DE102004060814A1

DE102004060814A1 - Kontaktvorrichtung und Verfahren zur Herstellung einer Schweißverbindung

Info

Publication number: DE102004060814A1
Application number: DE200410060814
Authority: DE
Inventors: Siegfried Dipl.-Ing. Schreiber; Jürgen Dipl.-Chem. Söllner
Original assignee: DaimlerChrysler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2004-12-17
Filing date: 2004-12-17
Publication date: 2006-06-29

Abstract

Eine Kontaktvorrichtung (1) weist einen Bolzen (12) zur Kontaktierung eines elektrischen Anschlusses sowie eine den Bolzen (12) tragende Trägerbasis (11) auf. Im Montagezustand ist die Trägerbasis (11) mit einem Werkstück (2) verschweißt. An der Trägerbasis (11) sind mehrere voneinander beabstandete Schweißerhebungen (13) angeordnet.

Description

Die Erfindung betrifft eine Kontaktvorrichtung mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruches 1 sowie ein Verfahren zum Herstellen einer Schweißverbindung zwischen der Kontaktvorrichtung und einem Werkstück.
Derartige Kontaktvorrichtungen werden z.B. als Massekontakt verwendet. Sie können in dieser Funktion auch dazu dienen, ein von einem elektrischen Gerät kommendes Massekabel an die Fahrzeugkarosserie anzuschließen.
In der Kraftfahrzeugtechnik wird üblicherweise für die Verbindung des Minus-Pols der Fahrzeugbatterie oder eines elektrischen Verbrauchers mit der Kraftfahrzeug-Masse ein Gewindebolzen auf den Fahrzeugkörper mittels Bolzenschweißen, Nieten oder Punktschweißen befestigt. Über derartige Gewindebolzen werden dann beispielsweise Ringkabelschuhe gelegt und diese durch eine Schraubverbindung, beispielsweise mit einer Kragenmutter, fixiert. Die von den Verbrauchern kommenden Kabel, die auf das Masse-Potential gelegt werden sollen, sind dabei mit den Ringkabelschuhen verbunden. Massestellen, an denen solche Vorrichtungen vorgesehen sind, werden entweder an geeigneten Stellen über das Kraftfahrzeug verteilt oder aber an einem zentralen Basispunkt, zum Beispiel im Motorraum, angebracht.
Aus DE 101 07 231 A1 ist eine Befestigung für einen elektrischen Kontakt bekannt. Sie ist an einem Werkstück angeschweißt und weist eine Schraubverbindung zur elektrischen Anbindung eines Kontaktringes auf, welcher mit einer elektrischen Leitung verbunden ist.
DE 197 49 383 A1 ist eine gattungsgemäße Kontaktvorrichtung entnehmbar. Dort ist ein Bolzen an einer Trägerbasis befestigt, welche auf der dem Bolzen gegenüberliegenden Seite einen kegelförmigen äußeren Bereich aufweist, der als Schweißspitze dienen soll.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein besonders effizientes Verschweißen der Kontaktvorrichtung mit einem Werkstück zu ermöglichen.
Diese Aufgabe wird durch eine Kontaktvorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 15 gelöst.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass an einer Deckfläche der Trägerbasis mehrere voneinander beabstandete Schweißerhebungen angeordnet sind. Sie können einen gleichmäßigen oder unregelmäßigen Abstand voneinander aufweisen. Die Positionierung der Trägerbasis am Werkstück unmittelbar vor dem Schweißvorgang erzeugt einen mechanischen Kontakt zwischen diesen beiden Bauteilen mittels der Schweißerhebungen, wobei dieser Kontakt auf mehrere Schweißerhebungen verteilt ist. Hierdurch wird ein einziger herkömmlicher mechanischer Kontakt zwischen beiden Bauteilen vorteilhaft in mehrere kleinere mechanische Kontakte zwischen Trägerbasis und Werkstück ersetzt. Dies erzeugt gegenüber herkömmlichen Dimensionierungen eine sprunghafte Änderung des Flächenquerschnittes an dem Übergang zwischen Trägerbasis und Werkstück. Folglich entstehen besonders große elektrische Übergangswiderstände für den Schweißstrom. Dies erhöht vorteilhaft die Schweißhitze mit verhältnismäßig geringer elektrischer Leistung während des Schweißvorganges. Außerdem wird die Dauer des Schweißvorganges reduziert.
Vorzugsweise sind die Schweißerhebungen auch oder ausschließlich dazu bestimmt, als zusätzliches Schweißmaterial zu dienen. Diese Ausgestaltung ermöglicht eine qualitativ verbesserte Schweißstelle zwischen Trägerbasis und Werkstück, da die Schweißerhebung kein Bestandteil der Trägerbasis ist, sondern als zusätzlicher Bestandteil bzw. als Zusatzmaterial an der Kontaktvorrichtung angeordnet ist, d.h. ausschließlich zum Verschmelzen während des Schweißvorganges dient. Mit anderen Worten dient die Schweißerhebung als Zusatzmaterial während der Schweißung. Somit kann auf Elektroden, die das Zusatzmaterial liefern müssten (wie z.B. bei einem herkömmlichen Schmelzschweiß-Verfahren), verzichtet werden.
Vorzugsweise liegen die Schweißerhebungen jeweils mit einem Boden an einer Deckfläche der Trägerbasis an, wobei der Schweißerhebungsboden (insbesondere die Schweißerhebungsböden sämtlicher Schweißerhebungen) vollständig mit Abstand zur äußeren Umfangskante der Deckfläche angeordnet ist. Durch diesen Abstand kann sich die schmelzende Masse der Schweißerhebung ausgehend von ihrer spezifischen Anordnung gleichmäßig in die äußeren und in die inneren Bereiche der Deckfläche verteilen, wenn die Trägerbasis während des Schweißvorganges gegen das Werkstück oder umgekehrt gedrückt wird. Im Gegensatz zu einer herkömmlichen, wenigstens teilweisen Anordnung von Schweißwerkstoff an der äußeren Umfangskante einer Trä gerbasis-Deckfläche geht deshalb bei der vorgeschlagenen Anordnung der Schweißerhebungen kein Schweißwerkstoff funktionslos verloren, wenn er während des Schweißvorganges relativ zur Position der jeweiligen Schweißerhebung nach außen fließt. Die Anordnung der Schweißerhebungen unterstützt deshalb mit verhältnismäßig wenig Schweißwerkstoff eine große Kontaktfläche zwischen Trägerbasis und Werkstück nach dem Schweißvorgang und somit eine hochwertige Schweißstelle. Die einzelne Schweißerhebung lässt sich folglich noch kleiner dimensionieren, was wiederum vorteilhaft aufgrund des höheren elektrischen Widerstands größere Schweißhitze erzeugt.
Vorzugsweise wird die Kontaktvorrichtung als Massekontakt in der Kraftfahrzeugtechnik verwendet und mit einem Kraftfahrzeug-Karosserieteil als Werkstück verschweißt.
Bei dem Verfahren zum Herstellen einer Schweißverbindung wird die Kontaktvorrichtung mit ihrer Trägerbasis derart gegenüber dem Karosserieteil positioniert, dass die Schweißerhebungen auf das Werkstück weisen. Anschließend wird ein elektrischer Strom zwischen der Kontaktvorrichtung und dem Werkstück erzeugt, der das Zusatzmaterial in Form der Schweißerhebungen zum Schmelzen bringt und eine Schweißverbindung zwischen der Trägerbasis und dem Werkstück bewirkt. Somit wird zuverlässig eine mechanische Verankerung und gleichzeitig ein elektrischer Kontakt hergestellt.
Der Arbeitsgang bei diesem Widerstandsschweißen ist aufgrund der obigen Vorteile von verhältnismäßig kurzer Dauer. Vorteilhafterweise muss kein Schweißroboter eingesetzt werden, der herkömmlich zeitaufwändig um die Trägerbasis herum bewegt wird, um mit seiner Schweißspitze eine umlaufende Schweißnaht zu erzeugen.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen.
Um eine besonders gut kontrollierte Verschweißung bei genauer Ausrichtung der Kontaktvorrichtung zu gewährleisten, sind die Schweißerhebungen vorzugsweise an ihrem mit einer Deckfläche der Trägerbasis verbundenen Boden breiter ausgestaltet und verjüngen sich in von der Trägerbasis weggewandter Richtung.
Vorzugsweise sind die Schweißerhebungen entweder auf der den Bolzen tragenden Seite der Trägerbasis oder auf der dem Bolzen abgewandten Seite der Trägerbasis angeordnet.
Vorzugsweise sind der Bolzen und/oder die Schweißerhebungen einstückig mit der Trägerbasis ausgebildet.
Vorteilhaft bestehen der Bolzen, die Trägerbasis und die Schweißerhebungen aus dem gleichen Werkstoff.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Figuren der Zeichnungen dargestellt und in der Beschreibung näher erläutert. Es zeigen dabei:
1 eine auf einem Karosserieteil plazierte Kontaktvorrichtung vor dem Schweißvorgang;
2a, 2b Unteransichten auf verschieden geformte Schweißerhebungen der Trägerbasis einer Kontaktvorrichtung;
3 eine an ein Karosserieteil angeschweißte Kontaktvorrichtung; und
4 eine Kontaktvorrichtung in einer weiteren Ausführungsform, die sich mit ihrem Bolzen durch eine Öffnung eines Karosserieteiles erstreckt.
1 zeigt eine auf einem Karosserieteil 2 plazierte Kontaktvorrichtung 1 vor dem Schweißvorgang. Die in 1 dargestellte Kontaktvorrichtung 1 weist eine Trägerbasis 11 und einen mit einem Gewinde versehenen Bolzen 12 auf, der sich von einer flächigen Seite der Trägerbasis 11 weg erstreckt.
An der dem Bolzen 12 abgewandten Seite der Trägerbasis 11 sind mehrere Schweißerhebungen 13 (siehe 2a und 2b) angeordnet. In 1 ist der dreieckartige Längsschnitt der Schweißerhebungen 13 entlang der Schnittlinie I-I gemäß 2b sichtbar, wobei die Darstellungen in den Zeichnungen nicht maßstäblich sein müssen. Prinzipiell können auch die Schweißerhebungen 13 gemäß 2a einen entsprechenden dreieckartigen Längsschnitt aufweisen, z.B. entlang der Schnittlinie II-II betrachtet.
Die Schweißerhebungen 13 verjüngen sich von ihrem der Trägerbasis 11 zugewandten Schweißerhebungsboden 15 in Richtung des Karosserieteils 2 und berühren mit ihrem der Trägerbasis 11 abgewandten Ende in Form einer Kegelspitze ein Karosserieteil 2 bzw. Karosserieblech eines Kraftfahrzeugs. Dies trifft sowohl auf die ringsegmentförmigen Schweißerhebungen 13 gemäß 2a als auch auf die kegelförmigen Schweißerhebungen 13 gemäß 2b zu.
Sowohl die einstückig ausgebildete Kontaktvorrichtung 1 als auch das Karosserieteil 2 bestehen aus metallischen Werkstoffen, z.B. aus Stahl.
2a illustriert mehrere Schweißerhebungen 13, welche als insgesamt vier Ringsegmente an einer Deckfläche 16 der Trägerbasis 11 angeordnet sind. Dabei sind die vier Schweißerhe bungen 13 in einer Umfangsrichtung 19 der Trägerbasis 11 ringsegmentförmig ausgebildet.
In 2b sind vier kegelförmige Schweißerhebungen 13 dargestellt, die sich ausgehend von ihrem an einer Deckfläche 16 der Trägerbasis 11 angeordneten Schweißerhebungsboden 15 zu einer Spitze verjüngen. Alternativ können diese Schweißerhebungen 13 zylinderförmig oder pyramidenförmig ausgebildet sein.
Die in 2a und 2b dargestellten Schweißerhebungen 13 verjüngen sich in von der Trägerbasis 11 weggewandter Richtung, d.h. in Richtung auf das Karosserieteil 2 hin. Dabei weisen die Schweißerhebungen 13 den in 1 bzw. 4 dargestellten dreieckartigen Querschnitt auf.
Jede Schweißerhebung 13 liegt mit einem Schweißerhebungsboden 15 an der zugeordneten Deckfläche 16 der Trägerbasis 11 an. Dabei ist jeder Schweißerhebungsboden 15 vollständig mit Abstand zur äußeren Umfangskante 17 der Deckfläche 16 angeordnet.
3 stellt die in 1 gezeigte Kontaktvorrichtung 1 nach dem Schweißvorgang, d.h. im Montagezustand dar.
Zur Herstellung der Schweißverbindung und zur Schaffung einer elektrischen Massestelle wird die Kontaktvorrichtung 1 zunächst an einer gewünschten Stelle eines Karosserieteils 2 plaziert. Anschließend wird ein elektrischer Kontakt zu einer Schweißvorrichtung hergestellt. Dies kann zum Beispiel durch Anschrauben einer Elektrode an das Gewinde des Bolzens 12 oder durch Aufdrücken der Elektrode auf den Bolzen 12 erfolgen. Eine zweite Elektrode wird mit dem Karosserieteil 2 kontaktiert. Danach erfolgt ein Widerstandsschweißen, indem die Kontaktvorrichtung 1 mit einem ausreichenden elektrischen Strom beaufschlagt wird. Der Strom erhitzt die gegenüber dem Bolzen 12 dünnen bzw. dünnwandigen Schweißerhebungen 13 so stark, dass sie mit den angrenzenden Bauteilen – Karosserieteil 2 und Trägerbasis 11 – verschmelzen. Zwischen Trägerbasis 11 und Karosserieteil 2 entsteht eine Schweißverbindung 13a (3). Dieser Schweißvorgang dauert vorzugsweise nur den Bruchteil einer Sekunde.
4 zeigt eine weitere Ausführungsform einer Kontaktvorrichtung 1 vor dem Schweißvorgang, bei der die Schweißerhebungen 13 auf einer den Bolzen 12 tragenden Deckseite 16 der Trägerbasis 11, also auf derselben Seite wie der Bolzen 12, angeordnet sind. Der Bolzen 12 ist durch eine Öffnung 14 im Karosserieteil 2 so weit hindurch gesteckt, dass die Schweißerhebungen 13 das Karosserieteil 2 berühren. Der Schweißvorgang läuft prinzipiell wie oben beschrieben ab.

Claims

Kontaktvorrichtung (1) mit – einem elektrisch leitfähigen Bolzen (12) zur Kontaktierung eines elektrischen Anschlusses und – einer den Bolzen (12) tragenden, elektrisch leitfähigen Trägerbasis (11), welche im Montagezustand mit einem Werkstück (2) verschweißt ist, dadurch gekennzeichnet, dass an einer Deckfläche (16) der Trägerbasis (11) mehrere voneinander beabstandete Schweißerhebungen (13) angeordnet sind.
Kontaktvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schweißerhebungen (13) aus zusätzlichem Schweißmaterial bestehen.
Kontaktvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schweißerhebungen (13) jeweils mit einem Boden (15) an der Deckfläche (16) der Trägerbasis (11) anliegen, wobei mindestens ein Schweißerhebungsboden (15) vollständig mit Abstand zur äußeren Umfangskante (17) der Deckfläche (16) angeordnet ist.
Kontaktvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schweißerhebungen (13) einstückig mit der Trägerbasis (11) ausgebildet sind.
Kontaktvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Bolzen (12) einstückig mit der Trägerbasis (11) ausgebildet ist.
Kontaktvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Querschnitt mindestens einer Schweißerhebung (13) in von der Trägerbasis (11) weggewandter Richtung verjüngt ausgebildet ist.
Kontaktvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Schweißerhebung (13) kegelförmig oder kegelstumpfförmig ausgebildet ist.
Kontaktvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Schweißerhebung (13) in einer Umfangsrichtung (19) der Trägerbasis (11) bogenförmig, insbesondere ringsegmentförmig, ausgebildet ist.
Kontaktvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Querschnitt mindestens eines Schweißerhebungsbodens (15) kleiner als der Querschnitt des Bolzens (12) ist.
Kontaktvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schweißerhebungen (13) auf der dem Bolzen (12) entgegengesetzten Seite der Trägerbasis (11) angeordnet sind.
Kontaktvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Schweißerhebungen (13) auf der den Bolzen (12) tragenden Seite der Trägerbasis (11) angeordnet sind.
Kontaktvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Bolzen (12), die Trägerbasis (11) und die Schweißerhebungen (13) aus gleichem Werkstoff bestehen.
Kontaktvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Bolzen (12) ein Gewinde aufweist.
Kontaktvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktvorrichtung (1) aus Stahl, insbesondere Edelstahl, besteht.
Verfahren zum Herstellen einer Schweißverbindung zwischen einer Kontaktvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche und einem Werkstück (2) mit den Verfahrensschritten: (a) Die Kontaktvorrichtung (1) wird mit ihrer Trägerbasis (11) derart gegenüber dem Werkstück (2) positioniert, dass die Schweißerhebungen (13) auf das Werkstück (2) gerichtet ist; (b) Zwischen der Kontaktvorrichtung (1) und dem Werkstück (2) wird ein elektrischer Strom derart eingebracht, dass die Schweißerhebungen (13) schmelzen und eine Schweißverbindung (13a) zwischen der Trägerbasis (11) und dem Werkstück (2) bewirkt wird.
Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erzeugung der Schweißverbindung (13a) eine erste Elektrode einer Schweißeinrichtung mit dem Bolzen (12) kontaktiert wird und eine zweite Elektrode der Schweißeinrichtung mit dem Werkstück (2) kontaktiert wird.
Verfahren nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, – dass der Bolzen (12) der Kontaktvorrichtung (1) durch eine Öffnung (14) des Werkstücks (2) gesteckt wird und – dass die Kontaktvorrichtung (1) mittels der Schweißerhebungen (13), die auf der den Bolzen (12) tragenden Seite der Trägerbasis (11) angeordnet sind, an das Karosserieteil (2) geschweißt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 15–17, dadurch gekennzeichnet, dass als Werkstück (2) ein Metallblech, insbesondere ein Karosserieblech eines Kraftfahrzeugs, verwendet wird.