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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Fügebauteil zum Fügen auf
ein flächiges
Werkstück,
insbesondere zum Bolzenschweißen,
mit einem Fügeabschnitt,
mittels dessen das Fügebauteil
auf das Werkstück
gefügt
werden kann, und mit einem Befestigungsabschnitt, der einstückig mit
dem Fügeabschnitt
ausgebildet ist und an dem sich wenigstens ein weiteres Bauelement
befestigen lässt,
wobei der Fügeabschnitt
eine Fügefläche aufweist,
die beim Fügen
das flächige
Werkstück
berührt
und einen Umfang aufweist.
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Ferner
betrifft die vorliegende Erfindung eine Befestigungsanordnung mit
einem flächigen
Werkstück,
auf das ein solches Fügebauteil
gefügt
ist.
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Derartige
Fügebauteile
und Befestigungsanordnungen sind auf dem Gebiet des so genannten Bolzenschweißens allgemein
bekannt. Beim Bolzenschweißen
wird ein elektrisch leitfähiges
Fügebauteil auf
ein ebenfalls elektrisch leitfähiges
Werkstück
geschweißt.
Beim so genannten Hubzündungsverfahren
wird das Fügebauteil
mit dem Fügeabschnitt
auf das flächige
Werkstück
aufgesetzt. Anschließend wird
hierdurch ein Pilotstrom geführt,
und das Fügebauteil
wird von dem Werkstück
wieder abgehoben, so dass ein Lichtbogen gezogen wird. Anschließend wird
die Stromstärke
auf einen Schweißstrom
erhöht, so
dass der Fügeabschnitt
im Bereich der Fügefläche und
ein gegenüberliegender
Flächenabschnitt
des Werkstückes
angeschmolzen werden. Schließlich wird
das Fügebauteil
wieder auf das Werkstück
abgesenkt, so dass sich die Schmelzen vermischen. Bei dem so entstehenden
Kurzschluss wird der Schweißstrom
abgeschaltet. Die Gesamtschmelze erstarrt, und das Fügebauteil
ist stoffschlüssig
mit dem Werkstück
verbunden.
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Diese
Art von Bolzenschweißen
wird in großem
Umfang beispielsweise in der Automobilindustrie eingesetzt, wobei
Fügebauteile
in Form von Schweißbolzen
auf das Karosserieblech geschweißt werden. Die Schweißbolzen
dienen dann als Anker zum Befestigen von Anbauelementen oder zum
Aufclipsen von Kunststoffclips, an denen wiederum andere Bauelemente
festgelegt sind, wie elektrische Leitungen, Bremsschläuche etc.
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Der
Begriff des Bolzenschweißens
wird in der Regel im Zusammenhang mit rotationssymmetrischen Fügebauteilen
verwendet. Die im Wesentlichen gleiche Art von Schweißtechnik
wird jedoch auch dazu verwendet, um flächige Fügebauteile senkrecht auf ein
Werkstück
aufzuschweißen
(so genanntes WeldfastR-Verfahren). Der
Begriff des Bolzenschweißens
soll vorliegend auch das Aufschweißen derartiger, nicht rotationssymmetrischer
Bauteile beinhalten.
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Obgleich
das Bolzenschweißen
ein seit langem etablierter Prozess ist, besteht nach wie vor ein Bedarf
nach verbesserten Lösungen.
Beispielsweise ist die Schweißqualität bei manchen
Randbedingungen nicht durchgängig
optimal. Die Randbedingungen können
dabei Materialien sein oder auch Umgebungsrandbedingungen. Hierbei
kann es sein, dass die aufzuschmelzenden Flächen nicht vollflächig aufgeschmolzen
werden, so dass sich ungenügende Schweißverbindungen
ergeben.
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Zur
Lösung
dieses Problems gibt es eine Reihe von Ansätzen, beispielsweise das Schweißen mit
magnetischer Lichtbogenablenkung. Hierbei wird während des Brennens des Lichtbogens
ein elektromagnetisches Feld an den Bereich der Fügezone angelegt,
um den Lichtbogen auf bestimmte Art und Weise abzulenken bzw. zu
führen.
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Dieses
Verfahren ist jedoch vergleichsweise aufwändig.
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Es
ist daher die Aufgabe der Erfindung, ein verbessertes Fügebauteil
bzw. eine verbesserte Befestigungsanordnung anzugeben, bei denen
die erzielbaren bzw. erzielten Schweißverbindungen über die
Schweißfläche gesehen
gleichmäßiger ausgebildet
sind.
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Die
obige Aufgabe wird bei dem eingangs genannten Fügebauteil dadurch gelöst, dass
in der Fügefläche wenigstens
eine Ausnehmung ausgebildet ist, die quer zum Umfang verläuft und
die Fügefläche in wenigstens
zwei Teilflächen
unterteilt.
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Ferner
wird die obige Aufgabe gelöst
durch eine Befestigungsanordnung mit einem flächigen Werkstück, auf
das ein solches Fügebauteil
gefügt ist.
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Durch
die Unterteilung der Schweißfläche in wenigstens
zwei Teilflächen
kann eine gleichmäßigere Schweißverteilung
erzielt werden. Insbesondere kann überraschenderweise erreicht
werden, dass der Lichtbogen sich nicht an einer Stelle festbrennt.
Vielmehr kann der Lichtbogen an mehreren Stellen (entsprechend den
Teilflächen)
gleichzeitig brennen und kann auch zwischen den einzelnen Teilflächen hin- und
herspringen.
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Hierdurch
ist insgesamt eine größere Festigkeit
der Schweißverbindung
zu realisieren.
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Die
Fügebauteile
können
ohne oder auch mit magnetischer Lichtbogenablenkung gefügt werden.
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Die
obige Aufgabe wird somit vollkommen gelöst.
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Von
besonderem Vorzug ist es, wenn die Ausnehmung als längliche
Nut ausgebildet ist.
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Eine
derartige Nut lässt
sich einfach in ein Fügebauteil
einbringen, und zwar entweder nachträglich oder direkt bei der Herstellung
des Fügebauteils.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausführungsform
ist das Fügebauteil
ein um eine Längsachse
rotationssymmetrisches Schweißbauteil
wie ein Schweißbolzen.
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Dabei
ist es von besonderem Vorteil, wenn die Fügefläche ringförmig ausgebildet ist.
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Eine
derartige Fügefläche wird
insbesondere bei so genannten Ringflanschbolzen bzw. Schweißmuttern
verwendet.
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Dabei
ist es von besonderem Vorteil, wenn die Ausnehmung radial in Bezug
auf die Längsachse ausgerichtet
ist. Hierdurch wird die Schweißfläche in eine
Mehrzahl von Kreis- bzw. Ringsektoren unterteilt.
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Gemäß einer
alternativen Ausführungsform ist
das Fügebauteil
ein flächiges
Bauteil mit einer Stirnseite, an der die Schweißfläche ausgebildet ist.
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Die
Schweißfläche ist
bei dieser Ausführungsform
in der Regel polygonal, im einfachsten Fall etwa rechteckförmig ausgebildet.
Die wenigstens eine Ausnehmung verläuft dabei vorzugsweise quer zur
längsten
Seite der Polygonform (bei einem Rechteck folglich quer, vorzugsweise
senkrecht zur Längsseite).
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Insgesamt
ist es vorteilhaft, wenn die Ausnehmung eine Tiefe von wenigstens
0,5 mm, insbesondere im Bereich von 0,5 mm bis 3 mm aufweist.
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Es
hat sich gezeigt, dass Ausnehmungen mit derartigen Tiefen besonders
gute Schweißergebnisse
erzielbar machen.
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Bei
sämtlichen
Ausführungsformen
ist die Fügefläche des
Fügebauteils
entweder als plane Fläche
ausgebildet, die flächig
auf die Oberfläche
des Werkstückes
aufgesetzt wird. Alternativ hierzu kann die Schweißfläche jedoch
auch konisch zulaufend ausgebildet sein. Ferner kann das erfindungsgemäße Fügebauteil
nicht nur in Verbindung mit dem eingangs genannten Hubzündungsverfahren
beim Bolzenschweißen
verwendet werden. Auch eine Verwendung beim so genannten Spitzenzündungsverfahren
ist möglich
(bei letzterem ist an der Schweißfläche eine Schweißspitze
vorgesehen, die auf das Werkstück
aufgesetzt wird, wobei anschließend gleich
der Schweißstrom
eingeschaltet wird, so dass die Schweißspitze im Wesentlichen verdampft).
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Besonders
bevorzugt ist das Fügebauteil
als Schweißbolzen
mit einem Ringflansch ausgebildet, wobei der Schweißbolzen
aus Aluminium hergestellt ist. Das Verschweißen von Aluminium-Ringflanschbolzen
auf Aluminium-Werkstücke
hat bislang immer große
Schwierigkeiten hervorgerufen. Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung
des Fügebauteils können deutliche
Steigerungen der Festigkeit der Schweißverbindungen erzielt werden.
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Es
versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend
noch zu erläuternden Merkmale
nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in
anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne
den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der
nachfolgenden Beschreibung näher
erläutert.
Es zeigen:
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1 eine
schematische Darstellung von zwei erfindungsgemäßen Befestigungsanordnungen;
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2 eine
perspektivische schematische Darstellung eines Fügebauteils gemäß einer
ersten Ausführungsform;
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3 eine
schematische Ansicht einer weiteren Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Fügebauteils
von unten;
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4 eine
weitere schematische Ansicht eines erfindungsgemäßen Fügebauteils von unten;
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5 eine
schematische Seitenansicht einer weiteren Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Fügebauteils
in Form eines Ringflanschbolzens; und
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6 eine
perspektivische Ansicht einer weiteren Ausführungsform eines erfindungsgemäßen flächigen Fügebauteils.
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In 1 ist
links eine Befestigungsanordnung generell mit 10 bezeichnet.
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Die
Befestigungsanordnung 10 beinhaltet ein flächiges Werkstück 12,
aus einem elektrisch leitfähigen
Material, beispielsweise in Form eines Karosseriebleches. Ferner
weist die Befestigungsanordnung 10 ein Fügebauteil 14 in
Form eines Schweißbolzens
auf, das entlang einer Längsachse auf
das Werkstück 12 gefügt ist.
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Das
Fügebauteil 14 beinhaltet
einen Fügeabschnitt 20 in
Form eines Flansches sowie einen Befestigungsabschnitt 22 in
Form eines Schaftes. An dem Befestigungsabschnitt 22 ist
ein weiteres Bauelement in Form eines Kunststoffclips 24 befestigt,
beispielsweise durch Aufclipsen. Zu diesem Zweck kann der Befestigungsabschnitt 22 eine
entsprechende Rastkontur aufweisen, beispielsweise in Form eines Gewindes
(in 1 nicht dargestellt).
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An
dem Bauelement 24 kann eine Aufnahme 26 zur Aufnahme
einer Leitung (elektrische Leitung oder Bremsleitung etc.) ausgebildet
sein. Mittels der Befestigungsanordnung 10 lässt sich
folglich eine solche Leitung (oder ein anderer Gegenstand) an dem
Werkstück 12 befestigen.
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Der
Fügeabschnitt 20 weist
eine kreisförmige
Füge- bzw.
Schweißfläche 30 auf, über die
das Fügebauteil 14 auf
eine Oberfläche 32 des
Werkstückes 12 geschweißt ist,
beispielsweise mittels des eingangs genannten Bolzenschweißverfahrens.
Eine hierdurch gebildete Fügezone
in Form einer erkalteten Schmelze, die eine stoffschlüssige Verbindung zwischen
dem Fügebauteil 14 und
dem flächigen Werkstück 12 einrichtet,
ist in 1 bei 34 gezeigt.
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Bei
der in 1 links gezeigten Befestigungsanordnung 10 ist
das Fügebauteil 14 als
einstückiger
Schweißbolzen
aus einem Vollmaterial gebildet. In der Darstellung rechts in 1 ist
eine alternative Ausführungsform
eines Fügebauteils 14 gezeigt,
bei dem der Fügeabschnitt 20 im
Bereich der Schweißfläche 30 eine
kreisförmige
Vertiefung 36 aufweist. Die Schweißfläche 30 ist bei dieser
Ausführungsform
als Ringfläche
ausgebildet. Der Befestigungsabschnitt 22 des Fügebauteils 14 kann
als Vollschaft ausgebildet sein, kann jedoch auch mit einer Längsbohrung 38 ausgebildet
sein, wie es in 1 rechts gestrichelt dargestellt
ist.
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Die
in 1 gezeigten Befestigungsanordnungen 10 weisen
jeweils Fügebauteile 14 auf,
die vor dem Herstellen der Fügeverbindung
in der Fügefläche wenigstens
eine Ausnehmung ausgebildet hatten, die quer zum Umfang verläuft und
die Fügefläche in wenigstens
zwei Teilflächen
unterteilt.
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Derartige
Fügebauteile 14 sind
in den nachstehenden 2 bis 6 gezeigt.
Diese Fügebauteile
entsprechen hinsichtlich Aufbau und Funktionsweise generell den
in 1 gezeigten Fügebauteilen.
Gleiche Elemente sind daher mit gleichen Bezugsziffern bezeichnet.
Im Folgenden werden im Wesentlichen die Unterschiede erläutert.
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In 2 ist
ein Fügebauteil 14 gezeigt,
das im Wesentlichen dem Fügebauteil 14 in 1 links entspricht.
In der Fügefläche ist
dabei eine radial zu der Längsachse 16 verlaufende
Ausnehmung 40 in Form einer länglichen Nut ausgebildet. Die
Ausnehmung 40 verläuft
quer zu einem kreisförmigen
Umfang 42 der Schweißfläche 30 und
unterteilt die Schweißfläche 30 in
zwei Teilflächen 44A, 44B,
die jeweils in ihrer Form etwa einem Kreissektor entsprechen, der
180° überstreicht
(Halbkreis).
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In 3 ist
eine abgewandelte Ausführungsform
des Fügebauteils 14 der 2 gezeigt.
Dabei ist die Schweißfläche 30 mittels
einer ersten Ausnehmung 40A in Form einer länglichen
Nut und einer hierzu senkrecht ausgerichteten zweiten Ausnehmung 40B in
Form einer länglichen
Nut in vier Teilflächen 44A–44D unterteilt.
Die Teilflächen 44A–44D entsprechen
in ihrer Form jeweils Kreissektoren, die 90° überstreichen.
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4 zeigt
eine weitere Ausführungsform
eines Fügebauteils 14,
das generell dem Fügebauteil 14 der 1 rechts
entspricht und eine zentrale kreisförmige Vertiefung 36 aufweist.
In der so gebildeten ringförmigen
Schweißfläche 30 ist
eine quer zur Längsachse 16 verlaufende
Ausnehmung 40 in Form einer länglichen Nut ausgebildet, so
dass die Schweißfläche 30 in
zwei Ringsektoren 44A, 44B unterteilt ist.
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5 zeigt
eine abgewandelte Ausführungsform
des Fügebauteils 14 der 4.
Auch hierbei weist das Fügebauteil 14 einen
Fügeabschnitt 20 mit einer
Vertiefung 36 auf, und in der Schweißfläche 30 ist eine Ausnehmung 40 in
Form einer länglichen
Nut ausgebildet.
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Der
Befestigungsabschnitt 22 ist bei dieser Ausführungsform
an seinem Außenumfang
mit einem schematisch angedeuteten Gewinde ausgebildet.
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Der
Fügeabschnitt 20 ist
als Flanschabschnitt ausgebildet und weist eine Höhe H1 auf.
Die Vertiefung 36 weist eine Tiefe H2 auf, und die Ausnehmung 40 weist
eine Tiefe H3 auf.
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Die
Tiefe H3 der Ausnehmung 40 ist kleiner als die Tiefe H2
der Vertiefung 36. Ferner ist die Tiefe H2 der Vertiefung 36 kleiner
als die Höhe
H1 des Fügeabschnittes 20.
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In 6 ist
eine alternative Ausführungsform eines
Fügebauteils 14 in
Form eines flächigen
Bauteils ausgebildet. Das Fügebauteil 14 kann
im Querschnitt L-förmig,
C-förmig, S-förmig oder
auch gerade ausgebildet sein. In 6 ist das
Fügebauteil 14 beispielhaft
im Querschnitt L-förmig
ausgebildet und weist eine folglich L-förmige Schweißfläche 30 auf.
In der Schweißfläche 30 sind
zwei Ausnehmungen 40A, 40B ausgebildet, die jeweils
quer zu einer Längsseite
der Schweißfläche 30 ausgerichtet
sind. Hierdurch wird die Schweißfläche 30 in
drei Teilflächen 44A, 44B und 44C unterteilt.
In 6 ist ferner zu erkennen, dass in einem der L-Schenkel
beispielsweise ein Befestigungsloch 48 ausgebildet sein kann, über das
ein weiteres Bauelement an dem Fügebauteil 14 befestigt
werden kann.
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Bei
den obigen Ausführungsformen
sind jeweils ein oder zwei längliche
Ausnehmungen 40 in Form von Nuten gezeigt, die die Fügefläche 30 unterteilen.
Alternativ hierzu kann auch eine Vielzahl von derartigen Ausnehmungen 40 vorgesehen
sein, so dass die Fügefläche insgesamt
geriffelt ist.
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Ferner
sind die Ausnehmungen 40 jeweils durchgehend von einem
Umfangsabschnitt zu einem gegenüberliegenden
Umfangsabschnitt ausgebildet. Alternativ hierzu können die
Ausnehmungen auch unterbrochen sein, derart, dass die Schweißfläche im Wesentlichen
in Teilflächen
unterteilt ist.