DE102011002620A1

DE102011002620A1 - Schweißverfahren

Info

Publication number: DE102011002620A1
Application number: DE102011002620A
Authority: DE
Inventors: Guido Müller; Dietmar Rotheut
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2011-01-13
Filing date: 2011-01-13
Publication date: 2012-07-19
Also published as: RU2012100854A; CN102581457A; CN102581457B; US9993892B2; RU2601977C2; US20120181256A1

Abstract

Schweißverfahren zum Verschweißen gefalzter bzw. gebördelter Flansche von Bauteilen von Kraftfahrzeugkarosserien mittels einer zangenartigen Schweißvorrichtung, mit der direkt auf einem gebördelten Rand bzw. Flansch eines Bauteils geschweißt werden kann, wozu die Fügeelektrode direkt auf dem Flansch bzw. Rand auf der späteren Innenseite aufgepresst wird, die Gegenelektrode ebenfalls auf der Innenseite des Bauteils aufgesetzt wird und auf der der Fügeelektrode gegenüberliegenden Seite des Flanschtung angepresst wird, wobei das Widerlager der zangenartigen Schweißvorrichtung in eine das Bauteil unterstützende Auflage eingreift und die Auflage zusammen mit dem Bauteil gegen die Fügelektrode angepresst wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Schweißverfahren und eine Schweißanlage zum Verschweißen gefalzter bzw. gebördelter Flansche von Bauteilen von Kraftfahrzeugkarosserien mittels einer zangenartigen Schweißvorrichtung, mit der direkt auf einem gebördelten Rand bzw. Flansch eines Bauteils geschweißt werden kann, wozu die Fügeelektrode direkt auf dem Flansch bzw. Rand auf der späteren Innenseite aufgepresst wird, die Gegenelektrode ebenfalls auf der Innenseite des Bauteils aufgesetzt wird und auf der der Fügeelektrode gegenüberliegenden Seite des Flansches ein Widerlager der zangenartigen Schweißvorrichtung angepresst wird.
Aus der Kraftfahrzeugindustrie ist es bekannt, Bauteile der Fahrzeuge aus zwei oder mehr tiefgezogenen Metallblechen herzustellen, die durch Bördeln und Verkleben in der Bördelfalz verbunden werden. Während des Aushärtens des Klebers können sich die Bleche gegeneinander verschieben, wodurch die Formhaltigkeit des Bauteils nicht gewährt ist. Deshalb werden für den Aushärteprozeß auch zwei Bauteile relativ zueinander fixiert, die bereits mittels einer formschlüssigen Verbindung, vorzugsweise einer Falz- oder Bördelverbindung, miteinander verbunden sind. Üblicherweise erfolgt dies über eine Widerstandspressschweißung.
Insbesondere externe Bauteile von Fahrzeugen, sog. Anbauteile, wie zum Beispiel Türen und Motorhauben von Automobilen, bestehen meist aus mehreren Blechen, die im Randbereich zumindest abschnittsweise mittels Falzverbindung verbunden sind. Durch die Falzverbindung sollen zum einen aus Verletzungsgründen scharfe Kanten im Randbereich vermieden werden, zum anderen wird durch die Falzverbindung in Kombination mit Verbindungs- und Dichtkleber auch eine steife Struktur des Zusammenbaus erreicht.
Zum Fügen eines solchen Zusammenbaus wird Üblicherweise ein erstes Bauteil mit Bördelflansch, das später die Außenhaut bilden wird, im Randbereich mit einer Kleberaupe belegt. Dies kann im Falzbett geschehen oder in einem vorgelagerten Arbeitsschritt, Anschließend wird ein zweites Bauteil, das eine innere Verstärkungsstruktur bildet, auf oder in das erste Bauteil gelegt. Dann werden die beiden Bauteile teilweise oder vollständig im Randbereich durch Falzen bzw. Bördeln formschlüssig verbunden, indem der Bördelflansch um den Rand des inneren Bauteils gebördelt wird. Während des Falzens verteilt sich der Kleber vollständig über die Kontaktflächen der Bauteile und füllt die Hohlräume des Flansches aus. Dadurch soll eine höhere Festigkeit der Verbindung und Korrosionsschutz gewährleistet werden.
Anschließend werden die miteinander durch das Bördeln verbundenen oder gebildeten Teile meist durch Schweißzangen miteinander im Bereich des gebördelten Flansches verschweißt. Die Schweißzangen bewirken neben dem Stromfluss für die eigentliche Schweißung auch das Aufbringen einer bestimmten und für gute Schweißergebnisse benötigten Kraft sowie eine Fixierung der Teile zu einander.
Da es sich bei den genannten Zusammenbauten um Sichtbauteile handelt, die die spätere Anmutung des Fahrzeugs maßgeblich bestimmen, werden höchste Anforderungen an die geometrischen Toleranzen und die Oberflächenqualität der Sichtfläche gestellt.
Allerdings wird bei den üblichen Schweißverfahren dabei ein sichtbarer Abdruck (z. B. Schweißmarke) auf beiden Seiten des Flansches erzeugt, der gerade auf der späteren Außenseite des Bauteils unerwünscht ist.
Aus der JP 2004-074259 A bzw. WO 2009/135938 A1 ist eine zangenartige Schweißvorrichtung bekannt, mit der direkt auf einem gebördelten Rand bzw. Flansch eines eingeklemmten Bauteils geschweißt werden kann, wozu die Fügeelektrode direkt auf dem Flansch bzw. Rand auf der späteren Innenseite aufgesetzt wird. Auf der der Fügeelektrode gegenüberliegenden Seite des Flansches wird die sonst übliche Gegenelektrode durch ein Widerlager der zangenartigen Schweißvorrichtung ersetzt. Die Gegenelektrode wird ebenfalls auf der Innenseite des Bauteils aufgesetzt allerdings nur in der Nähe des Flansches.
Allerdings kommt es trotz dieser Änderungen immer noch zu unerwünschten Abdrücken (z. B. Verwerfungen) auf der späteren Außenseite, da das Widerlager der zangenartigen Schweißvorrichtung beim Schweißen das Bauteil lokal klemmt und somit einen lokal begrenzten Druck auf das Bauteil ausübt und ggf. auch noch gegenüber der Auflage verschiebt. Zusammen mit den hohen Temperaturen beim Schweißen entstehen so häufig Verwerfungen bzw. Verformungen in der Bauteiloberfläche auf der Seite des Widerlagers.
Demgegenüber besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Schweißverfahren zur Verfügung zu stellen, bei dem auf der späteren Außenseite des mit einem gebördelten Flansch versehenen Bauteils einerseits keine unerwünschten Abdrücke entstehen.
Diese Aufgabe wird durch das in Anspruch 1 wiedergegebene Schweißverfahren gelöst.
Dadurch, dass das Widerlager der zangenartigen Schweißvorrichtung in eine das Bauteil unterstützende Auflage eingreift und die Auflage zusammen mit dem Bauteil gegen die Fügelektrode angepresst wird, ist es möglich, ein geschlossenes Kraftsystem für den Schweißvorgang bereitzustellen. Somit stehen alle für das Schweißen relevanten Teile (Elektroden und das Bauteil) zu einander in einer festgelegten und fixierten Anordnung. Dies ermöglicht eine Steifheit des Systems und eine elastische Auffederung beim Schweißen (über einen Zangenausgleich) und führt so zu einem optimalen Nachsetzverhalten. Hierdurch können spritzerfreie und qualitativ hochwertige Schweißungen erreicht werden, so dass die Bauteile praktisch ohne Nachbearbeitung der Oberfläche lackierfertig sind, was für die Verwendung im Kraftfahrzeugsektor eminent wichtig ist.
Dabei wird das Bauteil flächig in der Auflage gehalten und nicht lokal mit einem Druck beaufschlagt. Bei der Auflage kann es sich um eine gesonderte Schweißauflage handeln. Andererseits ist es auch möglich, das Bördelbett als Auflage zu verwenden und somit eine gesonderte Station einzusparen.
In einer bevorzugten Ausführungsform kann die zangenartige Schweißvorrichtung des Schweißverfahrens also einen Zangenausgleich ausführen, um Toleranzen in der Fügeachse zu kompensieren, die z. B. aus einer Elektrodenabnutzung oder einer Schweißroboter-Positionsungenauigkeit (mit dem das Verfahren bevorzugterweise ausgeführt wird) resultieren.
In einer weiteren Ausführungsform ist es von Vorteil, wenn zum Ableiten der beim Schweißen entstehenden hohen Temperaturen in der Auflage eine wärmeleitfähige Einlage (gegenüber der Fügelektrode) vorgesehen wird. Die wärmeleitfähige Einlage kann aus Kupfer oder einer Kupferlegierung bestehen. Beim Widerstandspressschweißen kann die Einlage auch aus Kunststoff bestehen, da hierbei weniger Wärme entsteht.
Damit die Auflage und das Bauteil zur Fügeelektrode gezogen bzw. angepresst werden können, ist es von Vorteil, wenn das Widerlager in eine Aufnahme in der Auflage eingreift und dort geführt wird. Dann wird das Widerlager zum einem gegenüber der Auflage festgelegt und zum anderen ist es möglich, die Auflage und das Widerlager gegenüber der Schweißvorrichtung relativ festzulegen.
Gemäß einer ebenfalls bevorzugten Ausführungsform wirkt das Widerlager mit einer sich in Richtung der auszuführenden Schweißung erstreckenden Führung zusammen, so dass das Widerlager an zu verschweißende Stellen einfach und zuverlässig positioniert werden kann.
Bevorzugt ist die Widerlager gegenüber der Fügeelektrode und/oder der Auflage elektrisch isoliert ist. Damit wir sicher verhindert dass ein Nebenschweißstrom über de Widerlager zur Gegenelektrode fließt.
Bauteil, die bevorzugt mit dem erfinderischen Schweißverfahren hergestellt werden können, sind die Karosserieklappen eines Kraftfahrzeugs, wie Türen, Heckklappen, Motorhauben, aber auch andere Bauteile, bei denen ein Bördelflansch geschweißt bzw. zumindest geheftet werden muß.
Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnung, in der
1 eine schematische Ansicht einer Schweißvorrichtung an einem Kraftfahrzeugbauteil zeigt und
2 eine schematische Ansicht einer alternativen Schweißvorrichtung an einem Kraftfahrzeugbauteil zeigt.
1 zeigt einen Fügebereich 2 zweier Teile 3 und 4, die mittels einer Widerstandspress-Schweißvorrichtung S eines ersten Ausführungsbeispiels zu einem Bauteil 1 verschweißt werden. Die zwei Teile 3 und 4 des Bauteils 1 liegen mit einer Sichtfläche 5 auf einer ein Widerlager bildenden Auflage 6, beispielsweise einem Falzbett. Zum formschlüssigen Fügen der Teile 3, 4 wird das erste Teil 3, das später die Außenseite bilden wird, im Randbereich, längs eines Bördelflansches 7 mit Kleber 8 belegt.
Anschließend wird das zweites Teil 4, das eine innere Struktur bildet, auf das erste Teile 3 gelegt längs des Bördelflansches 7 des ersten Teils 3. Dann werden die beiden Teile teilweise oder vollständig im Randbereich durch Falzen formschlüssig verbunden, indem der Bördelflansch 7 um den Rand des zweiten Teils 4 herum gefalzt wird. Während des Falzens verteilt sich der Kleber 8 vollständig über die Kontaktflächen der Teile 3 und 4 und füllt die Hohlräume der Falztasche aus, um die Festigkeit der Verbindung und einen Korrosionsschutz durch Versiegelung zu bewirken.
Anschließend erfolgt mittels des Schweißroboters S die Verschweißung entlang des Bördelflansches 7 an vorher bestimmten beabstandeten Stellen. Dazu werden eine Fügeelektrode 9 über dem Bördelflansch 7 und eine Masse- bzw. Gegenelektrode 10 über das zweite Teil 4 etwas vom Bördelflansch 7 entfernt positioniert und anschließend angepresst. Der Bördelflansch 7 wird angefahren bis das Werkzeug relativ zum Bördelflansch 7 eine vorprogrammierte Position erreicht hat. In dieser hat die Gegenelektrode 10 mit einer vordefinierten Kraft Kontakt mit dem inneren Teil 4.
Entsprechend wird die Fügeelektrode 9 bis in den Kontakt mit dem Bördelflansch 7 verfahren und Druck gesteuert auf den Bördelflansch 7 aufgepresst. Es versteht sich, dass die Schweißvorrichtung dabei einen sogenannten Zangenausgleich durchführen kann.
Um den für das erfolgreiche Pressschweißen nötigen Druck aufzubauen und eine genaue Positionierung zu erreichen, liegen die Teile 3, 4 auf der Auflage 6, in der ein isoliertes Widerlager 11 in Form eines Zangenarms der Schweißvorrichtung eingreift, das analog einer bekannten Schweißzange ausgeführt ist und das während des Fügens die von der Fügeelektrode 1 ausgeübte Kraft aufnimmt.
Die Auflage weist dazu jeweils eine Aufnahme 12 unterhalb der zu verschweißenden Stellen bzw. Bördelpunkte auf, in die das Widerlager 11 eingreift und die dabei das Widerlager 11 führt. Somit wird die Auflage 12 zusammen mit dem Bauteil 1 gegen die Fügeelektrode 9 angepresst. Somit wird ein flächiges Widerlager bereitgestellt. Um die Führung in der Aufnahme 12 zu bewirken, sind das Widerlager 11 und die Aufnahme 12 mit sich entsprechender Form ausgestaltet.
Alternativ kann in der Ausnehmung 12 eine Führungsplatte 13 vorgesehen sein, die mit Bohrungen 14 für den Eingriff entsprechender Führungsstifte 15 des Widerlagers 11 versehen ist (vgl. 2).
Zum Ableiten der Schweißtemperatur kann in der Auflage 6 eine wärmeleitfähige Einlage 16 vorgesehen sein, die aus Kupfer oder einer Kupferlegierung oder aus Kunststoff besteht.
Nach der Positionierung wird der eigentliche Schweißvorgang durch Beaufschlagung der Elektroden mit Strom und Druck ausgeführt. Anschließend wird die nächste Schweißposition angefahren und der Vorgang widerholt.
Bezugszeichenliste

1: Bauteil
2: Fügebereich
3: Teil
4: Teil
5: Sichtfläche
6: Auflage
7: Bördelflansch
8: Kleber
9: Fügeelektrode
10: Gegenelektrode
11: Widerlager
12: Aufnahme
13: Führungsplatte
14: Bohrungen
15: Führungsstifte
16: Einlage
S: Schweißvorrichtung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2004-074259 A [0008]
WO 2009/135938 A1 [0008]

Claims

Schweißverfahren zum Verschweißen gefalzter bzw. gebördelter Flansche von Bauteilen von Kraftfahrzeugkarosserien mittels einer zangenartigen Schweißvorrichtung, mit der direkt auf einem gebördelten Rand bzw. Flansch eines Bauteils geschweißt werden kann, wozu die Fügeelektrode direkt auf dem Flansch bzw. Rand auf der späteren Innenseite aufgepresst wird, die Gegenelektrode ebenfalls auf der Innenseite des Bauteils aufgesetzt wird und auf der der Fügeelektrode gegenüberliegenden Seite des Flansches ein Widerlager der zangenartigen Schweißvorrichtung angepresst wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Widerlager der zangenartigen Schweißvorrichtung in eine das Bauteil unterstützende Auflage eingreift und die Auflage zusammen mit dem Bauteil gegen die Fügelektrode angepresst wird.
Schweißverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zangenartige Schweißvorrichtung einen Zangenausgleich ausführen kann.
Schweißverfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zum Ableiten der Schweißtemperatur in der Auflage eine wärmeleitfähige Einlage vorgesehen wird.
Schweißverfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die wärmeleitfähige Einlage aus Kupfer oder einer Kupferlegierung oder aus Kunststoff besteht.
Schweißverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Widerlager in eine Aufnahme in der Auflage eingreift und dort geführt wird.
Schweißverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Widerlager mit einer sich in Richtung der auszuführenden Schweißung erstreckenden Führung zusammenwirkt.
Schweißverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Widerlager gegenüber der Fügeelektrode und/oder der Auflage elektrisch isoliert ist.
Schweißanlage zur Durchführung eines Schweißverfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
Bauteil, hergestellt mit einem Schweißverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7.
Bauteil nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Bauteil eine Karosserieklappe eines Kraftfahrzeugs ist.