DE19640754B4

DE19640754B4 - Strahlgeschweißter Verbund eines Karosseriebleches mit einem Rollprofil und Verfahren zu dessen Herstellung

Info

Publication number: DE19640754B4
Application number: DE19640754A
Authority: DE
Inventors: Frank Dr. Welsch; Conrad Oehlerking
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 1995-10-14
Filing date: 1996-10-02
Publication date: 2008-02-21
Anticipated expiration: 2016-10-03
Also published as: DE19640754A1

Abstract

Strahlgeschweißter Verbund eines Karosseriebleches mit einem Rollprofil, bei dem das Rollprofil einen Fügespalt aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Fügespalt (2; 8) des Rollprofils (1) im vorbestimmten Anschlussbereich des Karosseriebleches (3) positioniert und das Karosserieblech (3) im Bereich des Fügespaltes (2; 8) mit dem Rollprofil (1) flanschlos durch Strahlschweißen (5; 6; 7) verbunden ist, wobei das Rollprofil (1) wenigstens ein Positioniermittel für das Karosserieblech (3) aufweist, welches als eine an einem vorbestimmten Ende des Rollprofils (1) zum Fügespalt (2; 8) parallel ausgerichtete Anschlagstufe oder Sicke (4, 9, 10) ausgebildet ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Verbund eines Karosseriebleches mit einem Rollprofil nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 und ein Verfahren zu dessen Herstellung.
Es ist bekannt, daß das Verbinden von Blechen mit einteiligen flanschlosen Hohlprofilen, die beispielsweise durch Rollen, Innenhochdruckumformen oder Strangpressen hergestellt sind, mit den im Karosseriebau üblichen Fügeverfahren Schwierigkeiten bereitet. Bei CO2-Naht-Schweißungen wird sehr viel Wärme in die Bauteile eingebracht, was zu Verzug führen kann. Punktschweißen und Stanznieten können nicht angewendet werden, da diese Verfahren eine beidseitige Zugänglichkeit der Fügestelle erfordern. Rollprofile müssen vor dem Anschluß von Blechen geschlossen werden, um einen Verzug zu verhindern bzw. zu minimieren.
Weiterhin ist es bekannt, daß mit dem Strahlschweißen, bei dem das Aufschmelzen der Werkstoffe der miteinander zu verbindenden Blechteile entlang des Fügespaltes durch die eingebrachte Wärmeenergie eines Strahls hoher Energiedichte bewirkt wird, einseitig geschweißte, nicht durchdringende verdeckte Nähte für ästhetisch exponierte Bauteile bzw. Karosseriebereiche hergestellt werden können. Aber auch für tragende Karosseriebauteile werden das Laser- und Elektronenstrahlschweißen in verstärktem Maße eingesetzt.
Das Strahlschweißen dünner Bleche hat gegenüber dem Widerstandspunktschweißen eine Reihe von Vorteilen. Diese sind durch die hohe Energiedichte des Laser- oder Elektronenstrahls gegeben, die eine hohe Schweißgeschwindigkeit bei relativ geringer Wärmeeinbringung erlaubt, so daß ein nur geringer Verzug und begrenzte Eigenspannungen auftreten. Artfremde Legierungen können miteinander verbunden werden. Die erzeugten Bauteile sind weiter umformbar. Die ununterbrochene Schweißnaht führt zu einer höheren Steifigkeit und Festigkeit des Bauteils, insbesondere bei schwingender Beanspruchung. Allerdings erfordert die Anwendung des Strahlschweißens – in der Regel auf zusätzliches Material erfordernden und eigens hergerichteten Flanschen – eine erhöhte Positioniergenauigkeit und, damit verbunden, eine ausgefeilte Spanntechnik sowie eine besondere Fügestellenvorbereitung, um die im Fügebereich sehr stark reduzierten Toleranzen einhalten zu können, die die Anwendung des Strahlschweißens überhaupt erst ermöglichen.
Aus der DE 34 07 770 C2 ist bereits ein Verbund aus zwei Blechhalbschalen bekannt, die an ihrem jeweiligen als Flansch ausgebildeten Rand über eine Laser-Schweißnaht verbunden sind. Um eine gasdichte Schweißnaht zu erzielen, wird vor dem Schweißen in zumindest eines der Blechflansche eine sickenartige Vertiefung eingebracht, entlang dieser dann die Schweißnaht gesetzt wird. Außerhalb der zu erfolgenden Schweißnaht angebrachte Niederhalter sorgen so für einen ausreichenden Anpressdruck im Bereich der einzubringenden Schweißnaht.
Die EP 177 945 B1 beschreibt das Verschweißen eines Außenblechs als Sichtfläche und eines Innenblechs derart, dass die Schweißnaht auf der Sichtfläche des Außenblechs nicht sichtbar ist. Dabei wird das die Sichtfläche bildende Außenblech um das Innenblech im Randbereich gefalzt, wobei die Schweißung auf der gefalzten Seite derart erfolgt, dass nur das umgefalzte Blechteilstück mit dem Innenblechteilstück verschweißt ist.
Weiterhin zeigt die DE 34 00 891 A1 ein Rollprofil, das aus einem Flachmaterialstreifen durch Rollverformen zusammengebogen und an der dadurch entstandenen Naht von außen durch Strahlschweißen zu einem Hohlprofil geschweißt ist.
Vorrichtungen zum Verschweißen von Blechen mittels Laser-Schweißen sind aus der DE 89 00 556 U1 und der DE 3 626 974 A1 bekannt.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen strahlgeschweißten Verbund eines Karosseriebauteils mit einem Rollprofil zu schaffen, der bei Beachtung der vorstehend genannten Aspekte mit reduziertem Aufwand und gewichtsreduziert herstellbar ist.
Die Aufgabe wird bei einem Verbund eines Karosseriebleches mit einem Rollprofil nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 dadurch gelöst, daß der Fügespalt des Rollprofils in den Bereich seines Umfanges gelegt ist, in dem das Karosserieblech flanschlos angeschlossen werden soll, und zwar in besonders vorteilhafter Weise so, daß durch die Strahlschweißverbindung desselben mit dem Rollprofil zugleich das Rollprofil selbst mit geschlossen wird. Eine Gewichtseinsparung am Verbund ergibt sich durch den Verzicht auf nach außen abgestellte Flansche am Rollprofil zum Anschweißen des Karosseriebleches, wobei die Ausbildung einer Anschlagstufe oder einer Sicke als Positioniermittel für das Karosserieblech an einem vorbestimmten Ende des Rollprofils eine Hilfe darstellt, da diese Positioniermittel auf einfache Weise in das Rollprofil beim Rollprozeß einbringbar sind. Diese Maßnahme dient den erhöhten Anforderungen an die Positioniergenauigkeit beim Strahlschweißen.
Eine besonders vorteilhafte Anordnung sieht vor, daß der Fügespalt des Rollprofils durch einen stumpfen Fügestoß gebildet ist und daß eine einzige Strahlschweißnaht so gelegt ist, daß sowohl die Verbindung des Karosseriebleches mit dem Rollprofil als auch die Schließung des Rollprofils bewirkt ist.
Aber auch die Fügeanordnung nach Anspruch 3 oder 4 ist vorteilhaft, nach der die Verbindung des Karosseriebleches mit dem Rollprofil durch eine Schweißnaht auf beiden Seiten des stumpfen Fügestoßes bewirkt ist. Diese Anordnung zeichnet sich durch eine erhöhte Festigkeit und Zuverlässigkeit aus.
Der Fügespalt des Rollprofils kann auch durch einen Überlappstoß gebildet sein. Das Karosserieblech kann dann auf oder zwischen den sich überlappenden Enden des Rollprofils angeordnet und durch eine Strahlschweißnaht mit beiden Enden verbunden sein, wodurch das Rollprofil ebenfalls geschlossen ist. Bei der Anordnung des Karosseriebleches zwischen den Enden kann sich eine vorteilhafte Spannwirkung dadurch ergeben, daß der vorbestimmte Spalt zwischen den sich überlappenden Enden kleiner als die Dicke des Karosseriebleches ist.
Die Maßnahme nach Anspruch 8 ermöglicht in einfacher Weise das Erkennen eines vorbestimmten Schweißnahtverlaufs und dient damit der Steuerung des Strahlschweißgerätes. Alternativ zu diesem Merkmal kann bei der Rollprofilherstellung auch eine für ein Sensorsystem erkennbare andere Orientierungshilfe an dem Rollprofil angeordnet werden, beispielsweise ein Hell/Dunkel-Kontrast.
Das im Anspruch 9 enthaltene Merkmal dient in vorteilhafter Weise der Entweichung der Zinkgase beim Anschließen von verzinkten Karosserieblechen in Rollprofile.
Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen erläutert. In der zugehörigen Zeichnung zeigen schematisch:
1: die Anordnung eines Karosseriebleches an einem Rollprofil für einen erfindungsgemäßen lasergeschweißten Verbund mit stumpfem Fügestoß,
1a bis 1c: Laserschweißverbindungen dieses Verbundes,
1d: eine Draufsicht auf die Laserschweißverbindung nach 1c,
2: die Anordnung eines Karosseriebleches an einem Rollprofil mit Überlappstoß für einen erfindungsgemäßen lasergeschweißten Verbund,
2a und 2b: Laserschweißverbindungen für diesen Verbund,
2c: eine abgewandelte Ausführungsform für die in 2 dargestellte Variante,
3: eine weitere Anordnungsvariante eines Karosseriebleches an einem Rollprofil mit Überlappstoß und
3a: die zugehörige Laserschweißverbindung.
In dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen lasergeschweißten Verbundes eines Karosseriebleches mit einem Rollprofil weist das Rollprofil 1 einen durch einen stumpfen Stoß gebildeten Fügespalt 2 auf, der von einem anzuschließenden Karosseriebauteil 3 überdeckt ist. An dem zeichnungsgemäß linken Ende des Rollprofils 1 ist im Abstand und parallel zum Fügespalt 2 eine Sicke 4 angeordnet, die als Anschlag für das Karosserieblech 3 und als Positioniermittel für die Laserschweißanordnung dient. Die Verbindung des Karosseriebleches 3 mit dem Rollprofil ist durch eine einzige Laserschweißnaht 5 oder durch zwei Laserschweißnähte 6 und 7 gegeben. Letztere sind zu beiden Seiten des Fügespaltes ausgebildet, wie 1b zeigt. Diese Laserschweißnähte 6 und 7 sind in den 1c und 1d als Stepp-Nähte mit den Stepps 6a und 7a ausgeführt.
Bei den in den 1a bis 1d gezeigten Ausführungen eines laserstrahlgeschweißten Verbundes ist das Karosserieblech 3 jeweils flanschlos mit dem Rollprofil 1 verschweißt, wobei dieses durch die Laserschweißverbindung direkt (1a) oder indirekt (1b bis 1d) geschlossen ist. Der Fügespalt 2 ist am Rollprofil 1 durch entsprechende Vorkehrungen in dessen Herstellungsprozeß im vorbestimmten Anschlußbereich des Karosseriebleches 3 ausgebildet.
In der in 2 gezeigten Ausführungsform weist das Rollprofil 1 einen durch einen Überlappstoß gebildeten Fügespalt 8 auf, der in dem vorbestimmten Anschlußbereich des Karosseriebleches 3 an der zeichnungsgemäß rechten oberen Kante des Rollprofils 1 ausgebildet ist. Am überlappenden Ende des Rollprofils 1 ist eine parallel zur Kante des Rollprofils 1 und damit auch parallel zum Fügespalt 8 ausgerichtete Sicke 9 angeordnet, die als Anschlag für das Karosserieblech 3 und damit als Positioniermittel für die Laserschweißanordnung dient. Das Karosserieblech 3 ist auf dem Überlappstoß und damit über dem Fügespalt 8 angeordnet. Die 2a und 2b zeigen, daß das Karosserieblech 3 bei dieser Anordnung durch eine einzige Laserschweißnaht 5 mit dem Rollprofil 1 verbunden ist, durch die das Rollprofil 1 zugleich verschlossen ist. Bei der Ausführung nach 2b ist die Schweißnaht an der an der Sicke 9 anliegenden Kante des Karosseriebleches 3 ausgebildet.
Das in 2c dargestellte Ausführungsbeispiel zeigt für das Rollprofil 1 eine vom Anschluß des Karosseriebleches 3 entfernt angeordnete Strahlschweißnaht 5a. Das so erzeugte Hohlprofil ist flanschlos und nimmt einen Randbereich 3a des Karosseriebleches 3 an einem durch Umformung versteiften Eckbereich 1a auf. Auf diese Weise wird ein, sehr formstabiler Verbund erzeugt.
Alternativ dazu ist das Karosserieblech bei der Ausführung gemäß 3 und 3a zwischen den den Überlappstoß bildenden Enden des Rollprofils 1 angeordnet, wobei das überlappende Ende eine nach dem Innern des Rollprofils ausgebildete Sicke 10 als Positioniermittel für das Karosserieblech 3 aufweist. Die Ausführung ist im Hinblick auf die Spannanordnung für den Schweißprozeß vorteilhaft.
Die Herstellung eines solchen laserstrahlgeschweißten Verbundes beginnt mit der Herstellung eines Rollprofils 1 in einem Rollprozeß, in dem das blechförmige Ausgangsmaterial um eine parallel zur Vorschubrichtung ausgerichtete Achse in mehreren Abschnitten zu dem vorbestimmten Profil verformt wird. Dabei entsteht ein Profil mit einem nicht geschlossenen Fügespalt, dessen Lage im Profil durch entsprechende Vorkehrungen an den Rollwerkzeugen vorbestimmbar ist. Der Fügespalt wird nun erfindungsgemäß in dem vorbestimmten Anschlußbereich des Karosseriebleches als stumpfer Stoß oder Überlappstoß der beiden freien Profilenden ausgebildet. Das auf diese Weise hergestellte Rollprofil mit dem im vorgesehenen Anordnungsbereich des Karosseriebleches ausgebildeten Fügespalt wird zusammen mit dem Karosserieblech durch geeignete Spannmittel fixiert, derart, daß das Karosserieblech den Fügespalt überdeckt oder bei einem Überlappstoß zwischen den sich überlappenden Enden des Rollprofils angeordnet ist, und anschließend werden beide Bauteile miteinander laserstrahlverschweißt, wobei zugleich der Fügespalt des Rollprofils geschlossen wird.

Claims

Strahlgeschweißter Verbund eines Karosseriebleches mit einem Rollprofil, bei dem das Rollprofil einen Fügespalt aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Fügespalt (2; 8) des Rollprofils (1) im vorbestimmten Anschlussbereich des Karosseriebleches (3) positioniert und das Karosserieblech (3) im Bereich des Fügespaltes (2; 8) mit dem Rollprofil (1) flanschlos durch Strahlschweißen (5; 6; 7) verbunden ist, wobei das Rollprofil (1) wenigstens ein Positioniermittel für das Karosserieblech (3) aufweist, welches als eine an einem vorbestimmten Ende des Rollprofils (1) zum Fügespalt (2; 8) parallel ausgerichtete Anschlagstufe oder Sicke (4, 9, 10) ausgebildet ist.
Strahlgeschweißter Verbund nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass durch das zur Erzeugung der flanschlosen Verbindung durchgeführte Strahlschweißen (5, 6, 7) zugleich das Rollprofil (1) geschlossen ist.
Strahlgeschweißter Verbund nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine mit dem Rollprofil (1) zu verbindende Randpartie (3a) des Karosseriebleches (3) an einem durch Umformung versteiften Bereich (1a) zur Strahlverschweißung angelegt ist.
Strahlgeschweißter Verbund nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Fügespalt (2) durch einen stumpfen Stoß gebildet ist und das Karosserieblech (3) diesen überdeckend angeordnet ist, und dass eine einzige Strahlschweißnaht (5) so gelegt ist, dass durch diese zugleich die Verbindung des Karosseriebleches (3) mit dem Rollprofil (1) als auch die Schließung des Rollprofils (1) bewirkt ist.
Strahlgeschweißter Verbund nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Fügespalt (2) durch einen stumpfen Stoß gebildet ist und das Karosserieblech (3) diesen überdeckend angeordnet ist, und dass zu beiden Seiten des Fügespaltes (2) eine Strahlschweißnaht (6, 7) gelegt ist.
Strahlgeschweißter Verbund nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Strahlschweißnähte (6, 7) als Steppnähte mit versetzt zueinander angeordneten Stepps (6a, 7a) ausgebildet sind.
Strahlgeschweißter Verbund nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Fügespalt (8) durch einen Überlappstoß gebildet ist, dass das Karosserieblech (3) auf den oder zwischen den sich überlappenden Enden des Rollprofils (1) angeordnet ist, und dass die Verbindung des Karosseriebleches (3) mit dem Rollprofil (1) und die Schließung desselben durch eine einzige Strahlschweißnaht (5) bewirkt ist.
Strahlgeschweißter Verbund nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Abstand zum Fügespalt an einem vorbestimmten Ende des Rollprofils (1) eine zum Fügespalt (2; 8) parallel ausgerichtete sensorerfassbare Stufe angeordnet ist, zu der die Strahlschweißnaht (5; 6, 7) parallel verläuft.
Strahlgeschweißter Verbund nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Rollprofil (1) im Bereich der Anordnung des Karosseriebleches (3) zur Bildung von Entgasungskanälen eine Riffelung oder eine äquivalente Oberflächenstruktur aufweist.
Verfahren zur Herstellung eines strahlgeschweißten Verbundes nach Anspruch 1 oder Anspruch 1 und einem oder mehreren der nachfolgenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass – ein Rollprofil (1) mit einem Fügespalt (2; 8) in einem Rollprozess hergestellt wird, wobei der Fügespalt (2; 8) durch einen stumpfen Stoß oder durch einen Überlappstoß gebildet, und – seine Position am Rollprofil (1) durch den vorbestimmten Anordnungsbereich eines anzuschließenden Karosseriebleches (3) vorbestimmt wird, – das Karosserieblech (3) an einer als Positioniermittel ausgebildeten Sicke (4, 9, 10) des Rollprofiles (1) angeschlagen und positioniert wird, – das Karosserieblech (3) in seiner Anordnungsposition am Rollprofil (1) durch geeignete Spannmittel arretiert wird, und – anschließend das Karosserieblech (3) und das Rollprofil (1) flanschlos durch Strahlschweißen miteinander verbunden werden, wobei zugleich das Rollprofil (1) verschlossen wird.