DE10331745A1 - Laser welding connection used in vehicle construction comprises sheet metal parts in which the middle part has a recess having a convex region or concave region lying at a distance from each other - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Dreiblech-Laserschweißverbindung (1) und ein Verfahren zur Herstellung einer Laserschweißverbindung (1) von zumindest in jeder Kontaktfläche infolge blechseitiger Oberflächenbehandlung vorhandener, in der Skizze nicht dargestellter, Beschichtung, insbesondere Verzinkung, wobei oftmals alle drei Blechbauteile 2, 3; 4 beidseitig mit einer zinkhaltigen Beschichtung versehen sind. Dabei dient ein mit Ausformungen (5) ausgestattetes mittleres Blechbauteil (3) der Festlegung eines definierten Abstandes gegenüber äußeren Blechbauteilen (2, 4). Jede Ausformung (5) ist dabei sowohl mit einem konvexen Bereich (6), welcher gegen ein erstes äußeres Blechbauteil (4) anliegt, als auch einen konkaven Bereich (7), welcher gegen ein zweites äußeres Blechbauteil (2) anliegt, ausgestattet. Eine mittels eines Spannelementes (8) beidseitig eingeleitete Fixierkraft (F) wird dadurch mittels der Ausformung (5) auf die äußeren Blechbauteile (2, 4) übertragen, so dass der jeweilige Abstand (a¶1¶, a¶2¶) auch bei vergleichsweise großen Krafteinleitungen unbeeinflusst bleibt.The invention relates to a three-sheet laser welding connection (1) and a method for producing a laser welding joint (1) of at least in each contact surface due to sheet-side surface treatment existing, not shown in the drawing, coating, in particular galvanizing, often all three sheet metal components 2, 3; 4 are provided on both sides with a zinc-containing coating. In this case, a central sheet metal component (3) equipped with formations (5) serves to establish a defined distance from outer sheet metal components (2, 4). Each molding (5) is equipped both with a convex region (6) which abuts against a first outer sheet-metal component (4) and a concave region (7) which rests against a second outer sheet-metal component (2). A fixation force (F) introduced on both sides by means of a tensioning element (8) is thereby transmitted to the outer sheet metal components (2, 4) by means of the formation (5), so that the respective distance (a¶1¶, a¶2¶) also at comparatively large force discharges remain unaffected.
Description
Die Erfindung betrifft eine Laserschweißverbindung von drei übereinander angeordneten Blechbauteilen, wobei zumindest eines der Blechbauteile beschichtet, insbesondere verzinkt ist und wobei das mittlere Blechbauteil konvexe oder konkave Ausformungen zur Einstellung eines definierten Abstandes gegenüber den äußeren Blechbauteilen in einem Verbindungsbereich aufweist. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer Laserschweißverbindung.The The invention relates to a laser welding joint of three on top of each other arranged sheet metal components, wherein at least one of the sheet metal components coated, is in particular galvanized and wherein the middle sheet metal component convex or concave formations for setting a defined distance from the outer sheet metal components in a connection area. Furthermore, the invention relates a method for producing a laser welding connection.
Korrosionsgefährdete Bauteile aus Stahlblech werden, insbesondere im Automobilbau, zunehmend mit einer einseitigen oder beidseitigen Oberflächenbeschichtung, beispielsweise aus Zink, versehen. Zum Schweißen solcher Blechbauteile wird in der Praxis das Verfahren des Laserschweißens angewendet. Durch die vergleichsweise niedrige Verdampfungstemperatur des Zinks der Oberflächenbeschichtung solcher Blechbauteile kann es zur Bildung von Löchern bzw. Poren innerhalb der Schweißnaht kommen, welche die Festigkeit der Schweißverbindung erheblich herabsetzen. Zur Vermeidung dieses Problems muss der entstehende Zinkdampf aus dem Bereich der Schweißnaht entweichen können. Dieses wird insbesondere dadurch unterstützt, dass die überlappend angeordneten zu verschweißenden Blechbauteile im Überlappungsbereich nicht vollflächig aufeinander liegen, sondern dass zwischen ihnen ein Spalt offen gehalten wird, durch den der entstehende Zinkdampf entweichen kann.Corrosion-endangered components made of sheet steel, especially in the automotive industry, increasingly with a one-sided or double-sided surface coating, for example made of zinc. For welding Such sheet metal components, the method of laser welding is applied in practice. Due to the comparatively low evaporation temperature of the zinc the surface coating Such sheet metal components can cause the formation of holes or pores within the weld come, which significantly reduce the strength of the welded joint. To avoid this problem, the resulting zinc vapor must be out the area of the weld can escape. This is particularly supported by the fact that the overlapping arranged to be welded Sheet metal components in the overlapping area not full surface lie on top of each other, but that between them open a gap held by the resulting zinc vapor can escape.
Zur Realisierung dieses Spaltes sind im Stand der Technik unterschiedliche Verfahren beschrieben.to Realization of this gap are different in the prior art Method described.
Die
Bei der Laserschweißverbindung von drei Blechbauteilen werden die Ausformungen abwechselnd konvex oder konkav ausgeführt, so dass jede Ausformung mit jeweils einem der äußeren Blechbauteile in Verbindung steht und dieses damit in dem definierten Abstand hält.at the laser welding connection of three sheet metal components, the formations are alternately convex or concave, so that each shape in conjunction with one of the outer sheet metal parts in combination stands and keeps it at the defined distance.
Die
Nach einem durch die WO 99 08829 bekannten Verfahren wird auf ein Unterblech einer zu schweißenden Blechpaarung ein punktueller Laserimpuls gerichtet. Mittels der hierdurch entstehenden Vorsprünge wird ein Entgasungsspalt zwischen den beiden Blechen realisiert. Die Vorsprünge werden dabei entsprechend der zu schweißenden Schweißnaht auf dem Unterblech erzeugt.To a method known from WO 99 08829 is based on a lower plate one to be welded Sheet metal pairing a punctual laser pulse directed. By means of thereby resulting projections a degassing gap between the two sheets is realized. The projections are doing according to the weld to be welded on produced the lower plate.
Durch
die
Als nachteilig bei den genannten Laserschweißverbindungen erweist es sich, dass der Abstand benachbarter Ausformungen zugleich relativ klein und zudem im Wesentlichen einheitlich bemessen sein muss, da anderenfalls die zur Fixierung der drei Bleichbauteile erforderlichen Fügekraft zu einer Durchbiegung eines äußeren Blechbauteiles führt. In der Praxis führt dies dazu, dass bei der Fixierung das der Ausformung abgewandte Blechbauteil auf das mittlere Blechbauteil gepresst wird und dadurch die Einhaltung eines einheitlichen Spaltmaßes über die Bauteilfläche erheblich erschwert oder sogar ausgeschlossen ist.When disadvantageous in the case of the abovementioned laser welding connections, it proves that the distance of adjacent formations at the same time relatively small and, moreover, must be essentially uniform, otherwise the joining force required to fix the three bleaching components to a deflection of an outer sheet metal component leads. In practice leads this in that when fixing the opposite of the molding Sheet metal component is pressed onto the middle sheet metal component and thereby compliance with a uniform gap over the component surface considerably difficult or even impossible.
Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Laserschweißverbindung zum Verbinden von Blechbauteilen zu schaffen, durch die insbesondere auch bei einer lediglich punktuell auf die Blechbauteile wirkenden Fixierkraft die Ausbildung einheitlicher Spaltmaße ermöglicht wird. Insbesondere soll dadurch die flächige Auflage benachbarter Blechbauteile ausgeschlossen werden. Weiterhin liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung einer Laserschweißverbindung zu schaffen.In front In this background, the invention is based on the object Laser welded joint to provide for joining of sheet metal components, in particular by the even at a point selectively acting on the sheet metal components Fixing the formation of uniform gaps is possible. In particular, should thereby the areal Edition of adjacent sheet metal components are excluded. Farther the invention has the object, a method for producing a laser welding connection to accomplish.
Die erstgenannte Aufgabe wird gelöst mit einer Laserschweißverbindung gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1. Die Unteransprüche betreffen besonders zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung.The first object is achieved with a laser welding connection according to the features of claim 1. The subclaims relate to particularly expedient developments of Er making.
Erfindungsgemäß ist also eine Laserschweißverbindung vorgesehen, bei der jede Ausformung sowohl einen konvexen Bereich als auch einen konkaven Bereich aufweist, welche gegen jeweils eines der beiden äußeren Blechbauteile anliegen. Hierdurch wird erreicht, dass die Ausformung zugleich als Abstandhalter für beide äußeren Blechbauteile wirkt, so dass die im Bereich dieser Ausformung aufgebrachte Fixierkraft nicht zu einer Annäherung der äußeren Blechbauteile an das mittlere Blechbauteil führt. Vielmehr bildet die Ausformung einen die äußeren Blechbauteile unmittelbar mit vorbestimmten Abstand verbindenden Abstandhalter. Insbesondere ist also eine Verformung der Blechbauteile aufgrund der Fixierkraft weitgehend ausgeschlossen. Die Fixierkraft kann dabei über Einzelspannelemente, die jeweils mindestens eine konkav-konvexe Ausformung überdecken, eingeleitet werden. Ebenso können die Spannelemente, die die Fixierkraft einleiten, nur lokal im Bereich der konkav-konvexen Ausformung oder über die volle Länge des zu lasernden Flansches aufliegen. Vorteilhaft ist die vollflächige Übertragung der Fixierkraft gleichzeitig sowohl über den konkaven und konvexen Bereich der Ausformung, jedoch ist auch ein nur teilweiser Kontakt möglich, wobei jedoch sowohl der konkave als auch der konvexe Bereich zumindest teilweise funktionell die Fixierkraft überträgt. Weiterhin ist es entbehrlich, die Ausformungen paarweise anzuordnen um das gewünschte Spaltmaß einzuhalten, so dass ferner mehrere Ausformungen auch unterschiedliche Abstände voneinander aufweisen können. Vorteilhaft ist eine komplette Abbildung der konkav-konvexen Ausformung auf dem Bauteil. Auch kann die Ausformung teilweise an der Bauteil-Beschnittkante enden, jedoch muss sowohl der konkave als auch der konvexe Bereich teilweise eingeprägt sein und die Fixierkraft übertragen können. Insbesondere ist die erforderliche Funktionalität der Ausformung im Gegensatz zum Stand der Technik bereits durch eine einzige Ausformung realisiert.According to the invention is thus a laser welding connection provided that each molding both a convex portion as well as having a concave portion which opposes one each the two outer sheet metal components issue. This ensures that the shape at the same time as a spacer for both outer sheet metal components acts, so that the applied in the region of this molding fixation not to an approximation of the outer sheet metal components leads to the middle sheet metal component. Rather, the molding forms a the outer sheet metal components directly with a predetermined distance connecting spacers. Especially So is a deformation of the sheet metal parts due to the fixing force largely excluded. The fixing force can be via individual clamping elements, each cover at least one concave-convex shape, be initiated. Likewise the clamping elements that introduce the fixing force, only locally in the area the concavo-convex shape or over the full length of the rest on lasernden flange. Advantageous is the full-surface transmission the fixing force simultaneously over both the concave and convex Area of formation, however, is also a partial contact possible, however, both the concave and convex portions are at least partially functionally transmits the fixing force. Furthermore, it is unnecessary arrange the formations in pairs to maintain the desired gap, so that further several formations also different distances from each other can have. A complete illustration of the concavo-convex shape is advantageous on the component. Also, the molding can partially at the component trim edge However, both the concave and the convex portion must be partially imprinted be and transfer the fixing force can. In particular, the required functionality of the molding is contrary to Prior art already realized by a single molding.
Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung wird auch dadurch erreicht, dass der konvexe Bereich von dem konkaven Bereich zumindest teilweise eingeschlossen ist. Hierbei erstreckt sich der konkave Bereich beiderseits des konvexen Bereichs, so dass dabei beispielsweise ein linienförmiger Kontakt zu dem zugeordneten äußeren Blechbauteil realisiert ist. Die Ausbildung eines Kippmomentes bei der Einwirkung der Fixierkräfte wird dadurch vermieden.A particularly advantageous embodiment The invention is also achieved in that the convex portion is at least partially enclosed by the concave area. In this case, the concave portion extends on both sides of the convex Area, so that, for example, a linear contact to the associated outer sheet metal component is realized. The formation of a tilting moment in the action the fixing forces is avoided.
Weiterhin erweist sich eine Abwandlung als besonders zweckmäßig, wenn der konvexe Bereich und der konkave Bereich zueinander konzentrisch angeordnet sind. Hierdurch wird eine gleichmäßige Krafteinleitung erreicht, die es gestattet, vergleichsweise große Fixierkräfte ohne eine unerwünschte Verringerung des Spaltmaßes einzuleiten und damit die Fixierung zu optimieren.Farther a modification proves to be particularly useful if the convex portion and the concave portion are arranged concentrically with each other are. As a result, a uniform application of force is achieved which allows comparatively large fixing forces without an undesirable reduction the gap dimension initiate and thus optimize the fixation.
Eine besonders günstige Weiterbildung der vorliegenden Erfindung wird auch dann erreicht, wenn der konkave Bereich den konvexen Bereich kreisringförmig einschließt. Hierdurch bildet sich zwischen dem äußeren Blechbauteil und dem konkaven Bereich ein linienförmiger Kontakt aus, welcher gegenüber dem abgewandten konvexen Bereich einen einheitlichen radialen Abstand aufweist. Eine mögliche unzulässig hohe Fixierkraft führt dabei zu einer gleichmäßigen Verformung sowohl des konvexen als auch des konkaven Bereichs.A especially cheap Development of the present invention is also achieved when the concave portion enclosing the convex portion in an annular shape. hereby forms between the outer sheet metal component and the concave portion of a line-shaped contact, which across from the opposite convex area a uniform radial distance having. A possible inadmissible high fixing force leads thereby to a uniform deformation both the convex and concave areas.
Dabei ist es zudem besonders vorteilhaft, wenn der konvexe Bereich und der konkave Bereich achssymmetrisch angeordnet sind, um so ungleichmäßige Krafteinleitungen zu verhindern.there It is also particularly advantageous if the convex portion and the concave area are arranged axisymmetric, so uneven force applications to prevent.
Grundsätzlich ist es möglich, dass insbesondere bei unterschiedlichen Blechbauteilen der konvexe Bereich und der konkave Bereich eine abweichende Höhe gegenüber der Blechbauteiloberfläche aufweisen, die somit zu unterschiedlichen Spaltmaßen führt. Besonders zweckmäßig ist jedoch eine Ausgestaltung, wenn der konvexe Bereich und der konkave Bereich einen übereinstimmenden Abstand zur Blechbauteilmitte aufweisen, so dass in einfacher Weise ein gleich bleibendes Spaltmaß beiderseits des mittleren Blechbauteils sichergestellt ist.Basically it is possible that in particular with different sheet metal parts of the convex Range and the concave area a different height from the Sheet metal component surface have, which thus leads to different gaps. Especially is appropriate however, a configuration when the convex portion and the concave portion a matching one Distance from the sheet metal component center, so that in a simple manner a constant gap on both sides of the middle sheet metal component is ensured.
Die beispielsweise noppenförmigen Ausformungen mit den jeweiligen konkaven und konvexen Bereichen können dabei sowohl in einem einzigen Arbeitsgang gleichzeitig ausgeformt werden oder aber in unterschiedlichen Arbeitsschritten bzw. Werkzeugoperationen ausgeformt werden. Zudem können die Ausformungen durch Nachschlagen oder Nachformen eingestellt werden. Weiterhin ist es auch möglich, dass bewegliche und ggf. mit einem separaten Antrieb versehene Werkzeug-Aktiv-Elemente die Ausformung abbilden. Grundsätzlich ist die konkav-konvexe Ausformung in Größe und Form von dem prägenden Werkzeug abhängig. Jedoch ist auch eine Variante zweckmäßig, bei der das auszuformende Blechbauteil eine Relativbewegung im Bereich der Prägeelemente ausführt, so dass die konkav-konvexe Ausformung eine in Werkstoffflussrichtung längliche Ausdehnung aufweist, die größer ist, als die des Prägeelementes.The for example, knob-shaped Formations with the respective concave and convex areas can thereby simultaneously formed both in a single operation or in different steps or tool operations be formed. In addition, the Formations can be adjusted by looking up or reshaping. Furthermore, it is also possible that movable and optionally provided with a separate drive tool-active elements depict the shape. in principle is the concavo-convex shape in size and shape of the embossing tool dependent. However, a variant is useful in which the auszuformende Sheet metal component a relative movement in the region of the embossing elements executing, so that the concavo-convex shape in a material flow direction elongated Expansion, which is greater than that of the embossing element.
Die zweitgenannte Aufgabe, ein Verfahren zur Herstellung der Laserschweißverbindung zu schaffen, wird dadurch gelöst, dass der konvexe Bereich und der konkave Bereich der Ausformung in einer einzigen Werkzeugoperation oder nacheinander hergestellt werden. Hierzu kann die Ausformung durch Nachschlagen oder Nachformen mittels eines Werkzeug-Aktiv-Elementes ausgebildet werden.The second object of providing a method for producing the laser welding joint is achieved by making the convex portion and the concave portion of the molding in a single tooling operation or sequentially. For this purpose, the shaping by looking up or reshaping by means of a Tool active element can be formed.
Ferner kann die Ausformung zugleich mit einem Nachformprozess des Blechbauteils erfolgen. Beim Prägen der noppenförmigen Ausformung wird das Blechbauteil gleichzeitig nachgeformt, so dass eine Relativ-Bewegung des Fügeflansches gegenüber dem Prägestempel erfolgt. Dies erfolgt insbesondere bei in Werkstoffflussrichtung ausgerichteten länglichen Ausformungen. Die Ausformung ist dabei länger, als der Noppen-Prägestempel.Further can the formation at the same time with a Nachformprozess of the sheet metal component respectively. When embossing the knob-shaped Forming the sheet metal component is simultaneously reshaped, so that a Relative movement of the joint flange across from the stamp he follows. This is done especially in material flow direction aligned elongated Forms. The shape is longer than the stud embossing stamp.
Die Erfindung lässt zahlreiche Ausführungsformen zu. Zur weiteren Verdeutlichung ihres Grundprinzips ist eine davon in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend beschrieben. Diese zeigt jeweils in einer Prinzipskizze inThe Invention leaves numerous embodiments to. To further clarify its basic principle is one of them shown in the drawing and will be described below. These shows each in a schematic diagram in
Die
- 11
- LaserschweißverbindungLaser welded joint
- 22
- Blechbauteilsheet metal component
- 33
- Blechbauteilsheet metal component
- 44
- Blechbauteilsheet metal component
- 55
- Ausformungformation
- 66
- konvexer Bereichconvex Area
- 77
- konkaver Bereichconcave Area
- 88th
- Spannelementclamping element
- 99
- Blechbauteilsheet metal component
- 1010
- Ausformungformation
- 1111
- konvexer Bereichconvex Area
- 1212
- konkaver Bereichconcave Area
- a1 a 1
- Abstanddistance
- a2 a 2
- Abstanddistance
- FF
- Fixierkraftfixing force
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