DE102010061502A1

DE102010061502A1 - Verfahren zum Fügen von Verbundblechteilen

Info

Publication number: DE102010061502A1
Application number: DE102010061502A
Authority: DE
Inventors: Azeddine Chergui; Robert Klimek
Original assignee: ThyssenKrupp Steel Europe AG
Current assignee: ThyssenKrupp Steel Europe AG
Priority date: 2010-12-22
Filing date: 2010-12-22
Publication date: 2012-01-19

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Fügen eines Verbundblechteils umfassend mindestens zwei äußere Deckbleche aus Metall und mindestens eine zwischen den Deckblechen angeordnete nichtmetallische Schicht, vorzugsweise eine Kunststoffschicht, mit einem weiteren Bauteil aus Metall. Die Aufgabe, ein Verfahren zum Fügen von Verbundblechteilen mit weiteren Bauteilen zur Verfügung zu stellen, bei welchem die nichtmetallische Schicht des Verbundblechteils nicht oder nur in sehr geringem Maße beschädigt wird und dennoch eine hochfeste Verbindung zwischen einem Bauteil aus Metall und einem Verbundblechteil bereitgestellt wird dadurch gelöst, dass beide äußeren Deckbleche des Verbundblechteils zumindest teilweise vom Bauteil überlappt werden und im Überlappungsbereich das Bauteil mit mindestens einem der äußeren Deckbleche des Verbundblechteils gefügt werden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Fügen eines Verbundblechteils umfassend mindestens zwei äußere Deckbleche aus Metall und mindestens eine zwischen den Deckblechen angeordnete nichtmetallische Schicht, vorzugsweise eine Kunststoffschicht, mit einem weiteren Bauteil aus Metall. Daneben betrifft die Erfindung eine gefügte Blechkonstruktion umfassend ein Bauteil, welches mit dem Verbundblechteil gefügt ist.
Verbundblechteile, welche in Form eines Sandwichsbleches zwei äußere Deckbleche aus Metall und mindestens eine dazwischen liegende nichtmetallische, beispielsweise aus Kunststoff bestehende, Schicht aufweisen, werden zunehmend als sogenannte Leichtbleche im Kraftfahrzeugbau verwendet. Ein Grund für ihre zunehmende Verwendung liegt darin, dass die Verbundblechteile Eigenschaften aufweisen können, welche sich bei Vollmaterial häufig gegenseitig ausschließen. Beispielsweise ermöglicht ein gattungsgemäßes Verbundblechteil trotz seines geringen Gewichts sehr lokale Steifigkeiten und Festigkeiten und kann gute Schalldämpfung bereitstellen. Viele Anwendungen erfordern es aber, dass diese Verbundblechteile mit anderen Blechteilen oder Bauteilen gefügt werden müssen. Die häufig bei Blechen angewendeten Fügeverfahren, wie Schmelzschweißen und Löten, verursachen allerdings Probleme aufgrund ihres hohen Wärmeeintrags. Hierdurch können Schäden am Verbundblechteil entstehen, da die zwischen den metallischen Deckblechen angeordnete nichtmetallische Schicht bzw. Kunststoffschicht durch den Wärmeeintrag beschädigt werden kann. Das Schweißen und Löten von Verbundblechteilen mit anderen Bauteilen war bisher als kritisch eingestuft worden. Aus der US-Patentanmeldung US 2008/0087650 A1 ist ein Verfahren zur Reparatur eines geschweißten Verbundblechteils mit einem Bauteil, vorliegend einem Rohr, bekannt, bei welchem die defekte Schweißverbindung durch eine neue Schweißverbindung ersetzt werden soll. Bei diesem bekannten Verfahren wird zunächst ein Dorn durch das Verbundblechteil bis zum Rohr getrieben. Der Dorn wird anschließend entfernt und die entsprechende Stelle über ein Widerstandsschweißen punktgeschweißt. Beim Eintreiben des Dornes durch das Verbundblechteil werden die beiden äußeren Deckbleche verformt und miteinander verbunden, so dass ein Stromfluss trotz der isolierenden nichtmetallischen Schicht zwischen den Deckblechen des Sandwichteils beim Widerstandsschweißen zustande kommt. Allerdings muss bei dem Verfahren das Verbundblechteil an dieser Stelle zerstört werden. Darüber hinaus kann eine Beschädigung der zwischen den äußeren Deckblechen bestehenden Kunststoffschicht beim Widerstandsschweißen in der Regel nicht ausreichend sicher vermieden werden. Das bekannte Verfahren ist daher nicht ohne weiteres für die Herstellung von gefügten Blechkonstruktionen, welche ein Verbundblechteil mit einem Bauteil aus Metall verbindet und beispielsweise in Kraftfahrzeugen verwendet werden, geeignet. Zudem stellt das Eintreiben und Entfernen des Dorns einen zusätzlichen Verarbeitungsschritt dar, der mit weiteren Kosten behaftet ist.
Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Fügen von Verbundblechteilen mit weiteren Bauteilen zur Verfügung zu stellen, bei welchem die nichtmetallische Schicht des Verbundblechteils nicht oder nur in sehr geringem Maße beschädigt wird und dennoch eine hochfeste Verbindung zwischen einem Bauteil aus Metall und einem Verbundblechteil bereitgestellt wird. Darüber hinaus ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine entsprechend gefügte Blechkonstruktion vorzuschlagen.
Die oben genannte Aufgabe wird gemäß einer ersten Lehre der vorliegenden Erfindung dadurch gelöst, dass beide äußeren Deckbleche des Verbundblechteils zumindest teilweise vom Bauteil überlappt werden und im Überlappungsbereich das Bauteil mit mindestens einem der äußeren Deckbleche des Verbundblechteils gefügt wird. Anders als aus dem Stand der Technik bekannt, überlappt das Bauteil, mit welchem das Verbundblechteil verbunden werden soll, beide äußeren Deckbleche des Verbundblechteils und kann so beim Fügen, d. h. beim Kleben, Schweißen, Löten eine besonders feste Verbindung zwischen den äußeren Deckblechen des Verbundblechteils und dem Bauteil bereitstellen, ohne dass die zwischen den äußeren Deckblechen liegende nichtmetallische Schicht, welche vorzugsweise aus Kunststoff besteht, beeinträchtigt wird. Durch den beidseitigen Überlappungsbereich des Bauteils mit den beiden äußeren Deckblechen können beide äußeren Deckbleche zur Bereitstellung der Verbindung zwischen Bauteil und Verbundblechteil genutzt werden. Dies erhöht die Festigkeit der Verbindung und ermöglicht, dass nur die Deckbleche bei der Erzeugung der Verbindung involviert sind.
Die Dicken für die verwendeten Metallteile liegen beim Verbundblechteil zwischen 0,1 bis 0,8 mm, wobei insbesondere maximal 0,5 mm vorzugsweise maximal 0,3 mm verwendet werden. Die zwischen den Deckblechen des Verbundblechteils vorgesehenen nichtmetallische Schicht, vorzugsweise eine Kunststoffschicht oder Kunststoffschaumschicht weist Dicken von 0,1 bis 1,5 mm auf. Durch die Auswahl der Legierungen, der Dicken der Metallteile sowie die Auswahl der Dicke der nichtmetallischen Schicht kann das Gesamtgewicht der Blechkonstruktion reduziert werden.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann alternativ oder kummulativ ein Verbindungsteil aus einem Metall verwendet werden, welches ein- oder beidseitig die äußeren Deckbleche des Verbundblechteils zumindest teilweise überlappt, das Verbindungsteil im Überlappungsbereich zumindest mit einem äußeren Deckblech des Verbundblechteils gefügt ist, wobei das Verbindungsteil zusätzlich mit dem Bauteil über eine stoff-, form- und/oder kraftschlüssige Verbindung verbunden ist. Die Verwendung eines Verbindungsteils, welches den Überlappungsbereich mit dem Verbundblechteil einseitig oder beidseitig des Verbundblechteils bereitstellt, verbessert die Flexibilität hinsichtlich der Befestigungsmöglichkeiten eines Verbundblechteils an dem Bauteil aus Metall deutlich. Insbesondere ist es möglich, das Verbundblechteil ohne Anpassung des Bauteils mit diesem zu verbinden und eine sehr gute Anbindung des Verbundblechteils an das Bauteil allein durch eine Verbindung des Verbindungsteils mit dem Bauteil zu erzielen. Wird das Verbindungsteil anstelle des Bauteils alternativ zur Ausbildung eines Überlappungsbereichs mit dem Verbundblechteil verwendet, überlappt das Verbindungsteil beide äußeren Deckbleche des Verbundblechteils zumindest teilweise und kann damit eine Fügefläche zwischen Verbindungsteil und dem Verbundblechteil bzw. den äußeren Deckblechen des Verbundblechteils bereitstellen. Bei der kummulativen Verwendung eines Verbindungsteils stellt das Verbindungsteil einen Überlappungsbereich auf einem der äußeren Deckbleche des Verbundblechteils bereit und wird einerseits mit dem Verbundblechteil und andererseits mit dem Bauteil gefügt. Auch hierdurch ergibt sich eine besonders gute Verbindung zwischen Verbundblechteil und Bauteil ohne die zwischen den äußeren Deckblechen angeordnete Kunststoffschicht zu beschädigen.
Als Metalle kommen sowohl für das Verbindungsteil als auch für das Bauteil Stahl, Aluminium- oder Magnesiumlegierungen in Frage. Die Dicke des Verbindungsteils ist derart anzupassen, dass es in der Konstruktion keine Schwachstelle bildet.
Überlappt gemäß einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens das Verbindungsteil das Verbundblechteil und das Bauteil zumindest teilweise beidseitig und wird in den gebildeten Überlappungsbereichen das Verbindungsteil mit dem Bauteil und dem Verbundblechteil gefügt, kann beispielsweise auch das Bauteil als sandwichartiges Verbundblech ausgebildet sein und dennoch eine einfache Fügeverbindung zwischen beiden Verbundblechteilen zur Verfügung gestellt werden.
Besteht gemäß einer weiteren Ausgestaltung das Bauteil aus einem Verbundwerkstoff, beispielsweise ebenfalls aus einem Leichtblech, kann eine zusätzliche Gewichtsersparnis erzielt werden. Eine besonders gut mit einem Verbindungsteil oder mit dem Verbundblechteil schweißbare oder lötbare Verbindung kann dagegen bereitgestellt werden, wenn das Bauteil aus einem metallischen Vollmaterial besteht.
Besonders einfache Verbindungsteile können dadurch bereitgestellt werden, dass diese einen s-förmigen, y-förmigen, einen doppelt y-förmigen oder einen x-förmigen Querschnitt aufweisen. S-förmige Verbindungsteile dienen dazu das Verbundblechteil einseitig zu überlappen. Y-förmige Verbindungsteile können dagegen an einem Ende des Verbindungsteils ein Verbundblechteil beidseitig überlappen und an dem gegenüberliegenden Ende einen mit einem Bauteil verschweißbaren Anbindungsbereich zur Verfügung stellen. Der doppelt y-förmige Querschnitt stellt an beiden Enden des Verbindungsteils einen Überlappungsbereich bereit, so dass beispielsweise auf einfache Weise ein Bauteil, welches als Verbundblechteil ausgebildet ist, mit dem Verbundblechteil gefügt werden kann. Dies gilt auch für ein Verbindungsteil, welches einen x-förmigen Querschnitt aufweist. Weist das Verbindungsteil eine Bördelung auf, kann auch das Verbundblechteil in die gebildete Falz der Bördelung eingebracht werden und ein beidseitiger Überlappungsbereich der äußeren Deckbleche des Verbundblechteils zum Fügen zur Verfügung gestellt werden.
Zur Vermeidung von Korrosion im Bereich der Kante des Verbundblechteils kann gemäß einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens an die im Überlappungsbereich aufgenommenen Kante des Verbundblechteils zumindest teilweise über eine Dichtklebung abgedichtet werden. Die Dichtklebung wird stirnförmig an der Kante des Verbundblechteils angeordnet, so dass die Kante vor Korrosion geschützt ist.
Beim Fügen von Verbundblechteilen mit Bauteilen aus Metall kommen verschiedene Fügeverfahren in Frage. Vorteilhaft ist die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens dann, wenn das Fügen durch ein Widerstandsschweißen, ein Laserschweißen, ein Löten aber auch ein Kleben erfolgt. Bei den Schweiß- oder Lötverfahren wird durch das erfindungsgemäße Verfahren jeweils eine ausreichende Metallgrenzfläche zur Verfügung gestellt, welche beispielsweise geschweißt oder gelötet werden kann. Beim Kleben stellt das beidseitige Überlappen des Verbundblechteils ausreichende Klebeflächen zur Verfügung, um die stoffschlüssige Verbindung zwischen Verbundblechteil und Bauteil bzw. Verbindungsteil ausreichend stabil auszugestalten.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden zur Ausbildung der Strompfade beim Widerstandsschweißen Klemmelektroden, Rollenelektroden und/oder Strombrücken verwendet. Bevorzugt wird auch eine Rollenelektrode als Schweißelektrode verwendet. Alle drei Elektrodenformen sind besonders einfach und können eine ausreichende Stromführung bzw. eine ausreichende Erwärmung der Kontaktzonen, beispielsweise im Falle von Schweißelektroden, bereitstellen.
Werden beim einseitigen oder zweiseitigen Widerstandsschweißen mindestens zwei Strompfade gebildet, wobei ein erster Strompfad sich über eine erste Schweißelektrode und die beiden äußeren Deckbleche des Verbundblechteils bis zur Kontaktierungselektrode oder bis zu einer zweiten Schweißelektrode erstreckt und erstreckt sich mindestens ein zweiter Strompfad von der ersten Schweißelektrode über den Überlappungsbereich des Bauteils und/oder des Verbindungsteils, über das Bauteil selbst und/oder das Verbindungsteil selbst bis zur Kontaktierungselektrode oder der zweiten Schweißelektrode, kann ein Widerstandsschweißen eines Verbundblechteils durchgeführt werden, bei welchem insbesondere eine qualitativ hochwertige Schweißverbindung zwischen dem äußeren Deckblech und dem Bauteil bzw. dem Verbindungsteil erzeugt wird, ohne die dazwischen liegende, nichtmetallische Schicht bzw. Kunststoffschicht des Verbundblechteils zu beeinträchtigen. Vor allem können hierdurch ausreichend prozesssicher stabile Schweißverbindungen zwischen dem Verbundblechteil und einem Bauteil oder einem Verbindungsteil aus Metall zur Verfügung gestellt werden.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens weist das Verbindungsteil Prägungen auf, welche vor dem Widerstandsschweißen die nichtmetallische Schicht bzw. die Kunststoffschicht des Verbundblechteils beispielsweise lokal durchstoßen, so dass beim Widerstandsschweißen Schweißverbindungspunkte an den Durchstoßstellen gebildet werden. Diese Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens erfordert lediglich einen einzigen Strompfad, welcher sich von der ersten Elektrode durch das Verbindungsteil über die Prägungen zu einem äußeren Deckblech des Verbundblechteils und anschließend zur zweiten Elektrode führt. Auch die Elektrodengeometrie kann bei diesem Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens besonders einfach ausgestaltet werden.
Gemäß einer zum Widerstandsschweißen alternativen Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird ein Schmelzschweißen unter Verwendung eines Laserstrahls durchgeführt, bei welchem der Laserstrahl die äußeren Deckbleche des Verbundblechteils nicht vollständig durchdringt. Hierdurch wird erreicht, dass der Laserstrahl, welcher zur Erzeugung der Schweißverbindung das Bauteil bzw. das Verbindungsteil durchdringt und auf die äußeren Deckbleche des Verbundblechteils trifft, die nichtmetallische Schicht bzw. die Kunststoffschicht zwischen den äußeren Deckblechen des Verbundblechteils nicht in Mitleidenschaft zieht. Bei diesem Verfahren ist es auch möglich, dass beim Schmelzschweißen eine Kehlnaht zwischen Bauteil bzw. Verbindungsteil und einem äußeren Deckblech des Verbundblechteils erzeugt wird, welche stirnseitig entlang der Kante der die Überlappungsbereiche bildenden Bereiche des Bauteils oder des Verbindungsteils verläuft. Bei beiden Konfigurationen wird die nichtmetallische Zwischenlage des Verbundblechteils so wenig wie möglich beeinträchtigt.
Ebenfalls alternativ zum Widerstandsschweißen und zum Schmelzschweißen ist es möglich, ein MIG-Löten durchzuführen, wobei die äußeren Deckbleche des Verbundblechteils mit dem Überlappungsbereich des Bauteils und/oder des Verbindungsbereichs verlötet werden. Auch bei diesem Verfahren besteht die Möglichkeit die nichtmetallische Zwischenschicht des Verbundblechteils unbeschädigt zu lassen, da sich die Erwärmung insbesondere auf die Grenzfläche zwischen Bauteil und/oder Verbindungsteil zu den äußeren Deckblechen beschränkt.
Gemäß einer zweiten Lehre der vorliegenden Erfindung wird die oben aufgezeigte Aufgabe durch eine gefügte Blechkonstruktion gelöst, welche vorzugsweise mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt worden ist und ein Bauteil aus Metall und ein mit dem Bauteil gefügtes Verbundblechteil aufweist, welches mindestens zwei äußere Deckbleche aus Metall und mindestens eine zwischen den Deckblechen angeordnete nichtmetallische Schicht, vorzugsweise eine Kunststoffschicht, umfasst. Bei der gefügten Blechkonstruktion überlappen das Bauteil und/oder ein mit dem Bauteil verbundenes Verbindungsteil aus Metall das Verbundblechteil zumindest teilweise. Im Überlappungsbereich des Bauteils und/oder des Verbindungsteils ist mindestens eine gefügte Verbindung, insbesondere Schweiß-, Löt- oder Klebeverbindung zwischen den Deckblechen und dem Bauteil und/oder dem Verbindungsteil vorgesehen. Wie bereits zuvor ausgeführt, ermöglicht die erfindungsgemäße Blechkonstruktion, dass ein Verbundblechteil ohne Beschädigung oder wesentliche Beeinträchtigung der nichtmetallischen Zwischenschicht mit einem Bauteil gefügt werden kann. Die erfindungsgemäße Blechkonstruktion verfügt nicht nur über verbesserte Eigenschaften gegenüber Vollmaterialblechkonstruktionen, sondern kann auch auf einfache Weise hergestellt werden. Die Blechkonstruktion kann dabei sowohl aus Stahl, einer Aluminiumlegierung oder auch einer Magnesiumlegierung bestehen. Die üblichen Metallblechdicken, welche für die Verbundblechteile bzw. Leichtbleche verwendet werden, betragen zwischen 0,1 mm und 0,8 mm bei den Deckblechen, wobei insbesondere maximal 0,5 mm vorzugsweise maximal 0,3 mm dicke Deckbleche verwendet werden. Die nichtmetallische Zwischenschicht des Verbundblechteils weist üblicherweise eine Schichtdicke von 0,1 mm bis 1,5 mm auf.
Gemäß einer nächsten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Blechkonstruktion ist mindestens ein Verbindungsteil mit einem s-förmigen, y-förmigen, einem doppelt y-förmigen oder einen x-förmigen Querschnitt und/oder einer Bördelung zur Aufnahme der zu überlappenden Bereiche des Verbundblechteils vorgesehen, wobei das Verbindungsteil mit dem Bauteil stoff-, kraft-, und/oder formschlüssig verbunden ist. Wie bereits zuvor ausgeführt, ermöglicht die Verwendung mindestens eines Verbindungsteils mit einem entsprechenden Querschnitt eine einfache und flexible Verbindung des Bauteils mit dem Verbundblechteil unabhängig von der spezifischen Geometrie und Werkstoff des Bauteils. Beispielsweise lassen sich je nach Wahl des Verbindungsteils sowohl flanschbehaftete Bauteile als auch flanschlose Bauteile mit einem Verbundblechteil fügen.
Eine besonders bevorzugte Variante der erfindungsgemäßen Blechkonstruktion wird dadurch erreicht, dass das Bauteil und das Verbundblechteil ein Teil eines Kraftfahrzeugs bilden. Gerade im Kraftfahrzeugbau spielt bei gleichen oder verbesserten Steifigkeit- und Festigkeitseigenschaften eine zusätzliche Gewichtsersparnis eine große Rolle. Insbesondere vorteilhaft ist dabei die Verwendung der gefügten Blechkonstruktion im Bereich der Kraftfahrzeugkarosserie.
So kann gemäß zweier weiterer Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Blechkonstruktion ein besonderer Gewichtsvorteil dadurch erzielt werden, dass das Bauteil als Seitenholm oder als eine seitliche Verstärkung einer Motorhaube und das Verbundblechteil als Dach einer Kraftfahrzeugkarosserie oder als Motorhaube ausgebildet ist. In beiden Varianten verringert die Verwendung des Verbundblechteils das Gewicht des Kraftfahrzeuges, wobei gleichzeitig die Eigenschaften bezüglich der lokalen Beulsteifigkeit und -festigkeit gegenüber Vollmaterial erhalten werden. Darüber hinaus können Schall- und Aufpralldämpfung verbessert werden.
Im Weiteren soll die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der Zeichnung näher erläutert werden. Die Zeichnung zeigt in
1 ein erstes Ausführungsbeispiel eines Verfahrens zum Fügen eines Verbundblechteils durch ein Widerstandsschweißen in einer schematischen Schnittansicht,
2 ebenfalls in einer schematischen Schnittansicht das Verfahren aus 1 unter Verwendung eines Bauteils mit y-förmigem Querschnitt,
3a) bis 9b) in einer schematischen Schnittansicht mehrere Ausführungsbeispiele von Verbindungsteilen und deren Verwendung,
10 ein weiteres Ausführungsbeispiel in einer schematischen Schnittansicht, bei welchem eine Hybridverbindung realisiert worden ist,
11a) bis 11c) ein weiteres Ausführungsbeispiel des Verfahrens zum Fügen von Verbundblechteilen mit einem Verbindungsteil mit Prägungen und einem Widerstandsschweißen,
12 die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens auf einen Seitenholm und auf ein Dach eines Kraftfahrzeugs,
13 eine alternative Ausführung des Verfahrens aus 12,
14 eine weitere alternative Ausgestaltung des Verfahrens aus 12,
15 bis 17 in einer schematischen Schnittansicht ein weiteres Ausführungsbeispiel des Verfahrens zum Fügen einer Motorhaube an ein seitliches Verstärkungsbauteil,
18 in einem weiteren Ausführungsbeispiel die Anwendung eines Laserschweißverfahrens,
19 in einem weiteren Ausführungsbeispiel die Anwendung eines MIG-Lötverfahrens,
20 die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens an einem Seitenholm und einem Dach eines Kraftfahrzeugs unter Verwendung eines Laserschweißverfahrens sowie
21 das Ausführungsbeispiel aus 20 mit einem alternativen Verbindungsteil.
Zunächst zeigt 1 ein Verbundblechteil 1, welches zwei metallische Deckbleche 2, 3 und eine dazwischen liegende nichtmetallische Schicht, vorliegend eine Kunststoffschicht 4 aufweist. Das Verbundblechteil 1 wird mit dem Bauteil 5 in dem dargestellten Ausführungsbeispiel über ein Widerstandsschweißen gefügt. Das Bauteil 5 überlappt die beiden äußeren Deckbleche 2, 3 des Verbundblechteils 1. Über die Schweißelektroden 6, 7 wird eine Spannung an das Bauteil 5 angelegt und zwei Strompfade 8 und 9 erzeugt. Der erste Strompfad 8 erstreckt sich von einer Schweißelektrode 6 über das Bauteil 5 und die äußeren Deckbleche 3, 2 bis zur nächsten Schweißelektrode 7. Dabei wird über eine Strombrücke 10 der erste Strompfad 8 über das Verbundblechteil 1 geschlossen bzw. erst ermöglicht. Der zweite Strompfad 9 wird über die Klemmelektroden 11, 12 oder über eine Strombrücke 13 ermöglicht und erstreckt sich somit von einer Schweißelektrode 6 über das Bauteil 5 selbst über die Strombrücke 13 oder die Klemmelektroden 11, 12 zur zweiten Schweißelektrode 7. Der Schweißstrom kann dann über die Spannungsquelle bzw. Stromquelle 14 eingestellt werden.
Die Schweißelektroden 6, 7 können auch als Rollenelektroden (nicht dargestellt) ausgebildet sein, so dass bei Drehung der Rollenelektroden in spezifischen Abständen Widerstandschweißpunkte erzeugt werden können.
Aufgrund der Verteilung des Stroms auf beide Strompfade ergibt sich im Bereich der Schweißzone 15 eine vorteilhafte Stromverteilung und eine damit verbundene Erwärmung und Verschweißung der äußeren Deckbleche 2, 3 mit dem Bauteil 5. Die nichtmetallische Schicht 4 wird beim Verschweißen nur unwesentlich beeinträchtigt.
2 zeigt das erfindungsgemäße Verfahren aus 1 unter Verwendung eines Bauteils 5' mit einem y-förmigen Querschnitt, so dass keine Klemmelektroden oder Strombrücken zur Erzeugung des zweiten Strompfades benötigt werden. Es hat sich herausgestellt, dass ein einwandfreies Widerstandsschweißen des Verbundblechteils 1 mit dem Bauteil 5' bzw. 5 nur durch die Ausbildung der genannten zwei Strompfade 8, 9 gewährleistet werden kann. Wird nur ein Strompfad verwendet, können Fehler in der Schweißverbindung auftreten.
3a) zeigt in einer Schnittansicht ein s-förmiges Verbindungsteil 16 aus Metall. Das Verbindungsteil 16 wird auf das Bauteil 5 elektrisch leitend gefügt, beispielsweise geschweißt oder gelötet. Dies zeigt die 3b). Das Verbundblechteil 1 wird dann in der durch das Bauteil 5 und das Verbindungsteil 16 gebildeten Aufnahme eingeschoben, so dass das Verbindungsteil 16 und das Bauteil 5 die beiden äußeren Deckbleche 2, 3 des Verbundblechteils 1 zumindest teilweise überlappen. Anschließend kann durch Anbringen einer Strombrücke 10 an das Verbundblechteil 1, welche die beiden Deckbleche des Verbundblechteils 1 kurzschließt, durch Anwendung eines Widerstandsschweißens das Verbundblechteil 1 mit dem Bauteil 5 gefügt werden.
4a) zeigt ein Verbindungsteil 17, welches einen y-förmigen Querschnitt aufweist. Das Verbindungsteil 17 kann dadurch eine Aufnahme für das Verbundblechteil 1 bereitstellen, um beide äußeren Deckbleche 2, 3 des Verbundblechteils 1 zumindest teilweise zu überlappen. Dies zeigt 4b). Das Bauteil 5 ist wiederum mit dem Verbindungsteil 18 elektrisch leitend verbunden, so dass das Ausführungsbeispiel in 4b) ebenso durch ein Widerstandsschweißen gefügt werden kann, wie das in 3b) dargestellte Ausführungsbeispiel.
Die 5a) und 6a) zeigen Verbindungsteile 18, 19, welche einen x-förmigen Querschnitt aufweisen und zwei Aufnahmen für zwei Verbundblechteile 1 und 20 zur Verfügung stellen. Über das Verbindungsteil 19 können zwei Verbundblechteile 1 und 20 mit einem Bauteil 5 gefügt werden. Dies ermöglicht auch das in 7a) und 8a) dargestellte Verbindungsteil 21, 22, welches einen doppelt y-förmigen Querschnitt aufweist.
In 9a) ist ein Verbindungsteil offenbart, welches eine Bördelung zur Aufnahme des Verbundblechteils 1 aufweist. Die Aufnahme des Verbundblechteils 1 ist in 9b) dargestellt. Das Verbindungsteil 23 stellt durch die Bördelung eine Aufnahme für das Verbundblechteil 1 bereit, so dass ein Widerstandsschweißen wie in den zuvor dargestellten Ausführungsbeispielen möglich ist.
Die Verwendung eines doppelt y-förmigen Verbindungsteils 22 eröffnet dazu völlig neue Möglichkeiten für die Bereitstellung einer Hybridverbindung. In 10 ist schematisch ein Verbindungsteil 22 dargestellt, welches eine Verbindung eines Verbundblechteils 1 mit einem Bauteil 24 aus beispielsweise Kohlefasermaterial über eine Klebeverbindung 25 und/oder Stanzniet-/...verbindungen ermöglicht. Die Fügeverbindung zwischen dem Verbindungsteil 22 und dem Verbundblechteil 1 wird wiederum über ein Widerstandsschweißen unter Verwendung von Schweißelektroden 6, 7 und einer Strombrücke 10 erreicht. Zusätzlich zeigt10 eine Dichtklebung 26, welche zur Verringerung der Korrosion der Kantenbereiche des Verbundblechteils 1 vorgesehen ist.
Eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens, bei welchem ein Widerstandsschweißen verwendet wird, zeigen 11a) bis 11c) schematisch. Das Verbindungsteil 27 weist zusätzlich Prägungen 28 auf, welche in das Verbundblechteil 1 eingedrückt werden, so dass diese mit dem gegenüberliegenden Teil des y-förmigen Querschnitts des Verbindungsteils 27 Kontakt haben, 11b). Wird nun ein Strom durch die Elektroden 29, 30 durch das Verbindungsteil 27 geleitet, so können die Kontaktstellen der Prägungen 28 mit dem Verbindungsteil 27 verschweißen und eine feste Verbindung mit dem Verbundblechteil 1 bilden. Das Verbindungsteil 27 ist wiederum stoffschlüssig mit einem Bauteil 5 gefügt. In 11c) ist schematisch eine Stromquelle 31 gezeigt, welche den Stromfluss ermöglicht und durch welchen die Schweißzonen 32 erzeugt werden.
12 zeigt die Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens bei der Ankopplung eines als Verbundblechteil ausgebildeten Dachs 33 mit einem Teil des Seitenholms 34. Es wird ein Verbindungsteil 35 verwendet, welches gemeinsam mit dem Bauteil 34 das Verbundblechteil 33 bzw. die äußeren Deckbleche des Verbundblechteils 33 zumindest teilweise überlappt. Beim Widerstandsschweißen wird ein erster Strompfad über den Seitenholm 34 und das Verbindungsteil 35 zwischen den Elektroden 6, 7 erzeugt. Ein weiterer Strompfad wird durch die Strombrücke 10 oder über nicht dargestellte Klemmelektroden über die Deckbleche des Verbundblechteils 33 ermöglicht. Insbesondere die Möglichkeit, Verbundblechteile 1 oder 33 auf einfache Weise im Kraftfahrzeugbereich mit anderen Bauteilen zu verschweißen, ermöglicht deren kostengünstigen Einsatz und eine weitere Gewichtsreduzierung der Kraftfahrzeuge.
In 13 ist ein alternatives Verbindungsteil 36 mit einem y-förmigen Querschnitt dargestellt. Die Anbindung des Verbundblechteils 33 an den Teil des Seitenholms 34 kann also auch über eine stoffschlüssige Verbindung des Verbindungsteils 36 mit dem Teil des Seitenholms 34 erfolgen.
Eine weitere Alternative zum zweiseitigen Widerstandsschweißen eines Verbundblechteils mit einem Verbindungsteil zeigt 14 schematisch. Hier wird das Verbundblechteil 33 über ein einseitiges Widerstandsfügen unter Verwendung eines y-förmigen Verbindungsteils 36, das bereits mit dem flanschlosen Holm 38 verschweißt ist, unter Verwendung einer Kontaktierungselektrode 37 verschweißt.
Die 15 bis 17 zeigen schematisch die Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Verbindung eines Verbundblechteils 39, welches eine Motorhaube eines Kraftfahrzeugs bilden soll. Zunächst wird wie in 15 dargestellt, ein y-förmiges Verbindungsteil 36 mit einem Verstärkungsteil 40 einer Motorhaube durch zweiseitiges Widerstandsschweißen unter Verwendung der Elektroden 41 und 42 verbunden. Darüber hinaus wird in der durch den y-förmigen Querschnitt gebildeten Aufnahme eine Dichtklebung 26 eingebracht. Anschließend wird das Verbundblechteil 39 in die Aufnahme eingeschoben, bis Kontakt mit der Dichtklebung 26 erfolgt. Über die Elektroden 6, 7 wird dann ein Widerstandsschweißen unter Ausbildung von zwei Strompfaden aufgrund der Verwendung der Strombrücke 10 oder nicht dargestellte Klemmelektroden durchgeführt.
Alternativ kann das Verbundblechteil 39 mit einer Bördelung versehen werden, welche in die Aufnahme des Verbindungsteils 36 eingeschoben wird. Auch in dieser Konstellation kann das Verbundblechteil 39 mit dem Verbindungsteil 36 widerstandsgeschweißt werden, in dem die Elektroden 6, 7 wie in 17 dargestellt, positioniert werden.
In den 18 und 19 sind zwei zusätzliche Ausführungsbeispiele zur Verbindung eines Verbundblechteils 1 mit einem Verbindungsteil 36 mit y-förmigem Querschnitt bzw. mit einem Verbindungsteil 16 mit s-förmigem Querschnitt dargestellt. In 18 wird das Verbundblechteil 1 unter Verwendung von Laserschweißstrahlen 43 geschweißt. Die Laserschweißstrahlen 43 sind so eingestellt, dass dieses lediglich das Verbindungsteil 36 durchdringen, die Deckbleche 2, 3 des Verbundblechteils 1 allerdings nicht vollständig durchdrungen werden. Hierdurch wird erreicht, dass einerseits eine stoffschlüssige Verbindung zwischen dem Verbindungsteil 36 und dem Verbundblechteil 1 erzielt wird, andererseits wird die nichtmetallische Schicht zwischen den Deckblechen, welche häufig als Kunststoffschicht ausgebildet ist, nicht wesentlich beeinträchtigt. Im Ergebnis kann auch durch ein Laserstrahlschweißen unter Anwendung eines erfindungsgemäßen Verfahrens eine hoch qualitative Blechkonstruktion bestehend aus einem Verbundblechteil und einem weiteren Bauteil bereitgestellt werden.
In 19 ist zusätzlich ein MIG-Löten offenbart, welches ein s-förmiges Verbindungsteil 16 mit einem weiteren Bauteil 5 sowie mit dem Verbundblechteil 1 verbindet. Beim MIG-Löten wird ein Lot 45 unter Verwendung von Lichtbogen 44 aufgeschmolzen. Das aufgeschmolzene Lot 45 verteilt sich in der Grenzschicht zwischen dem Verbundblechteil 1 und den mit ihn zu fügenden Blechteilen aufgrund der beim Löten bekannten Kapillarkräfte. Nach Abkühlung der Lötstellen liegt eine stoffschlüssige Verbindung zwischen dem Verbundblechteil 1 sowie dem s-förmigen Verbindungsteil 16 und dem Bauteil 5 vor.
Die 20 und 21 zeigen in zwei weiteren Ausführungsbeispielen schematisch die Verwendung eines Laserstrahlschweißens mit den Laserstrahlen 43 zur Verbindung des Verbundblechteils 33 mit den Teilen des Seitenholms 34 und 35 eines Kraftfahrzeugs. Eine alternative Verwendung eines y-förmigen Verbindungsteils 36 bei einem flanschlosen Seitenholm 38 zeigt 21.
Die in den 1 bis 21 dargestellten Verbundblechteile 1, 33 weisen in der Regel eine 0,1 bis 1,5 mm, vorzugsweise 0,3 bis 0,8 mm Dicke nichtmetallische Zwischenschicht auf, welche üblicherweise als Kunststoffschicht oder Kunststoffschaumschicht ausgebildet ist. Die Deckbleche 2, 3 der Verbundblechteile 1, 33 betragen etwa 0,1 bis 0,8 mm, insbesondere maximal 0,5 mm vorzugsweise maximal 0,3 mm. Das Verbundblechteil 1, 33 aber auch die übrigen Bauteile können sowohl aus Stahl, einer Aluminiumlegierung oder einer Magnesiumlegierung bestehen. Prinzipiell kann neben den beiden in den Ausführungsbeispielen offenbarten Fügetechniken, dem Schweißen und dem Löten auch selbstverständlich auch das Kleben angewendet werden. Hierzu sind in den Überlappungsbereichen, welche erfindungsgemäß vorgesehen sind, entsprechende Kleberaupen vorzusehen.

Claims

Verfahren zum Fügen eines Verbundblechteils (1, 20, 33) umfassend mindestens zwei äußere Deckbleche (2, 3) aus Metall und mindestens eine zwischen den Deckblechen (2, 3) angeordneten nichtmetallischen Schicht (4) mit einem weiteren Bauteil (5, 5', 24, 34, 38, 40) aus Metall, dadurch gekennzeichnet, dass beide äußeren Deckbleche (2, 3) des Verbundblechteils (1, 20, 33) zumindest teilweise vom Bauteil (5, 5', 24, 34, 38, 40) überlappt werden und im Überlappungsbereich das Bauteil (5, 5', 24, 34, 38, 40) mit beiden äußeren Deckblechen (2, 3) des Verbundblechteils gefügt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass alternativ oder kummulativ ein Verbindungsteil (16, 17, 18, 19, 21, 22, 23, 27, 35, 36) aus einem Metall verwendet wird, welches ein- oder beidseitig die äußeren Deckbleche (2, 3) des Verbundblechteils (1, 20, 33) zumindest teilweise überlappt, das Verbindungsteil (16, 17, 18, 19, 21, 22, 23, 27, 35, 36) im Überlappungsbereich mit einem oder beiden äußeren Deckblechen (2, 3) des Verbundblechteils (1, 33) gefügt wird, wobei das Verbindungsteil (16, 17, 18, 19, 21, 22, 23, 27, 35, 36) vor oder nach dem Fügen mit dem Verbundblechteil (1, 33) mit dem Bauteil (5, 5', 24, 34, 38, 40) über eine stoff-, form- und/oder kraftschlüssige Verbindung verbunden wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungsteil (16, 17, 18, 19, 21, 22, 23, 27, 35, 36) das Verbundblechteil (1, 33) und das Bauteil (5, 5', 24, 34, 38, 40) zumindest teilweise beidseitig überlappt und in den Überlappungsbereichen mit dem Verbundblechteil (1, 33) und mit dem Bauteil (5, 5', 24, 34, 38, 40) gefügt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil (5, 5', 24, 34, 38, 40) ein Blechteil aus Vollmaterial oder einem Verbundwerkstoff ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungsteil (16, 17, 18, 19, 21, 22, 23, 27, 35, 36) einen s-förmigen, y-förmigen, einen doppelt y-förmigen oder einen x-förmigen Querschnitt und/oder eine Bördelung zur Aufnahme der zu überlappenden Bereiche des Verbundblechteils (1, 20, 33) aufweist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die im Überlappungsbereich aufgenommenen Kante des Verbundblechteils (1, 33) zumindest teilweise über eine Dichtklebung (26) abgedichtet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Fügen durch ein Widerstandsschweißen, ein Laserschweißen, ein Löten oder ein Kleben erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ausbildung der Strompfade (8, 9) beim Widerstandsschweißen Klemmelektroden, Rollenelektroden (6, 7, 41, 42) und/oder Strombrücken (10, 13) verwendet werden.
Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass beim einseitigen oder zweiseitigen Widerstandsschweißen mindestens zwei Strompfade (8, 9) gebildet werden, wobei ein erster Strompfad (8) sich über eine erste Schweißelektrode (6) und die beiden äußeren Deckbleche (2, 3) des Verbundblechteils (1, 20, 33) bis zur Kontaktierungselektrode (37) oder bis zu einer zweiten Schweißelektrode (7) erstreckt und mindestens ein zweiter Strompfad (9) sich von der ersten Schweißelektrode (6) über den Überlappungsbereich des Bauteils (5, 5', 24, 34, 38, 40) und/oder des Verbindungsteils (16, 17, 18, 19, 21, 22, 23, 27, 35, 36), über das Bauteil (5, 5', 24, 34, 38, 40) selbst und/oder das Verbindungsteil (16, 17, 18, 19, 21, 22, 23, 27, 35, 36) selbst bis zur Kontaktierungselektrode (37) oder bis zur zweiten Schweißelektrode (7) erstreckt.
Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungsteil (27) in Richtung Verbundblechteil (1, 33) sich erstreckende Prägungen (28) aufweist, welche vor dem Widerstandsschweißen durch die nichtmetallische Schicht (4) des Verbundblechteils (1, 33) gedrückt werden, so dass beim Widerstandsschweißen Schweißverbindungspunkte (32) an den Durchstoßstellen der Prägungen (28) gebildet werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein Schmelzschweißen unter Verwendung eines Laserstrahls (43) durchgeführt wird, bei welchem der Laserstrahl die äußeren Deckbleche (2, 3) des Verbundblechteils (1, 33) nicht vollständig durchdringt.
Verfahren nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein MIG-Löten (44) durchgeführt wird, wobei die äußeren Deckbleche (2, 3) des Verbundblechteils (1, 33) mit dem Überlappungsbereich des Bauteils (5, 5', 24, 34, 38, 40) und/oder des Verbindungsteils (16, 17, 18, 19, 21, 22, 23, 27, 35, 36) verlötet werden.
Gefügte Blechkonstruktion, insbesondere hergestellt mit einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, mit einem Bauteil (5, 5', 24, 34, 38, 40) aus Metall und einem mit dem Bauteil (5, 5', 24, 34, 38, 40) gefügten Verbundblechteil (1, 20, 33), welches mindestens zwei äußere Deckbleche (2, 3) aus Metall und mindestens eine zwischen den Deckblechen (2, 3) angeordneten nichtmetallischen Schicht (4) umfasst, bei welcher das Bauteil (5, 5', 24, 34, 38, 40) und/oder ein mit dem Bauteil verbundenes Verbindungsteil (16, 17, 18, 19, 21, 22, 23, 27, 35, 36) aus Metall das Verbundblechteil (1, 33) zumindest teilweise überlappt und im Überlappungsbereich des Bauteils (5, 5', 24, 34, 38, 40) und/oder des Verbindungsteils (16, 17, 18, 19, 21, 22, 23, 27, 35, 36) mindestens eine gefügte Verbindung zwischen einem der Deckbleche (2, 3) des Verbundblechteils (1, 20, 33) und dem Bauteil (5, 5', 24, 34, 38, 40) und/oder dem Verbindungsteil (16, 17, 18, 19, 21, 22, 23, 27, 35, 36) vorgesehen ist.
Blechkonstruktion nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Verbindungsteil (16, 17, 18, 19, 21, 22, 23, 27, 35, 36) mit einem s-förmigen, y-förmigen, einem doppelt y-förmigen oder einem x-förmigen Querschnitt und/oder einer Bördelung zur Aufnahme der zu überlappenden Bereiche des Verbundblechteils (1, 20, 33) vorgesehen ist, welches mit dem Bauteil stoff-, kraft-, und/oder formschlüssig verbunden ist.
Blechkonstruktion nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil (5, 5', 24, 34, 38, 40) und das Verbundblechteil (1, 20, 33) einen Teil eines Kraftfahrzeugs bilden.
Blechkonstruktion nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil (34, 38, 40) als Seitenholm oder als Verstärkung einer Motorhaube und das Verbundblechteil (1, 20, 33) als Dach oder als Motorhaube eines Kraftfahrzeugs ausgebildet ist.