DE102007022134A1

DE102007022134A1 - Verfahren zum Verbinden von Fügeteilen

Info

Publication number: DE102007022134A1
Application number: DE102007022134A
Authority: DE
Inventors: Ralf Dipl.-Ing. Bernhardt; Daniel Dipl.-Ing. Zauner (FH)
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2007-05-11
Filing date: 2007-05-11
Publication date: 2008-03-27

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verbinden von Fügeteilen mit folgenden Verfahrensschritten: Herstellen einer Klebverbindung zwischen den Fügeteilen, indem Klebstoff auf eine Klebfläche an mindestens einem Fügeteil mit einer vorgegebenen Höhe und einem vorgegebenen Volumen aufgetragen wird und indem die Fügeteile an Klebflächen zueinander gebracht werden und eine Klebfuge zwischen den Fügeteilen ausgebildet wird; Fixieren der Fügeteile in einer gewünschten Fügelage; Herstellen einer Stoffverbindung zwischen den Fügeteilen, indem der Klebstoff partiell entfernt wird und indem die Fügeteile durch Wärmeeinwirkung an den Stellen, wo der Klebstoff partiell entfernt wurde, verbunden werden. Die Erfindung ermöglicht es, mit geringem Aufwand an Kosten und Material eine hinsichtlich Festigkeit und Zuverlässigkeit verbesserte Verbindung zwischen Fügeteilen zu schaffen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verbinden von Fügeteilen, insbesondere zum Verbinden von Karosserieblechteilen durch Schweißen und Kleben.
Fahrzeugkarosserien sollen u. a. eine geringe Masse und eine hohe Steifigkeit aufweisen. Eine Karosserie besteht aus einer Vielzahl von Leichtbau-Einzelteilen, die miteinander verbunden sind.
Um eine gewünschte Steifigkeit zu sichern, werden die Teile durch Schweißen miteinander verbunden. Ein bevorzugtes Schweißverfahren ist das Punktschweißen, wobei die Schweißpunkte automatisiert gesetzt werden. Um die Zahl der erforderlichen Schweißpunkte zu mindern und bei besonders hohen Anforderungen an die Steifigkeit, ist es bekannt, Karosserieteile durch Punktschweißen in Kombination mit Kleben zu verbinden. Klebverbindungen zeichnen sich durch eine hohe Scher- und Zugfestigkeit aus und bieten einen verbesserten Korrosionsschutz durch Verschluss der Fügespalte. Ein Metallklebstoff besteht aus organischen oder anorganischen Stoffen, die temperaturanfällig sind. Die Klebstoffe können beim Abbinden die Ausbildung eines Schweißpunktes beeinträchtigen. Ebenso können sich die beim Schweißen entstehende Wärme und Dämpfe negativ auf die Festigkeit der Klebverbindung auswirken.
Weiterhin ist es bekannt, Karosserieteile zu verkleben und mechanisch durch Stanznieten oder Durchsetzfügen zu verbinden. Beim Nieten sind Niete als Hilfsfügeteile erforderlich. Beim Durchsetzfügen wird die Oberfläche der zu fügenden Teile sichtbar verformt.
Aus der DE 197 57 245 A1 ist ein Verfahren zum Verbinden von beschichteten Blechteilen bekannt, bei dem die Teile vor einem Laserschweißen mit Klebestreifen relativ zueinander fixiert werden. Eine Laserschweißnaht wird in einem Bereich erzeugt, der nicht von einem Klebestreifen abgedeckt ist. Der Klebestreifen besitzt eine geringe Elastizität und hält durch seine Eigensteifigkeit bzw. Tragfähigkeit die Blechteile in einem Abstand, so dass beim Laserschweißen Dämpfe aus dem Fügespalt entweichen können. Der Klebestreifen besitzt zur Schweißnaht einen ausreichenden Abstand, so dass eine Beeinträchtigung der Laserschweißnaht durch verbrannten Kleber nicht möglich ist.
Bei einem Verfahren zum Verbinden von Blechteilen nach der DE 195 12 102 A1 wird vor einem Herstellen einer Klebverbindung ein Blechteil so umgeformt, dass ein Hohlraum zur Aufnahme eines tablettenförmigen Klebemoduls entsteht. Nach einem Zusammenpressen der Blechteile wird das Klebemodul durch Widerstandserwärmen in einen benetzungsfähigen Zustand versetzt und zum Aushärten gebracht. Der Klebvorgang kann mit herkömmlichen Vorrichtungen zum Widerstandsschweißen durchgeführt werden.
In der DE 33 26 612 A1 ist ein Verfahren zum Verbinden von zwei Metallplatten offenbart, bei dem in einer Metallplatte eine buckelförmige Deformation erzeugt wird. Vor dem Eindrücken des Buckels in die andere Metallplatte wird zwischen die Fügeflächen eine Klebstoffschicht eingebracht. Die Metallplatten werden im Buckelbereich verschweißt, wobei zu erwarten ist, dass die Klebstoffschicht durch Schweißwärme im Buckelbereich zerstört wird.
Gemäß der DE 32 35 547 A1 werden die Klebeflächen von zu verbindenden Bauteilen gereinigt, indem sie mittels eines Schwingungserzeugers aneinander gerieben werden. Zum Ausbilden eines Klebspaltes werden die Bauteile mittels Keilen auf Abstand gehalten. Unmittelbar nach dem Zuführen von Klebstoff in den Fügespalt werden die Keile zurückgezogen und die Teile zusammengedrückt.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zum Verbinden von Fügeteilen zu entwickeln, dass mit geringem Aufwand an Kosten und Material eine hinsichtlich Festigkeit und Zuverlässigkeit verbesserte Verbindung zwischen Fügeteilen ermöglicht.
Die Aufgabe wird mit einem Verfahren gelöst, welches durch die Verfahrenschritte nach Anspruch 1 gekennzeichnet ist. Vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Gemäß der Erfindung wird bei einem Verfahren zum Verbinden von Fügeteilen durch Kleben und Stoffverbinden in Vorbereitung des Stoffverbindens eine Klebstoffschicht partiell entfernt. Das partielle Entfernen des Klebstoffes und das Stoffverbinden können vorzugsweise durch eine Wärmewirkung von Laserstrahlen durchgeführt werden. Ein besonders geringer Aufwand ergibt sich, wenn die Fügeteile nach dem Kleben mittels Laserstrahlen verschweißt werden. In diesem Fall dienen die Laserstrahlen dem partiellen Entfernen von Klebstoff und dem Setzen einer Schweißnaht in den Bereichen, wo der Klebstoff entfernt wurde. Das partielle Entfernen des Klebstoffes und das Verschweißen kann gleichzeitig oder nacheinander durchgeführt werden.
Beim Kleben können sowohl physikalisch als auch chemisch abbindende Klebstoffe zum Einsatz kommen. Die Auswahl eines Klebstoffes richtet sich nach den gewünschten Eigenschaften der Klebverbindung, wie Festigkeit, Dichtigkeit und Korrosionsschutz. Beim partiellen Entfernen des Klebstoffs durch die Wärmewirkung von Laserstrahlen kommt vorzugsweise ein Klebstoff zum Einsatz, der rückstandsfrei verdampft und der das Ausbilden einer Schweißverbindung fördert.
Das Verfahren ist vorzugsweise beim Verbinden von beschichteten oder unbeschichteten Blechen anwendbar.
Die Erfindung soll nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen erläutert werden, es zeigen:
1 drei Phasen zum Herstellen einer Blechverbindung mit einem partiellem Abdampfen eines Klebstoffs,
2 drei Phasen zum Herstellen einer Blechverbindung mit indirektem Verdampfen eines Klebstoffes,
3 drei Phasen zum Herstellen einer Blechverbindung mit Aussparungen in einem Blech,
4 drei Phasen zum Herstellen einer Blechverbindung mit Schlitzen von Blechen,
5 drei Phasen zum Herstellen einer Blechverbindung mit zweimaligem Einschweißen in ein Blech,
6 eine Klebeverbindung zwischen Blechteilen,
7 eine kombinierte Kleb-Schweiß-Verbindung mit einer Liniennaht in Randlage,
8 eine kombinierte Kleb-Schweiß-Verbindung mit einer Stirnnaht in Randlage, und
9 eine kombinierte Kleb-Schweiß-Verbindung mit einer Bördelnaht in Randlage.
1 zeigt ein Schema einer Fügevorrichtung und drei Phasen zum Herstellen von Verbindungen zwischen einem Unterblech 1 und einem Oberblech 2. Gemäß 1.1 wird das Unterblech 1 auf Halter 3, 4 an einem Fügetisch 5 gelegt. Auf der Oberfläche des Unterblechs 1 ist eine Fügefläche 6.1 vorbereitet. Mit einem Dosierer 7, der an einer Hand 8 eines Roboterarms befestigt ist, wird in einer Koordinatenrichtung x eine Klebstoffraupe 9 der Höhe h aufgetragen.
Wie in 1.2 gezeigt, wird die Klebstoffraupe 9 gleichmäßig mit einer Dicke d auf der Fügefläche 6.1 verteilt. Das Verteilen des Klebstoffs kann durch Auswalzen der Klebstoffraupe 9 oder durch zeitweise Annähern der Fügefläche 6.2 des Oberblechs 2 an die Fügefläche 6.1 des Unterblechs 1 erfolgen, wobei die Klebstoffraupe 9 breitgedrückt wird. Zum Vorbereiten einer Schweißverbindung wird in einem Streifen 10 der Breite b mit einem Laserkopf 11 der Klebstoff 9 entfernt. Der Laserkopf 11 sitzt an einer Hand 12 eines Roboters. Vom Laserkopf 11 gehen fokussierte Laserstrahlen 13 aus, die in dem Streifen 10 den Klebstoff 9 Abbrennen bzw. Verdampfen. Dabei werden die Laserstrahlen 13 periodisch in Richtung y abgelenkt, während der Laserkopf 11 eine Bewegung in Richtung x ausführt.
Anschließend wird mittels einer Positioniervorrichtung das Oberblech 2, wie in 1.3 dargestellt, so zum Unterblech 1 positioniert und mit Niederhaltern 14, 15 fixiert, dass die Fügeflächen 6.1, 6.2 im Abstand d gegenüber liegen. Danach wird mit dem Laserkopf 11 mittig des Streifens 10 in Richtung x eine die Bleche 1, 2 verbindende Liniennaht 16 geschweißt. Ein Teil der Schweißwärme, die von der Naht 16 ausgehend in Richtung (–y, +y) geleitet wird, dient zum beschleunigten Abbinden des Klebstoffes 9 in der Klebfuge 17.
Sofern in der nachstehenden Beschreibung weiterer Ausführungsbeispiele bereits eingeführte Bezugszeichen verwendet werden, handelt es sich um Elemente oder Symbole mit äquivalenter Funktion oder äquivalentem Bedeutungsgehalt. Die im Ausführungsbeispiel nach 1 beschriebenen Vorrichtungen sind bei den weiteren Ausführungsbespielen mit Anpassungen an die jeweilige Fügesituation verwendbar.
Bei dem Ausführungsbeispiel nach 2 werden ein Unterblech 1 und ein Oberblech 2 durch Kleben verbunden. Eine Klebfuge 17 zwischen den Blechen 1, 2 hat eine Dicke d (2.1). Anschließend werden zum Vorbereiten einer Schweißverbindung fokussierte Laserstrahlen 13 auf die von der Klebfläche 6.2 abgewandte Oberfläche 18 des Blechs 2 gerichtet. Das Oberblech 2 wird durch Bewegen der Laserstrahlen 13 in den Richtungen y, x in einem Streifen 10 der Breite b so erwärmt, dass die darunter liegende Klebfuge 17 verdampft wird ( 2.2). Danach wird durch die Laserstrahlen 13 mittig des Streifens 10 in Richtung x eine die Bleche 1, 2 verbindende Liniennaht 16 gezogen, was näher in 2.3 dargestellt ist.
Gemäß 3.1 wurden ein Unterblech 1 und ein Oberblech 2 verklebt. Eine Klebfuge 17 hat eine Dicke d. Vor dem Kleben wurden in das Oberblech 2 Schlitze 19 eingebracht, so dass der Klebstoff im Bereich der Schlitze 19 frei liegt. In einem nächsten Schritt werden fokussierte Laserstrahlen 13 auf die Schlitze 19 gerichtet, so dass die Klebfuge 17 im Bereich der Schlitze 19 verbrennt bzw. verdampft (3.2). An den freigelegten Schlitzen 19 werden anschließend mittels Laserstrahlen 13 die Bleche 1, 2 verbindende Schweißnähte 16 erzeugt (3.3).
Bei dem Ausführungsbeispiel nach 4 wird zwischen einem Unterblech 1 und einem Oberblech 2 eine Klebfuge 12 der Dicke d gebildet (4.1). Wie in 4.2 gezeigt, werden danach durch fokussierte Laserstrahlen 13 in beiden Blechen 1, 2 Schlitze 19.1, 19.2 erzeugt. Durch die nach beiden Seiten der Bleche 1, 2 offenen Schlitze 19.1, 19.2 können Klebstoffdämpfe entweichen. In der Umgebung der Schlitze 19.1, 19.2 ist die Klebfuge 17 verdampft. Schließlich werden die Bleche 1, 2 durch Schweißen verbunden, indem durch Laserstrahlen 13 die Schlitze 19.1, 19.2 durch Schweißnähte 16 geschlossen werden (4.3).
5 zeigt eine Ausführung, bei der ein Unterblech 1 und ein Oberblech 2 in einem ersten Schritt verklebt wurden. Eine Klebfuge 17 zwischen den Blechen 1, 2 hat eine Dicke d ( 5.1). In einem nächsten Schritt werden am Oberblech 2 durch Laserstrahlen 13.1, 13.2 in Richtung x in einem Abstand w zwei parallele Schweißraupen 21.1, 21.2 gezogen. Durch die Wärmewirkung beim Bilden der Schweißraupen 21.1, 21.2 wird in einem Streifen der Breite b in der Klebfuge 17 Klebstoff verdampft (5.2). In einem letzten Schritt wird durch Laserstrahlen 13 zwischen den Schweißraupen 21.1, 21.2 eine die Bleche 1, 2 verbindende Liniennaht 16 erzeugt.
Bei den Ausführungsbeispielen nach den 7 und 8 wird von einer in 6 gezeigten Klebverbindung zwischen einem Unterblech 1 und einem Oberblech 2 ausgegangen. Eine Klebfuge 17 zwischen den Blechen 1, 2 hat eine Dicke d.
Gemäß 7 wird in einem Abstand a vom Rand 22 der Bleche 1, 2 durch fokussierte Laserstrahlen 13 eine Liniennaht 16 gezogen. Durch die Schweißwärme verdampft im Randbereich Klebstoff. Klebstoffdampf 20 entweicht durch den Fügespalt nach außen.
Bei der Variante nach 8 werden die Bleche 1, 2 am Rand durch eine Stirnnaht 16 verbunden. Die Stirnnaht 16 wird mit Laserstrahlen 13 erzeugt, welche seitlich auf die Klebfuge 17 gerichtet sind. Durch eine Leistungsanpassung der Laserstrahlen 13 und eine Bewegung in Richtung x wird die Klebfuge 17 am Rand dem Schweißen vorausgehend ausgeräumt. Die Klebstoffdämpfe können ungehindert aus dem Fügespalt austreten.
Bei einem Ausführungsbeispiel nach 9 wird jeweils ein Rand eines Blechs 1, 2 im Profil viertelkreisförmig gebördelt. Die Bleche 1, 2 werden so verklebt, dass die Bördelränder 23.1, 23.2 gegenüberliegen und auseinander laufen. Eine Klebfuge 17 zwischen den Blechen 1, 2 hat eine Dicke d (9.1). Für ein nachfolgendes Verschweißen werden die verklebten Bleche 1, 2 mit den Bördelrändern 23.1, 23.2 nach oben gehalten. Zum Schweißen werden fokussierte Laserstrahlen 13 auf den Spalt 24 zwischen den Bördelrändern 23.1, 23.2 gerichtet. Beim Schweißen verdampft ein Teil des Klebstoffs der Klebfuge 17. Eine Bördelnaht 16 verschließt die Klebfuge 17 in x-Richtung vollständig (9.2).

1: Unterblech
2: Oberblech
3, 4: Halter
5: Fügetisch
6: Fügefläche
7: Dosierer
8: Hand
9: Klebstoffraupe
10: Streifen
11: Laserkopf
12: Hand
13: Laserstrahl
14, 15: Niederhalter
16: Naht
17: Klebfuge
18: Oberfläche
19: Schlitz
20: Klebstoffdampf
21: Schweißraupe
22: Rand
23: Bördelrand
24: Spalt

Claims

Verfahren zum Verbinden von Fügeteilen, mit folgenden Verfahrensschritten: – Herstellen einer Klebverbindung zwischen den Fügeteilen, indem Klebstoff auf eine Klebfläche an mindestens einem Fügeteil mit einer vorgegebenen Höhe und einem vorgegebenen Volumen aufgetragen wird, und indem die Fügeteile an Klebflächen zueinander gebracht werden und eine Klebfuge zwischen den Fügeteilen ausgebildet wird, – Fixieren der Fügeteile in einer gewünschten Fügelage, – und Herstellen einer Stoffverbindung zwischen den Fügeteilen, indem der Klebstoff partiell entfernt wird, und indem die Fügeteile durch Wärmeeinwirkung an den Stellen, wo der Klebstoff partiell entfernt wurde, verbunden werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Klebstoff durch Laserstrahlen partiell entfernt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Stoffverbindung durch Laserschweißen hergestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Stoffverbindung durch Laserlöten hergestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Klebstoff vor dem Zueinanderbringen der Fügeteile auf eine Klebfläche eines Fügeteils aufgetragen und partiell entfernt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Klebstoff nach dem Fixieren der Fügeteile durch partielles Einwirken von Laserstrahlen auf mindestens ein Fügeteil entfernt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Zueinanderbringen der Fügeteile in ein Fügeteil durch Trennen Aussparungen eingebracht werden, und dass nach dem Fixieren der Klebstoff durch Einwirken von Laserstrahlen an den Aussparungen entfernt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Klebstoff partiell entfernt wird, indem nach dem Fixieren der Fügeteile mindestens ein Fügeteil durch Brennschneiden getrennt wird, und die Fügeteile an der Trennstelle durch Schweißen verbunden werden.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass zum Trennen und Schweißen Laserstrahlen verwendet werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Klebstoff partiell entfernt wird, indem nach dem Fixieren der Fügeteile auf mindestens einen Fügeteil auf der von der Klebfuge abgewandten Seite mindestens eine Schweißraupe aufgebracht wird, und dass die Fügeteile entlang der Schweißraupe durch Schweißen verbunden werden.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass zwei parallele Schweißraupen aufgebracht werden, und dass die Fügeteile zwischen den Schweißraupen durch Schweißen verbunden werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Klebstoff partiell entfernt und die Stoffverbindung hergestellt wird, indem nach den Fixieren der Fügeteile Laserstrahlen in einer Randlage der Fügeteile zum Einwirken gebracht werden.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass mit den Laserstrahlen eine Liniennaht in einem Abstand parallel zu einer Kante eines Fügeteils erzeugt wird.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass mit den Laserstrahlen an den Fügeteilen eine Stirnnaht erzeugt wird.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass durch Umformen des Randes an mindestens einem Fügeteil ein keilförmiger Fügespalt zwischen den Fügeteilen hergestellt wird, und dass mit den Laserstrahlen in dem Fügespalt eine Schweißnaht gezogen wird.
Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Rand durch Bördeln umgeformt wird, und dass eine Bördelnaht gezogen wird.