialien ein Zwischenraum festgelegt, durch den die flüchtigen Bestandteile der Beschichtung, beispielsweise Öl oder Farbe, entweichen kön nen.

Die DE 39 33 408 A1 beschreibt auch bereits eine Schweißnaht, bei der zwei Bleche durch eingeprägte Noppen auf Distanz gehalten werden. Bei einem Laserschweißver fahren nach der EP 10 05 944 A2 wird für insbesondere zinkbeschichtete Stahlbleche ebenfalls ein Zwischenraum vorgesehen, der in ähnlicher Weise auch bei einem Schweißverfahren nach der EP 01 78 394 A2 vorgeschlagen wird, um das ungehinderte Austreten der freiwerdenden Gase zu ermöglichen.

Hierzu kann nach der US 49 16 284 auch eine V-förmige Abwinkelung an einem der bei den miteinander zu verschweißenden Bleche vorgesehen werden, um auf diese Weise eine Entlüftung zu erreichen.

Bei einem anderen Schweißverfahren nach der EP 07 71 605 A2 wird ein Entgasungs bereich für die freiwerdenden Dämpfe dadurch geschaffen, daß die Bleche vor dem Ver schweißen im Nahtbereich unter einem spitzen Winkel aufeinanderstoßend angeordnet werden und die Schweißnaht als Kehlnaht ausgebildet wird.

Die beiden Materialien können nach der DE 196 05 341 A1 auch bereits konstruktiv so gestaltet werden, daß sich einander überlappende Bereiche unter Bildung eines Spaltes längs der anzubringenden Schweißnaht lediglich beinahe berühren.

Alle vorstehend genannten Maßnahmen zur Erzeugung des erforderlichen Zwischenrau mes weisen den Nachteil auf, daß hierzu eine zusätzliche Formgebung bzw. bereits eine entsprechende konstruktive Gestaltung der zu verschweißenden Materialien erforderlich ist, wodurch bei der praktischen Umsetzung ein erheblicher Aufwand entsteht. So sind beispielsweise bei der Karosserie eines Kraftfahrzeuges eine Vielzahl zusätzlicher Aus formungen erforderlich, die insbesondere unter Berücksichtigung der Festigkeit und Be lastbarkeit der fertigen Karosserie zu einer Reihe von zusätzlichen Arbeits- und Kon struktionsschritten führen.

Es ist ferner durch die DE 197 57 245 A1 auch bekannt, ein Grundblech und ein Deck blech mittels eines Klebestreifens unter Druck miteinander zu verkleben. Dabei ist die äußere Kontur des Klebestreifens kleiner als die äußere Kontur des Deckbleches, so daß die Bleche an ihrem klebestreifenfreien Randbereich durch eine Laserschweißnaht mit einander verbunden werden können. Die Dicke des verwendeten Klebestreifens soll da bei mindestens 0,2 mm betragen, um ein ungehindertes Entweichen von verdampftem Beschichtungsmaterial aus dem Schweißnahtbereich zu ermöglichen.

Als nachteilig hat sich bei diesem Verfahren der zusätzliche Aufwand für die Klebever bindung des Deckbleches mit dem Grundblech durch den Klebestreifen erwiesen. Hier durch wird insbesondere die Positionierung der beiden Bleche relativ zueinander er schwert, da eine Korrektur der Position zunächst ein Ablösen der Klebeverbindung erfor dert. Weiterhin eignet sich das Verfahren nur für Schweißverbindungen im Randbereich der Bleche.

Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der ein gangs genannten Art wesentlich zu vereinfachen und dadurch den Aufwand bei der Durchführung des Verfahrens zu verringern.

Diese Aufgabe wird gelöst mit einem Verfahren gemäß den Merkmalen des Patentan spruchs 1. Die Unteransprüche betreffen besonders zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung.

Erfindungsgemäß ist also ein Verfahren vorgesehen, bei dem der Zwischenraum durch Aufbringen eines Feststoffpartikel enthaltenden, fließfähigen Fixiermittels geschaffen wird. Hierdurch wird es in einfacher Weise möglich, einen zum Entweichen der flüchtigen Bestandteile der Materialien erforderlichen Zwischenraum durch das Auftragen des Fi xiermittels zu erzeugen, durch dessen Feststoffpartikel der Abstand der Materialien von einander definiert wird. Dabei ist es nicht erforderlich, zusätzlich zu dem Fixiermittel wei tere Elemente aufzutragen, weil die Feststoffpartikel einen Entgasungsspalt erzeugen und gemeinsam mit dem Fixiermittel ohne einen zusätzlichen Arbeitsschritt aufgetragen werden können. Daher kann der erforderliche Zwischenraum mit lediglich geringem Auf wand erzeugt werden. Ein konstruktiver Eingriff in die Materialien ist dabei ebensowenig erforderlich, wie deren Umformung, so daß sich das Laserschweißverfahren auch unmit telbar zu Anwendung bei bereits vorhandenen Fertigungssystemen eignet.

Als Fixiermittel kann grundsätzlich jede viskose Flüssigkeit eingesetzt werden, die geeig net ist, die Feststoffpartikel zu binden und dadurch nach dem Auftragen ein Abgleiten von den Materialien zu verhindern. Besonders vorteilhaft ist jedoch auch eine Ausführungs form der vorliegenden Erfindung, bei der als Fixiermittel ein die Materialien verbindender Klebstoff eingesetzt wird. Hierdurch wird die Handhabung des Fixiermittels wesentlich erleichtert, indem dieser nach dem Auftragen auf den Materialien durch seine adhäsiven Eigenschaften in seiner Position festgelegt ist. Die Position der Feststoffpartikel erfährt daher auch bei einer nachfolgenden Handhabung der Materialien keine unerwünschte Veränderung. Daher ist auch bei einem bereits aufgetragenen Fixiermittel keine erhöhte Sorgfalt erforderlich. Das Fixiermittel kann dabei je nach Einsatzzweck die Materialien zusätzlich klebend miteinander verbinden, um dadurch eine weitere Festigkeitserhöhung im Bereich der Schweißverbindung zu erreichen.

Eine andere besonders zweckmäßige Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird dadurch geschaffen, daß das Fixiermittel zugleich zu einer insbesondere korrosi onshemmenden Abdichtung des Zwischenraumes der Materialien eingesetzt wird. Auf diese Weise wird zugleich das Eindringen von Umgebungseinflüssen in den Zwischen raum der Materialien verhindert, wodurch sich die Praxistauglichkeit der Schweißverbin dung wesentlich verbessern läßt. Das Fixiermittel kann dabei zusätzlich klebend mit den Materialien verbunden werden, um so die Dichtungswirkung zu verbessern. Ferner ist es zudem denkbar, die Feststoffpartikel zusätzlich mit korrosionshemmenden Bestandteilen zu versehen, die beispielsweise beim Schweißprozeß freigesetzt werden.

Eine andere besonders günstige Ausgestaltung wird auch dann geschaffen, wenn das Fixiermittel dauerhaft, insbesondere elastisch verformbar ist. Hierdurch wird eine mögli cherweise durch Bewegungen oder Verformung der Materialien beim späteren Gebrauch auftretende Undichtigkeit des durch das Fixiermittel begrenzten Zwischenraumes verhin dert. Daher eignet sich das Laserschweißverfahren auch für solche Materialien, die einer dynamischen Beanspruchung ausgesetzt werden.

Eine besonders praxisnahe Abwandlung der vorliegenden Erfindung wird dadurch er reicht, daß als Fixiermittel ein Epoxidharzkleber eingesetzt wird. Hierdurch kann ein in der Praxis bereits erprobter Kleber eingesetzt werden. Dabei erweist sich die Auswaschbe ständigkeit ebenso wie die Fähigkeit, in begrenztem Umfang Öle aufzunehmen, als opti mal geeignet, da hierdurch eine umständliche Vorbehandlung der Oberfläche der Mate rialien entfällt. Das Fixiermittel kann daher unmittelbar auf die zuvor formgebend bear beiteten Materialien aufgetragen werden, ohne daß dabei ein Ablösen des Fixiermittels zu befürchten ist.

Eine weitere besonders zweckmäßige Ausgestaltung der Erfindung wird dann erreicht, wenn dem Fixiermittel die Feststoffpartikel in Abhängigkeit von jeweiligen Prozeßgrößen beigemischt werden. Hierdurch kann das Fixiermittel an die von der jeweiligen Ausge staltung der Schweißverbindung abgestimmten Abmessungen des Zwischenraumes an gepaßt werden. Die Feststoffpartikel, die sich zusätzlich zu ihren Abmessungen auch hinsichtlich ihrer Werkstoffeigenschaften, beispielsweise ihrer Temperaturbeständigkeit, unterscheiden können, werden wahlweise bereits herstellerseitig oder unmittelbar vor der Verarbeitung des Fixiermittels zugefügt. Die Durchführung des Verfahrens wird dadurch zusätzlich vereinfacht.

Weiterhin ist es besonders günstig, wenn als Feststoffpartikel Glaskugeln eingesetzt werden. Diese weisen eine geringe Neigung auf, bei der Schweißbearbeitung flüchtige Bestandteile freizusetzen und sind zudem problemlos verfügbar. Sie weisen einen hohen Verformungswiderstand auf, wobei auch bei einer mechanischen Zerkleinerung eine Mindesthöhe des Zwischenraumes und somit ein ausreichender Entgasungsspalt ge währleistet ist.

Dabei hat sich in der Praxis eine besonders günstige Anwendbarkeit des Fixiermittels dann ergeben, wenn die Glaskugeln einen Durchmesser zwischen 0,1 und 0,4 mm auf weisen. Hierbei hat sich gezeigt, daß der erforderliche Zwischenraum von mindestens 0,1 mm auch bei einer hohen mechanischen Belastung der Materialien, insbesondere zum vorbereitenden Spannen unmittelbar vor dem Schweißen, zuverlässig eingehalten wird. Zugleich kann das Fixiermittel bei der Beimengung derartiger Glaskugeln ohne Ein schränkung mit bereits vorhandenen Vorrichtungen verarbeitet werden.

Die Erfindung läßt zahlreiche Ausführungsformen zu. Zur weiteren Verdeutlichung ihres Grundprinzips ist eine davon in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend be schrieben. Diese zeigt in einer seitlichen Prinzipskizze zwei zur Anwendung des erfin dungsgemäßen Schweißverfahrens vorgesehene Materialien 1, 2. Diese jeweils als beid seitig verzinktes Stahlblech ausgeführten Materialien 1, 2 sind in einem gegenüber einem Randbereich 3 zurückgesetzten Abschnitt 4 durch ein insbesondere elastisch verformba res, beispielsweise zähflüssiges Fixiermittel 5 miteinander verbunden. Dabei enthält das Fixiermittel 5 auf den jeweiligen Verwendungszweck abgestimmte und als Glaskugeln ausgeführte Feststoffpartikel 6, durch die ein in dem Randbereich 3 erzeugter Entga sungsspalt 7 eines Zwischenraumes 8 festgelegt ist. Durch den Entgasungsspalt 7 kön nen die bei dem Schweißprozeß freigesetzten Schweißemissionen problemlos entwei chen, ohne daß hierzu, wie nach dem Stand der Technik bekannt, eine konstruktive Um gestaltung der Materialien 1, 2 erforderlich ist. Das Fixiermittel 5 kann dabei mit den Ma terialien 1, 2 eine Adhäsionsverbindung eingehen, um so den Abschnitt 4 der Verbindung zu verstärken. Wesentliche Aufgabe des Fixiermittels 5 ist jedoch die Festlegung der Feststoffpartikel 6 derart, daß diese auch bei einer anschließend aufgebrachten Fixier kraft zur Vorbereitung der Schweißverbindung nicht abgleiten können. Zugleich dient das Fixiermittel 5 der Abdichtung des Zwischenraumes 8 gegenüber hinteren Teilbereichen der Materialien 1, 2, die dadurch gegenüber einer möglichen Korrosion besser geschützt sind.

BEZUGSZEICHENLISTE

1

Material

2

Material

3

Randbereich

4

Abschnitt

5

Fixiermittel

6

Feststoffpartikel

7

Entgasungsspalt

8

Zwischenraum

Claims

1. Laserschweißverfahren zur Verbindung von zumindest zwei Materialien, zwischen denen ein Zwischenraum vorgesehen wird, um dadurch ein Entweichen der durch den Energieeintrag beim Laserschweißen freigesetzten Schweißemissionen zu er möglichen, dadurch gekennzeichnet, daß der Zwischenraum durch Aufbringen eines Feststoffpartikel enthaltenden, fließfähigen Fixiermittels geschaffen wird.

2. Laserschweißverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Fi xiermittel ein die Materialien verbindender Klebstoff eingesetzt wird.

3. Laserschweißverfahren nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Fixiermittel zugleich zu einer insbesondere korrosionshemmenden Ab dichtung des Zwischenraumes der Materialien eingesetzt wird.

4. Laserschweißverfahren nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Fixiermittel dauerhaft, insbesondere elastisch verformbar ist.

5. Laserschweißverfahren nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Fixiermittel ein Epoxidharzkleber eingesetzt wird.

6. Laserschweißverfahren nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß dem Fixiermittel die Feststoffpartikel in Abhängig keit von jeweiligen Prozeßgrößen beigemischt werden.

7. Laserschweißverfahren nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Feststoffpartikel Glaskugeln eingesetzt werden.

8. Laserschweißverfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Glaskugeln einen Durchmesser zwischen 0,1 und 0,4 mm aufweisen.