DE102009020280A1

DE102009020280A1 - Widerstandspressschweißverfahren und -vorrichtung

Info

Publication number: DE102009020280A1
Application number: DE102009020280A
Authority: DE
Inventors: Astrid Wurm; Rolf Heyll; Herbert Klamser
Original assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Current assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Priority date: 2009-05-07
Filing date: 2009-05-07
Publication date: 2010-11-11
Also published as: CN101879652A; AT508198A2; CN101879652B; CH701032B1; AT508198B1; AT508198A3; FR2945227A1; CH701032A2

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Widerstandspressschweißverfahren zum stoffschlüssigen Verbinden von flächig aufeinander liegenden und beim Schweißen zwischen zwei Elektroden (11, 12) zusammengepressten Blechteilen (1, 2), wobei die zum Schweißen erforderliche Wärme durch elektrischen Widerstand in einer Schweißzone (15) bei einem Stromdurchgang durch die aufeinander liegenden Blechteile (1, 2) entsteht. Um die Eigenschaften von Schweißverbindungen, die durch Widerstandspressschweißen erzeugt werden, weiter zu verbessern, wird die Umgebung der Schweißzone (15) beeinflusst, um die Eigenschaften der Schweißverbindung zu verbessern.

Description

Die Erfindung betrifft ein Widerstandspressschweißverfahren und eine Widerstandspressvorrichtung zum stoffschlüssigen Verbinden von flächig aufeinander liegenden und beim Schweißen zwischen zwei Elektroden zusammengepressten Blechteilen, wobei die zum Schweißen erforderliche Wärme durch elektrischen Widerstand in einer Schweißzone bei einem Stromdurchgang durch die aufeinander liegenden Blechteile entsteht.
Es sind zahlreiche Maßnahmen bekannt, um die Eigenschaften von Schweißverbindungen, die durch Widerstandspressschweißen erzeugt werden, zu verbessern. Aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 1 440 437 ist bekannt, die elektrische Energie, die beim Verschweißen durch die Materialien fließt, zur Regelung des Energiebetrages in einzelnen, kurzen Impulsen zuzuführen. Aus den europäischen Patentanmeldungen EP 0 266 777 A2 oder EP 0 711 623 A1 ist es bekannt, ein spezielles Material zwischen mit Zink plattierten Stahlplatten oder galvanisierten Stahlblechen anzuordnen, um den elektrischen Widerstand beim Verschweißen zu erhöhen. Aus dem US-Patent US 2 379 187 ist es bekannt, die Kontaktflächen der Elektroden beim Widerstandsschweißen zu reduzieren.
Aufgabe der Erfindung ist es, die Eigenschaften von Schweißverbindungen, die durch Widerstandspressschweißen erzeugt werden, weiter zu verbessern.
Die Aufgabe ist bei einem Widerstandspressschweißverfahren zum stoffschlüssigen Verbinden von flächig aufeinander oder aneinander liegenden und beim Schweißen zwischen zwei Elektroden zusammengepressten Blechteilen, wobei die zum Schweißen erforderliche Wärme durch elektrischen Widerstand in einer Schweißzone bei einem Stromdurchgang durch die aufeinander oder aneinander liegenden Blechteile entsteht, dadurch gelöst, dass die Umgebung der Schweißzone beeinflusst wird, um die Eigenschaften der Schweißverbindung zu verbessern. Bei im Rahmen der vorliegenden Erfindung durchgeführten Untersuchungen wurde herausgefunden, dass durch eine gezielte Beeinflussung der Umgebung der Schweißzone die Eigenschaften der Schweißverbindung unter Belastung, zum Beispiel bei einem Crash, deutlich verbessert werden können. Das erfindungsgemäße Widerstandspressschweißverfahren eignet sich besonders zum Verschweißen höherfester beziehungsweise warmumgeformter Stähle.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Widerstandspressschweißverfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass die Umgebungstemperatur der Schweißzone beeinflusst wird, um die Eigenschaften der Schweißverbindung zu verbessern. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wurde herausgefunden, dass die Eigenschaften der Schweißverbindung insbesondere durch Kühlen der Schweißzone verbessert werden können.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Widerstandspressschweißverfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass der Umgebung der Schweißzone zum Kühlen ein Kühlfluid zugeführt wird. Bei dem Kühlfluid kann es sich zum Beispiel um eine Kühlflüssigkeit handeln, die Wasser und/oder Öl enthält.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Widerstandspressschweißverfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass der Umgebung der Schweißzone als Kühlfluid ein gasförmiges Kühlmedium zugeführt wird. Dadurch wird das Handling des Kühlfluids, insbesondere das Abführen des Kühlfluids nach dem Kühlen der Schweißzone, vereinfacht.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Widerstandspressschweißverfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass der Umgebung der Schweißzone an den Kontaktstellen der Elektroden mit den Blechteilen mit Kühlfluid angeströmt wird. Über die Menge und die Temperatur des Kühlfluids kann die Temperatur in der Umgebung der Schweißzone definiert eingestellt werden.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Widerstandspressschweißverfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlfluid über Kühlfluidzuführdüsen zugeführt wird. Die Kühlfluidzuführdüsen sind vorzugsweise so angeordnet, dass die Schweißzone vollständig und/oder gleichmäßig mit dem Kühlfluid angeströmt wird.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Widerstandspressschweißverfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlfluid über die Elektroden zugeführt wird. Dadurch wird die Anwendung des erfindungsgemäßen Schweißverfahrens erheblich vereinfacht.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Widerstandspressschweißverfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass die Blechteile mit der Schweißzone und die Elektroden zum Kühlen in einem Kühlraum angeordnet werden, der ein Kühlfluid enthält. Dabei wird vorzugsweise eine Flüssigkeit als Kühlfluid verwendet.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Widerstandspressschweißverfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass die Blechteile mit der Schweißzone und die Elektroden zum Kühlen in ein Tauchbecken mit Kühlflüssigkeit eingetaucht werden. Über die Temperatur und/oder die Verweildauer der Blechteile mit der Schweißzone in dem Tauchbecken kann die Temperatur in der Schweißzone definiert eingestellt werden.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Widerstandspressschweißverfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass die flächig aufeinander oder aneinander liegenden Blechteile in einem Schweißpunkt verschweißt werden. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren handelt es sich vorzugsweise um ein Widerstandspresspunktschweißverfahren.
Die vorab angegebene Aufgabe ist bei einer Widerstandspressschweißvorrichtung zum stoffschlüssigen Verbinden von flächig aufeinander oder aneinander liegenden und beim Schweißen zwischen zwei Elektroden zusammengepressten Blechteilen, wobei die zum Schweißen erforderliche Wärme durch elektrischen Widerstand in einer Schweißzone bei einem Stromdurchgang durch die aufeinander oder aneinander liegenden Blechteile entsteht, insbesondere gemäß einem vorab beschriebenen Verfahren, durch eine Beeinflussungseinrichtung gelöst, durch welche die Umgebung der Schweißzone beeinflusst wird, um die Eigenschaften der Schweißverbindung zu verbessern. Bei im Rahmen der vorliegenden Erfindung durchgeführten Untersuchungen wurde herausgefunden, dass durch eine gezielte Beeinflussung der Umgebung der Schweißzone die Eigenschaften der Schweißverbindung unter Belastung, zum Beispiel bei einem Crash, deutlich verbessert werden können. Die erfindungsgemäße Widerstandspressschweißvorrichtung eignet sich besonders zum Verschweißen höherfester beziehungsweise warmumgeformter Stähle.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Beeinflussungseinrichtung als Kühleinrichtung ausgeführt ist, durch welche die Umgebungstemperatur der Schweißzone reduziert wird, um die Eigenschaften der Schweißverbindung zu verbessern. Die Kühleinrichtung kann, zum Beispiel durch Verwendung geeigneter Sensoren, mit einer Regelung ausgestattet sein, durch welche der Temperaturverlauf in der Schweißzone geregelt wird.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Beeinflussungseinrichtung als Kühlfluidzuführeinrichtung ausgeführt ist, durch welche der Umgebung der Schweißzone zum Kühlen ein Kühlfluid zugeführt. Bei dem Kühlfluid handelt es sich vorzugsweise um ein gasförmiges Kühlmedium. Es ist aber auch möglich, eine Kühlflüssigkeit zuzuführen.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlfluidzuführeinrichtung Kühlfluidzuführdüsen umfasst, aus denen die Umgebung der Schweißzone an den Kontaktstellen der Elektroden mit den Blechteilen mit Kühlfluid angeströmt wird. Über die Temperatur und/oder die Menge des angeströmten Kühlfluids kann die Temperatur der Schweißzone begrenzt werden bzw. eine beschleunigte Abkühlung erreicht werden.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlfluidzuführeinrichtung in die Elektroden integriert ist. Das liefert den Vorteil, dass für die Kühlfluidzuführeinrichtung kein oder nur wenig zusätzlicher Bauraum benötigt wird.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlfluidzuführeinrichtung Kühlfluidzuführrohre umfasst, welche die Elektroden unter Ausbildung von Ringräumen umgeben, über welche der Umgebung der Schweißzone an den Kontaktstellen der Elektroden mit den Blechteilen Kühlfluid zugeführt wird. Dadurch kann auf einfache Art und Weise sichergestellt werden, dass das Kühlfluid nur in die Umgebung der Schweißzone gelangt.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Beeinflussungseinrichtung einen Kühlraum umfasst, der Kühlfluid enthält, in welchem die Umgebung der Schweißzone und/oder die Elektroden angeordnet werden beziehungsweise wird. Dabei wird vorzugsweise ein flüssiges Kühlmedium verwendet.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Beeinflussungseinrichtung ein Tauchbecken mit Kühlflüssigkeit umfasst, in welche die Blechteile mit der Umgebung der Schweißzone eingetaucht werden. Über die Temperatur und/oder die Verweildauer der Blechteile mit der Schweißzone in dem Tauchbecken kann die Temperatur in der Schweißzone definiert eingestellt werden.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnung verschiedene Ausführungsbeispiele im Einzelnen beschrieben sind. Es zeigen:
1 eine vereinfachte Darstellung einer erfindungsgemäßen Widerstandspressschweißvorrichtung mit zwei Kühlfluidzuführdüsen;
2 ein weiteres Ausführungsbeispiel, bei dem eine Kühlfluidzuführeinrichtung in zwei Elektroden integriert ist und
3 ein weiteres Ausführungsbeispiel mit einem Tauchbecken, das mit Kühlflüssigkeit gefüllt ist.
In den 1 bis 3 sind die Enden von zwei Blechteilen 1, 2 im Längsschnitt dargestellt. Die beiden Blechteile 1 und 2 sind in einem Verbindungsbereich 4 durch einen linsenförmigen Schweißpunkt 5 durch Widerstandspresspunktschweißen stoffschlüssig miteinander verbunden.
Die stoffschlüssige Verbindung wird beziehungsweise wurde mit Hilfe von zwei Elektroden 11, 12 geschaffen, durch welche die beiden Blechteile 1, 2 in einer Schweißzone 15 zusammengedrückt werden. Zum Erzeugen der Schweißverbindung fließt kurzzeitig ein hoher Strom von einer Elektrode 11 durch die beiden Blechteile 1, 2 zu der anderen Elektrode 12. Durch den hohen elektrischen Widerstand zwischen den Blechteilen 1, 2 entsteht die erforderliche Schweißtemperatur.
In 1 ist eine Beeinflussungseinrichtung 20 in der Nähe der Schweißzone 15 angeordnet. Die Beeinflussungseinrichtung 20 umfasst zwei Düsen 21, 22, durch die ein Kühlfluid in Form eines gasförmigen Mediums, zum Beispiel Stickstoff oder Luft, strömt. Die beiden Düsen 21, 22 sind so ausgerichtet, dass die Schweißzone 15 an den Kontaktstellen zwischen den Elektroden 11, 12 und den Blechteilen 1, 2 gleichmäßig mit dem Kühlfluid angeströmt wird.
In 2 ist eine Beeinflussungseinrichtung 30 in die beiden Elektroden 11, 12 integriert. Zu diesem Zweck sind die beiden Elektroden 11, 12 mit jeweils einem Kühlfluidzuführrohr 31, 32 umgeben. Zwischen der Elektrode 11, 12 und dem jeweiligen Kühlfluidzuführrohr 31, 32 ist ein Ringraum 35, 36 ausgebildet, durch den Kühlfluid zu der Schweißzone 15 gelangt. Über die beiden Ringräume 35, 36 gelangt das Kühlfluid zu den Kontaktflächen, an welchen die beiden Elektroden 11, 12 an den Blechteilen 1, 2 anliegen.
In 3 ist eine Beeinflussungseinrichtung 40 mit einem Kühlraum 44 dargestellt, in welchem die Schweißzone 15 der beiden Blechteile 1, 2 und die beiden Enden der Elektroden 11, 12 angeordnet sind. Der Kühlraum 44 ist mit Kühlfluid 45 gefüllt. Bei dem Kühlfluid 45 handelt es sich vorzugsweise um ein flüssiges Kühlmedium, das in einem Tauchbecken 48 aufgenommen ist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- DE 1440437 A [0002]
- EP 0266777 A2 [0002]
- EP 0711623 A1 [0002]
- US 2379187 [0002]

Claims

Widerstandspressschweißverfahren zum stoffschlüssigen Verbinden von flächig aufeinander liegenden und beim Schweißen zwischen zwei Elektroden (11, 12) zusammengepressten Blechteilen (1, 2), wobei die zum Schweißen erforderliche Wärme durch elektrischen Widerstand in einer Schweißzone (15) bei einem Stromdurchgang durch die aufeinander liegenden Blechteile (1, 2) entsteht, dadurch gekennzeichnet, dass die Umgebung der Schweißzone (15) beeinflusst wird, um die Eigenschaften der Schweißverbindung zu verbessern.
Widerstandspressschweißverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Umgebungstemperatur der Schweißzone beeinflusst wird, um die Eigenschaften der Schweißverbindung zu verbessern.
Widerstandspressschweißverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Umgebung der Schweißzone (15) zum Kühlen ein Kühlfluid zugeführt wird.
Widerstandspressschweißverfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Umgebung der Schweißzone (15) als Kühlfluid ein gasförmiges Kühlmedium zugeführt wird.
Widerstandspressschweißverfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Umgebung der Schweißzone (15) an den Kontaktstellen der Elektroden (11, 12) mit den Blechteilen (1, 2) mit Kühlfluid angeströmt wird.
Widerstandspressschweißverfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlfluid über Kühlfluidzuführdüsen (21, 22) zugeführt wird.
Widerstandspressschweißverfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlfluid über die Elektroden (11, 12) zugeführt wird.
Widerstandspressschweißverfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Blechteile (1, 2) mit der Schweißzone (15) und die Elektroden (11, 12) zum Kühlen in einem Kühlraum (44) angeordnet werden, der ein Kühlfluid enthält.
Widerstandspressschweißverfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Blechteile (1, 2) mit der Schweißzone (15) und die Elektroden (11, 12) zum Kühlen in ein Tauchbecken (48) mit Kühlflüssigkeit (45) eingetaucht werden.
Widerstandspressschweißverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die flächig aufeinander liegenden Blechteile (1, 2) in einem Schweißpunkt (5) verschweißt werden.
Widerstandspressschweißvorrichtung zum stoffschlüssigen Verbinden von flächig aufeinander liegenden und beim Schweißen zwischen zwei Elektroden (11, 12) zusammengepressten Blechteilen (1, 2), wobei die zum Schweißen erforderliche Wärme durch elektrischen Widerstand in einer Schweißzone (15) bei einem Stromdurchgang durch die aufeinander liegenden Blechteile entsteht, insbesondere gemäß einem Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Beeinflussungseinrichtung, durch welche die Umgebung der Schweißzone (15) beeinflusst wird, um die Eigenschaften der Schweißverbindung zu verbessern.
Widerstandspressschweißvorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Beeinflussungseinrichtung (20; 30; 40) als Kühleinrichtung ausgeführt ist, durch welche die Umgebungstemperatur der Schweißzone (15) reduziert wird, um die Eigenschaften der Schweißverbindung zu verbessern.
Widerstandspressschweißvorrichtung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Beeinflussungseinrichtung (20; 30) als Kühlfluidzuführeinrichtung ausgeführt ist, durch welche der Umgebung der Schweißzone (15) zum Kühlen ein Kühlfluid zugeführt wird.
Widerstandspressschweißvorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlfluidzuführeinrichtung (20) Kühlfluidzuführdüsen (21, 22) umfasst, aus denen die Umgebung der Schweißzone (15), an den Kontaktstellen der Elektroden (11, 12) mit den Blechteilen (1, 2) mit Kühlfluid angeströmt wird.
Widerstandspressschweißvorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlfluidzuführeinrichtung (30) in die Elektroden (11, 12) integriert ist.
Widerstandspressschweißvorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlfluidzuführeinrichtung (30) Kühlfluidzuführrohre (31, 32) umfasst, welche die Elektroden (11, 12) unter Ausbildung von Ringräumen (35, 36) umgeben, über welche der Umgebung der Schweißzone (15) an den Kontaktstellen der Elektroden (11, 12) mit den Blechteilen (1, 2) Kühlfluid zugeführt wird.
Widerstandspressschweißvorrichtung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Beeinflussungseinrichtung (40) einen Kühlraum (44) umfasst, der Kühlfluid (45) enthält, in welchem die Umgebung der Schweißzone (15) und/oder die Elektroden (11, 12) angeordnet werden beziehungsweise wird.
Widerstandspressschweißvorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Beeinflussungseinrichtung (40) ein Tauchbecken (48) mit Kühlflüssigkeit (45) umfasst, in welche die Blechteile (1, 2) mit der Umgebung der Schweißzone (15) eingetaucht werden.