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WO2006074999A1 - Verfahren zum zusammenfügen zumindest eines ersten bleches und eines zweiten bleches mittels laserschweissen, verfahren zum zusammenfügen zumindest dreier bleche mittels laserschweissen, verwendung der verfahren und bauteil, gefertigt mittels der verfahren - Google Patents

Verfahren zum zusammenfügen zumindest eines ersten bleches und eines zweiten bleches mittels laserschweissen, verfahren zum zusammenfügen zumindest dreier bleche mittels laserschweissen, verwendung der verfahren und bauteil, gefertigt mittels der verfahren Download PDF

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Publication number
WO2006074999A1
WO2006074999A1 PCT/EP2006/050129 EP2006050129W WO2006074999A1 WO 2006074999 A1 WO2006074999 A1 WO 2006074999A1 EP 2006050129 W EP2006050129 W EP 2006050129W WO 2006074999 A1 WO2006074999 A1 WO 2006074999A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
sheets
laser
sheet
welding
joining
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/EP2006/050129
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Axel Geisler
Matthew Cooper
Andreas Schmitter
Michael Hamers
Vincenzo Oliva
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Johnson Controls GmbH
Original Assignee
Johnson Controls GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Johnson Controls GmbH filed Critical Johnson Controls GmbH
Priority to US11/794,951 priority Critical patent/US20100147809A1/en
Priority to JP2007550787A priority patent/JP2008526520A/ja
Priority to EP06704617A priority patent/EP1838488A1/de
Publication of WO2006074999A1 publication Critical patent/WO2006074999A1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60N—SEATS SPECIALLY ADAPTED FOR VEHICLES; VEHICLE PASSENGER ACCOMMODATION NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B60N2/00—Seats specially adapted for vehicles; Arrangement or mounting of seats in vehicles
    • B60N2/68—Seat frames
    • B60N2/682—Joining means
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/20—Bonding
    • B23K26/21—Bonding by welding
    • B23K26/24—Seam welding
    • B23K26/244—Overlap seam welding

Definitions

  • Method for joining at least a first sheet and a second sheet by means of laser welding Method for assembling at least three sheets by means of laser welding, use of the method and component, produced by means of the method
  • the present invention relates to a method for joining at least a first sheet and a second sheet by means of laser welding, which are at least partially stacked on each other so that they form an overlap region. Furthermore, the present invention relates to a method for assembling at least three sheets by means of laser welding. Furthermore, the present invention relates to the use of the method and a manufactured by one of the method component.
  • the fuel consumption of vehicles increases with the weight to be transported. It is well known that in the automotive industry, especially in the automotive industry, the weight of vehicles increases due to the increasing cost of components to provide the ever increasing comfort of the vehicles. A main task of the manufacture of the vehicle industry is therefore the weight optimization of the components of the vehicle.
  • the object of the invention is therefore the weight optimization of the components, in particular of a vehicle and in particular of a motor vehicle, wherein the components should have a very high rigidity and strength at the same time and the components are to be manufactured at the same cost, in particular by optimizing the assembly times and special by optimizing Insertion and welding times of the components.
  • the object is achieved with a method for joining at least a first sheet and a second sheet by means of laser welding, which are at least partially stacked on each other so that they form an overlap region, wherein the sheets are welded together after stacking in the overlapping area along a pendulum line.
  • the pendulum line is the line that the laser beam of the laser makes on the laser-facing sheet metal.
  • the resulting weld seam becomes longer in comparison to welding along a straight line, the straight line of the projection of the pendulum line corresponding to an axis which intersects the pendulum line at least in two points. Since the welding seam formed along the pendulum line during welding of the sheets is longer than the weld seam which is produced along a straight line during welding, the strength of the weld seam is greater.
  • a manufactured by the method according to the invention component therefore has greater strength and rigidity due to the greater strength of its welds and is therefore both more durable and more resilient.
  • the thickness of the sheets can be reduced, so that although the rigidity and strength of the manufactured component is not or not substantially larger, but the weight of the component is reduced.
  • the method according to the invention therefore makes it possible to optimize the components in terms of their strength and stiffness on the one hand and their weight on the other hand.
  • the pendulum line is provided substantially wave-shaped.
  • Other essentially arbitrary curves of the pendulum line are possible, for example, a curved, a jagged or a round course of the pendulum line.
  • a jagged course of the pendulum line possibly stress peaks in the weld, which can lead to the cracking of the weld seam, while the voltage curve is more homogeneous with wavy or curved pendulum line.
  • a round course requires a retraction of the laser and / or the sheets.
  • a jagged or round course of the pendulum line is therefore not optimal with respect to the speed of producing the weld and / or with respect to the transport of the sheet (s).
  • the laser and / or the sheets can be moved uniformly, so that the speed of assembly, in particular with respect to the welding times, is optimized.
  • the width of a region of the components intended for welding can be selected to be smaller than when welding by means of a welding process that requires touching the metal sheets to be welded, in particular in the case of complex shape of the metal sheets or of the metal to be produced component. The required size of the sheet or the sheets is therefore smaller, so that the weight of the component to be manufactured is reduced.
  • the strength of the weld and the rigidity of the component increases with increasing amplitude or reduction of the wavelength of the wave-shaped pendulum seam due to the lengthening of the length of the weld compared to the rectilinear weld, so that the strength of the weld and the rigidity of the component by variation of amplitude and wavelength of the pendulum line is adjustable.
  • the sheets have an overlapping region during welding - and thus not welded together by means of a butt welding process, at to which they must be placed very close together - and due to the welding along the pendulum line - which allows a greater tolerance when inserting the sheets - no greater insertion accuracy of the sheets is required in the inventive method than in the conventional resistance spot welding.
  • a laser is provided above the overlapping area of the sheets.
  • the sheets are completely melted in the region of the weld over its entire thickness, so that they connect to each other during solidification substantially optimal.
  • the pendulum line is at an angle to the main load direction, more preferably substantially transverse to the main load direction, most preferably at an angle of about 45 °.
  • the main loading direction is the direction in which the weld is substantially stressed when using the finished component.
  • the length of the pendulum line is 10 - 25 mm, more preferably 15 - 20 mm.
  • the skilled person understands that the length of the pendulum line on the required strength of the weld or the required strength and rigidity of the component and on the thickness of the sheets used depends.
  • the first sheet and the second sheet have an uneven thickness, and are layered with decreasing thickness in the direction of the laser.
  • the layers of the sheets with decreasing thickness in the direction of the laser may be advantageous since the thinner sheet has a smaller thickness Having rigidity than the thicker sheet, and therefore the laying of the thinner sheet on the thicker sheet and the subsequent bracing can be done easier and faster. The insertion times of the sheets during assembly are therefore reduced.
  • At least three sheets are joined together by means of laser welding, which are at least partially stacked on each other so that they form an overlap region, wherein either
  • the at least two thickest sheets are layered and welded together with decreasing thickness towards the laser, and then the next thinner or thinner sheets are layered and welded to the welded thicker sheets with thickness decreasing in the direction of the laser, or
  • the gradual welding of the sheets with one another in the second and third subpoints is advantageous in terms of the accessibility of the sheets during assembly, in particular because laser welding requires only one-sided accessibility.
  • the stepwise welding of the sheets allows to use a laser with a lower energy input than simultaneously welding all the sheets together while still maintaining the strength of the weld by using a laser that substantially completely seals the thickest sheets during welding be melted along its thickness. Since the thicker sheets are already substantially optimally welded together, when welding thinner sheets only has to be ensured that the weld of the thinner sheets with at least the next thicker (adjacent) sheet is substantially optimal. In contrast, with simultaneous welding of all sheets together, the assembly is possible faster.
  • a stamping is provided at least on a metal sheet in the overlapping area.
  • embossing ripples of one or the sheets to be welded together are compensated and the sheets are in the region of the embossment substantially to each other.
  • the distance between the sheets is therefore substantially minimal in the region of the weld.
  • the embossment is provided on the thicker sheet, since the thinner sheet can more easily adapt to the contour of the thicker sheet.
  • Another object of the present invention is the use of the method according to the invention for producing a component for a vehicle, in particular for a motor vehicle and in particular for the frame of a motor vehicle seat.
  • the components can be made optimized due to the welding according to the invention along the pendulum line and therefore the high strength of the weld in terms of their weight and their rigidity and strength.
  • the process does not require greater insertion accuracy of the sheets during assembly, as for example in the conventional
  • the strength of the weld is particularly in consideration of the main load direction and arranging the pendulum line in an angle of about 45 ° to the main load direction particularly large.
  • Laying the sheets with decreasing thickness in the direction of the laser may be advantageous in terms of the accessibility of the sheets during assembly.
  • the simultaneous welding of all sheets together is very fast. With regard to the insertion and tensioning of the sheets during assembly, this stratification may be easier and faster and therefore less expensive.
  • Another object of the present invention is a component, wherein the component is manufactured by the method according to the invention.
  • the component is a frame of a motor vehicle seat.
  • the component can be any component whose force which can be transmitted by means of the weld seam is large and / or which can be mounted easily and quickly.
  • the inventive method is applicable to both metallic sheets and thermoplastic sheets.
  • FIG. 1 shows a component manufactured by means of the method according to the invention.
  • FIG. 2 shows another component produced by the method according to the invention.
  • FIG. 3 shows the layers and simultaneous welding of metal sheets with sheet metal thickness decreasing in the direction of the laser.
  • FIG. 4 shows the layering and stepwise welding of metal sheets with sheet metal thickness decreasing in the direction of the laser.
  • FIG. 5 shows an embossment of a sheet and the arrangement of the weld seam.
  • FIG. 6 shows by way of example the arrangement of a first metal sheet with a flange on a second metal sheet.
  • FIG. 7 schematically shows a comparison of the load capacity of a plurality of weld seams produced by the method according to the invention with a weld seam produced by means of a conventional resistance spot welding method.
  • FIG. 8 shows a cross-section of a component produced by means of the method according to the invention.
  • Figure 9 shows a frame of a backrest of a motor vehicle seat, which was produced by the method according to the invention.
  • FIG. 1 shows a component according to the invention manufactured by means of the method according to the invention.
  • Representation a shows a side view while representation b shows a front view.
  • the component consists of a first sheet 1 and a second sheet 2.
  • the sheets 1, 2 are at least partially stacked on each other so that they form an overlap region 5.
  • Representation a shows the arrangement of the laser 6 above the overlapping region 5 of the sheets 1, 2 and the laser beam 1 1 emanating from the laser 6 when welding the sheets 1, 2 from the laser 6 and onto the sheet 6 facing the laser 6.
  • Representation b shows the pendulum line 4 along which the sheets 1, 2 are welded together.
  • the length of the pendulum line 4, which is indicated schematically by the arrow 9, is longer than the length of a straight line indicated by the arrow 9 ', which corresponds to the projection of the pendulum line 4 on an axis extending through at least two points of the pendulum line 4 axis ,
  • the main load direction of the welding seam 4 ' which is produced with one another along the pendulum line 4 during welding of the sheets 1, 2, is indicated, see FIG. 5.
  • the main load direction 8 is arranged at an angle 7 to the pendulum line 4, which is approximately 90 °.
  • FIG. 2 shows another component according to the invention manufactured by means of the method according to the invention.
  • the illustration also shows the first sheet 1 and the second sheet 2, but the pendulum line 4 is arranged at an angle 7 of about 45 ° to the main load direction 8. By means of the arrow 8 ', the direction opposite to the main load direction 8 is indicated.
  • the illustration also shows schematically the length of the pendulum line 9 and the length of the straight line 9 '.
  • FIG. 3 shows the layers and simultaneous welding of-in this case three-sheets 1, 2, 3 with a decreasing sheet thickness 10, 10 ', 10 "in the direction of the laser 6, see Figure 1.
  • the sheets form an overlap region 5.
  • the sheets 1, 2, 3 are simultaneously welded together.
  • FIG 4 shows the layering and stepwise welding of-in this case three-sheets 1, 2, 3 with sheet metal thickness 10, 10 ', 10 "decreasing in the direction of the laser 6.
  • the laser 6 is likewise indicated here by means of the laser beam 11 and with respect to FIG Sheet thickness 10, 10 ', 10 "see Figure 3.
  • Figure A shows the Verschwei Shen the two thicker sheets 1, 2 in their overlap area 5.
  • Figure b shows the subsequent welding of the thinnest sheet 3 with the two already welded thicker sheets 1, 2nd in its overlapping area 5 '.
  • FIG. 5 shows an embossment 12 of a metal sheet 1 and the arrangement of the weld seam 4 'between the metal sheet 1 and a second metal sheet 2 resting substantially on the embossment 12.
  • the distance 13 between the first and the second metal sheet is in the region outside the embossment 12 essentially determined by the thickness of the embossment 12 and is preferably about 1/10 - 8 / 10mm, more preferably about 5 / 10mm.
  • the weld 4 ' is preferably provided within the embossment 12.
  • FIG. 6 shows by way of example the arrangement of a first metal sheet 1 with a flange 14 on a second metal sheet 2.
  • the arrow 15 indicates the width 15 of the flange 14 required for the welding of the metal sheets 1, 2 by means of the method according to the invention. It is preferably 6 - 10mm, more preferably about 8mm.
  • the Embossment 12 is provided in the area indicated by the arrow width 15 of the flange 14 on preferably one of the two sheets 1, 2.
  • FIG. 7 schematically shows a comparison of the load capacity of a plurality of weld seams 4 'produced by the method according to the invention, see FIG. 5, with a weld seam produced by means of a conventional resistance spot welding method.
  • Representation a shows the force which can be transmitted by the weld seam during production of the weld by means of the resistance spot welding method, the transferable force being shown schematically on the scale in the vertical direction and being indicated by the arrow 16.
  • FIG. 8 shows a cross-section of a component according to the invention produced by the method according to the invention.
  • the component is made of several different thickness sheets 1, 2, 3.
  • first the first sheet 1 and the second sheet 2 are welded together at a first weld 41, wherein the sheets 1, 2 in the direction of the laser 6, which here indicated by the laser beam 1 1 is to be arranged decreasing thickness.
  • the arrangement or clamping of the sheets 1, 2 is indicated by means of a tool holder 16.
  • the third sheet 3 is welded together with the first sheet 1 and the second sheet 2 at a second weld 42, wherein the third sheet 3 is thinner than the first and the second sheet 1, 2.
  • Figure 9 shows a frame of a backrest of a motor vehicle seat, which was produced by the method according to the invention.
  • pivot bearing reinforcements 17 pivot bracket
  • the reinforcing frame 19 Reinforcement- frame
  • the back plate 18 back panel
  • the weld seam areas are provided with a stamp 12, not here is visible, so that the distance between the sheets 17, 18, 19 in the region of the weld is as small as possible.
  • the embossment 12 is preferably provided in each case in the thicker metal sheets, ie in this case during welding of the pivot bearing reinforcements 17 to the reinforcing frame 19 on the pivot bearing reinforcements 17 and during welding of the back plate 18 to the reinforcing frame 19 on the reinforcing frame 19.
  • the back plate 17, since it is very thin, can adapt very well to the contour of the reinforcing frame 19.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Zusammenfügen zumindest eines ersten Bleches (1) und eines zweiten Bleches (2) mittels Laserschweissen, die zumindest teilweise aufeinander geschichtet werden, so dass sie einen Überlappungsbereich (5) bilden, wobei die Bleche nach dem Aufeinanderschichten im Überlappungsbereich (5) entlang einer Pendellinie (4) miteinander verschweisst werden.

Description

Verfahren zum Zusammenfügen zumindest eines ersten Bleches und eines zweiten Bleches mittels Laserschweißen, Verfahren zum Zusammenfügen zumindest dreier Bleche mittels Laserschweißen, Verwendung der Verfahren und Bauteil, gefertigt mittels der Verfahren
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Zusammenfügen zumindest eines ersten Bleches und eines zweiten Bleches mittels Laserschweißen, die zumindest teilweise aufeinander geschichtet werden, so dass sie einen Überlappungsbereich bilden. Des weiteren betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Zusammenfügen zumindest dreier Bleche mittels Laserschweißen. Weiterhin betrifft die vorliegende Erfindung die Verwendung der Verfahren sowie ein mittels einem der Verfahren gefertigtes Bauteil.
Der Kraftstoffverbrauch von Fahrzeugen steigt mit dem zu transportierenden Gewicht. Es ist allgemein bekannt, dass in der Fahrzeugindustrie, insbesondere in der Kraftfahrzeugindustrie, durch den steigenden Bauteileaufwand zur Bereitstellung des stetig steigenden Komforts der Fahrzeuge das Eigengewicht der Fahrzeuge größer wird. Eine Hauptaufgabe der Fertigung der Fahrzeugindustrie ist daher die Gewichtsoptimierung der Bauteile des Fahrzeugs.
Weiterhin wird in Fahrzeugen eine hohe Langlebigkeit der Bauteile bei großen Belastungen, beispielsweise Vibrationen bei Fahrt eines Kraftfahrzeugs insbesondere in unebenem Gelände, sowie eine hohe Sicherheit, insbesondere bei einem Unfall, gefordert, so dass die Bauteile eine hohe Steifigkeit und Festigkeit aufweisen müssen.
Aufgabe der Erfindung ist daher die Gewichtsoptimierung der Bauteile, insbesondere eines Fahrzeugs und insbesondere eines Kraftfahrzeugs, wobei die Bauteile gleichzeitig eine sehr hohe Steifigkeit und Festigkeit aufweisen sollen und wobei die Bauteile gleichzeitig kostengünstig gefertigt werden sollen, insbesondere durch Optimierung der Montagezeiten und besondere durch Optimierung der Einlege- und Schweißzeiten der Bauteile. Die Aufgabe wird gelöst mit einem Verfahren zum Zusammenfügen zumindest eines ersten Bleches und eines zweiten Bleches mittels Laserschweißen, die zumindest teilweise aufeinander geschichtet werden, so dass sie einen Überlappungsbereich bilden, wobei die Bleche nach dem Aufeinanderschichten im Überlappungsbereich entlang einer Pendellinie miteinander verschweißt werden.
Die Pendellinie ist die Linie, die der Laserstrahl des Lasers auf dem dem Laser zugewandten Blech vollzieht.
Der Fachmann versteht, dass die Kontur der Pendellinie, entlang der die Bleche miteinander verschweißt werden, im wesentlichen der Kontur der beim Verschweißen entstehenden Schweißnaht entspricht.
Durch das erfindungsgemäße Verschweißen entlang der Pendellinie wird die entstehende Schweißnaht länger im Vergleich zum Verschweißen entlang einer geraden Linie, wobei die gerade Linie der Projektion der Pendellinie auf eine Achse, die die Pendellinie zumindest in zwei Punkten schneidet, entspricht. Da die beim Verschweißen der Bleche entlang der Pendellinie entstehende Schweißnaht länger ist, als die Schweißnaht, die bei Verschweißen entlang einer geraden Linie entsteht, ist die Festigkeit der Schweißnaht größer.
Ein mittels dem erfindungsgemäßen Verfahren gefertigtes Bauteil weist daher aufgrund der größeren Festigkeit seiner Schweißnähte eine größere Festigkeit und Steifigkeit auf und ist daher sowohl langlebiger als auch belastbarer. Andererseits kann daher gegebenenfalls die Dicke der Bleche reduziert werden, so dass zwar die Steifigkeit und Festigkeit des gefertigten Bauteils nicht oder nicht wesentlich größer ist, aber das Gewicht des Bauteils reduziert ist. Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht daher eine Optimierung der Bauteile in Bezug auf einerseits ihre Festigkeit und Steifigkeit und andererseits ihr Gewicht.
Bevorzugt wird die Pendellinie im wesentlichen wellenförmig vorgesehen. Der Fachmann versteht, dass auch andere im wesentlichen beliebige Verläufe der Pendellinie möglich sind, beispielsweise ein gebogener, ein zackiger oder ein runder Verlauf der Pendellinie. Jedoch entstehen bei einem zackigen Verlauf der Pendellinie ggf. Spannungsspitzen in der Schweißnaht, die zum Reißen der Schweißnaht führen können, während der Spannungsverlauf bei wellenförmiger oder gebogener Pendellinie homogener ist. Ein runder Verlauf erfordert dagegen ein Zurückfahren des Lasers und/oder der Bleche. Ein zackiger oder runder Verlauf der Pendellinie ist daher in Bezug auf die Geschwindigkeit beim Herstellen der Schweißnaht und/oder in Bezug auf den Transport des bzw. der Bleche nicht optimal. Bei wellenförmigem Verlauf kann der Laser und/oder die Bleche gleichförmig bewegt werden, so dass die Geschwindigkeit der Montage, insbesondere in Bezug auf die Schweißzeiten, optimiert ist.
Außerdem kann bei wellenförmigem Verlauf der Pendellinie ihre Amplitude und Wellenlänge variiert werden in Abhängigkeit von den Platzverhältnissen des zu fertigenden Bauteils. Der Fachmann versteht, dass aufgrund des berührungslosen Verfahrens des Laserschweißens dieses gegenüber weiteren Schweißverfahren, die ein Berühren der zu verschweißenden Bleche erfordern, beispielsweise dem Widerstandspunktschweißen, in erheblich schwerer zugänglichen Bereichen von Bauteilen anwendbar ist, zumal das Laserschweißen im Gegensatz zum Widerstandspunktschweißen nur eine einseitige Zugänglichkeit erfordert. Daher kann die Breite eines für das Schweißen vorgesehenen Bereiches der Bauteile, beispielsweise die Breite eines Flansches, kleiner gewählt werden, als beim Schweißen mittels einem Schweißverfahren, dass ein Berühren der zu verschweißenden Bleche erfordert, insbesondere bei aufwendiger Form der Bleche bzw. des zu fertigenden Bauteils. Die benötigte Größe des Bleches bzw. der Bleche ist daher geringer, so dass das Gewicht des zu fertigenden Bauteils reduziert ist.
Weiterhin steigt die Festigkeit der Schweißnaht sowie die Steifigkeit des Bauteils bei Vergrößerung der Amplitude bzw. Verkleinerung der Wellenlänge der wellenförmigen Pendelnaht aufgrund der Verlängerung der Länge der Schweißnaht im Vergleich zur geradlinigen Schweißnaht an, so dass die Festigkeit der Schweißnaht sowie die Steifigkeit des Bauteils durch Variation von Amplitude und Wellenlänge der Pendellinie einstellbar ist.
Da die Bleche beim Verschweißen einen Überlappungsbereich aufweisen - und also nicht mittels einem Stumpfschweißverfahren miteinander verschweißt werden, bei dem sie sehr genau aneinandergelegt werden müssen - und aufgrund des Verschweißens entlang der Pendellinie - die eine größere Toleranz beim Einlegen der Bleche ermöglicht - ist bei dem erfindungsgemäßen Verfahren keine größere Einlegegenauigkeit der Bleche erforderlich, als beim herkömmlichen Widerstandspunktschweißen.
Bevorzugt wird ein Laser oberhalb des Überlappungsbereiches der Bleche vorgesehen. Ebenfalls bevorzugt werden die Bleche im Bereich der Schweißnaht über ihre gesamte Dicke vollständig geschmolzen, so dass sie sich beim Erstarren im wesentlichen optimal miteinander verbinden.
Vorzugsweise verläuft die Pendellinie in einem Winkel zur Hauptbelastungsrichtung, besonders bevorzugt im wesentlichen quer zur Hauptbelastungsrichtung, ganz besonders bevorzugt in einem Winkel von ca. 45°. Die Hauptbelastungsrichtung ist die Richtung, in der die Schweißnaht bei Verwendung des fertigen Bauteils im wesentlichen belastet wird. Durch Vorsehen der Pendellinie in einem Winkel zur Hauptbelastungsrichtung ist die Festigkeit der entstehenden Schweißnaht gegenüber Kräften, die das Bauteil in oder entgegen der Hauptbelastungsrichtung belasten, größer. Die mittels der durch das erfindungsgemäße Verfahren hergestellten Schweißnaht übertragbare Kraft ist daher bei einem Verlauf der Pendellinie in einem Winkel zur Hauptbelastungsrichtung größer und bei einem Verlauf in einem Winkel von ca. 45° besonders groß.
In einer bevorzugten Ausführungsform beträgt die Länge der Pendellinie 10 - 25 mm, besonders bevorzugt 15 - 20 mm. Der Fachmann versteht, dass die Länge der Pendellinie von der benötigten Festigkeit der Schweißnaht bzw. der benötigten Festigkeit und Steifigkeit des Bauteils und von der Dicke der verwendeten Bleche abhängig ist.
In einer ebenfalls bevorzugten Ausführungsform, die die Aufgabe ebenfalls löst, weisen das erste Blech und das zweite Blech eine ungleiche Dicke auf, und werden mit in Richtung zum Laser abnehmender Dicke geschichtet. In Abhängigkeit von der Verspannvorrichtung ist das Schichten der Bleche mit in Richtung zum Laser abnehmender Dicke gegebenenfalls vorteilhaft, da das dünnere Blech eine geringere Steifigkeit aufweist als das dickere Blech, und daher das Auflegen des dünneren Bleches auf das dickere Blech sowie das anschließende Verspannen einfacher und schneller erfolgen kann. Die Einlegezeiten der Bleche bei der Montage sind daher reduziert.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform, die die Aufgabe ebenfalls löst, werden zumindest drei Bleche mittels Laserschweißen zusammengefügt, die zumindest teilweise aufeinander geschichtet werden, so dass sie einen Überlappungsbereich bilden, wobei entweder
- alle Bleche mit in Richtung zum Laser abnehmender Dicke geschichtet werden, und dann gemeinsam miteinander verschweißt werden, oder
- die zumindest zwei dicksten Bleche werden mit in Richtung zum Laser abnehmender Dicke geschichtet und miteinander verschweißt, und dann das nächstdünnere oder die dünneren Bleche mit in Richtung zum Laser abnehmender Dicke auf die verschweißten dickeren Bleche geschichtet und mit diesen verschweißt, oder
- das Schichten des oder der dünneren Bleche mit in Richtung zum Laser abnehmender Dicke auf bereits verschweißte dickere Bleche sowie das jeweils anschließende Verschweißen der geschichteten Bleche wird mehrfach wiederholt, bis alle Bleche miteinander verschweißt sind.
Das im zweiten und dritten Unterpunkt offenbarte stufenweise Verschweißen der Bleche miteinander ist in Bezug auf die Zugänglichkeit der Bleche während der Montage vorteilhaft, insbesondere auch weil das Laserschweißen nur eine einseitige Zugänglichkeit erfordert. Außerdem ermöglicht das stufenweise Verschweißen der Bleche, einen Laser mit einem geringeren Energieeintrag zu verwenden, als beim gleichzeitigen Verschweißen aller Bleche miteinander, wobei dennoch die Festigkeit der Schweißnaht erhalten bleibt, indem ein Laser verwendet wird, mittels dem die dicksten Bleche beim Verschweißen im wesentlichen vollständig entlang ihrer Dicke geschmolzen werden. Da die dickeren Bleche bereits im wesentlichen optimal miteinander verschweißt sind, muss beim Verschweißen dünnerer Bleche lediglich sichergestellt werden, dass die Schweißnaht der dünneren Bleche mit zumindest dem nächstdickeren (angrenzenden) Blech im wesentlichen optimal ist. Bei gleichzeitigem Verschweißen aller Bleche miteinander ist dagegen die Montage schneller möglich.
Die Verwendung des Laserschweißens stellt bei Schichtung der zumindest drei Bleche mit in Richtung zum Laser abnehmender Dicke sicher, dass eine bezüglich der Festigkeit optimale Schweißnaht entsteht. Denn im Vergleich dazu ist es beim Widerstandspunktschweißen bevorzugt, einen möglichst symmetrischen Aufbau der Bleche im Verschweißbereich vorzusehen, so dass beispielsweise bei drei verschieden dicken Blechen das dünnste Blech mittig angeordnet wird, damit der Abstand der Kontaktflächen der Bleche von den beiden Elektroden möglichst gleich ist. Das Schutzgasschweißen sieht herkömmlich nur das Verschweißen von zwei geschichteten Blechen vor.
Die folgenden Ausführungen gelten für alle bisherigen Ausführungsformen.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird zumindest an einem Blech im Überlappungsbereich eine Verprägung vorgesehen. Durch die Verprägung werden Welligkeiten eines bzw. der miteinander zu verschweißenden Bleche ausgeglichen und die Bleche liegen im Bereich der Verprägung im wesentlichen aneinander an. Der Abstand zwischen den Blechen ist daher im Bereich der Schweißnaht im wesentlichen minimal. Besonders bevorzugt wird die Verprägung an dem dickeren Blech vorgesehen, da sich das dünnere Blech der Kontur des dickeren Bleches leichter anpassen kann.
Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist die Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung eines Bauteils für ein Fahrzeug, insbesondere für ein Kraftfahrzeug und insbesondere für den Rahmen eines Kraftfahrzeugsitzes. Die Bauteile können aufgrund des erfindungsgemäßen Schweißens entlang der Pendellinie und die daher hohe Festigkeit der Schweißnaht in Bezug auf ihr Gewicht und ihre Steifigkeit sowie Festigkeit optimiert hergestellt werden. Dabei erfordert das Verfahren keine größere Einlegegenauigkeit der Bleche bei der Montage, als beispielsweise beim herkömmlichen
Widerstandspunktschweißen. Die Festigkeit der Schweißnaht ist insbesondere bei Berücksichtigung der Hauptbelastungsrichtung und Anordnen der Pendellinie in einem Winkel von ca. 45° zur Hauptbelastungsrichtung besonders groß. Das Schichten der Bleche mit in Richtung zum Laser abnehmender Dicke ist gegebenenfalls in Bezug auf die Zugänglichkeit der Bleche während der Montage vorteilhaft. Das gleichzeitige Verschweißen aller Bleche miteinander ist besonders schnell. Bezüglich des Einlegens und Verspannens der Bleche während der Montage ist diese Schichtung gegebenenfalls einfacher und schneller und daher kostengünstig.
Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Bauteil, wobei das Bauteil mittels dem erfindungsgemäßen Verfahren gefertigt ist. Bevorzugt ist das Bauteil ein Rahmen eines Kraftfahrzeugsitzes. Der Fachmann versteht, dass das Bauteil ein beliebiges Bauteil sein kann, dessen mittels der Schweißnaht übertragbare Kraft groß ist und/oder das einfach und schnell montierbar ist.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist sowohl bei metallischen Blechen als auch bei thermoplastischen Blechen anwendbar.
Im folgenden wird die Erfindung anhand von Figuren beschrieben. Die Figuren sind lediglich beispielhaft und schränken den allgemeinen Erfindungsgedanken nicht ein.
Figur 1 zeigt ein mittels dem erfindungsgemäßen Verfahren gefertigtes Bauteil.
Figur 2 zeigt ein weiteres mittels dem erfindungsgemäßen Verfahren gefertigtes Bauteil.
Figur 3 zeigt das Schichten und gleichzeitige Verschweißen von Blechen mit in Richtung zum Laser hin abnehmender Blechdicke.
Figur 4 zeigt das Schichten und stufenweise Verschweißen von Blechen mit in Richtung zum Laser hin abnehmender Blechdicke.
Figur 5 zeigt eine Verprägung eines Bleches und die Anordnung der Schweißnaht. Figur 6 zeigt beispielhaft die Anordnung eines ersten Bleches mit einem Flansch an einem zweiten Blech.
Figur 7 zeigt schematisch einen Vergleich der Belastbarkeit mehrerer mittels dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellter Schweißnähte mit einer mittels einem herkömmlichen Widerstandspunktschweißverfahren hergestellten Schweißnaht.
Figur 8 zeigt einen Querschnitt eines mittels dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Bauteils.
Figur 9 zeigt einen Rahmen einer Rückenlehne eines Kraftfahrzeugsitzes, der mittels dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt wurde.
Figur 1 zeigt ein mittels dem erfindungsgemäßen Verfahren gefertigtes erfindungsgemäßes Bauteil. Darstellung a zeigt eine Seitenansicht, während Darstellung b eine Frontansicht zeigt. Das Bauteil besteht aus einem ersten Blech 1 und einem zweiten Blech 2. Die Bleche 1 , 2 sind zumindest teilweise aufeinander geschichtet, so dass sie einen Überlappungsbereich 5 bilden. Darstellung a zeigt die Anordnung des Lasers 6 oberhalb des Überlappungsbereiches 5 der Bleche 1 , 2 und den beim Schweißen der Bleche 1 , 2 vom Laser 6 ausgehenden und auf das dem Laser 6 zugewandte Blech 1 auftreffenden Laserstrahl 1 1. Darstellung b zeigt die Pendellinie 4, entlang der die Bleche 1 , 2 miteinander verschweißt werden. Die Länge der Pendellinie 4, die mittels dem Pfeil 9 schematisch angedeutet ist, ist länger, als die Länge einer geraden und mittels dem Pfeil 9' angedeuteten Linie, die der Projektion der Pendellinie 4 auf eine durch mindestens zwei Punkte der Pendellinie 4 verlaufende Achse entspricht. Mittels dem Pfeil 8 ist die Hauptbelastungsrichtung der beim Verschweißen der Bleche 1 , 2 miteinander entlang der Pendellinie 4 entstehenden Schweißnaht 4', siehe Figur 5, angedeutet. Die Hauptbelastungsrichtung 8 ist in einem Winkel 7 zur Pendellinie 4 angeordnet, der ca. 90° beträgt. Figur 2 zeigt ein weiteres mittels dem erfindungsgemäßen Verfahren gefertigtes erfindungsgemäßes Bauteil. Die Darstellung zeigt ebenfalls das erste Blech 1 und das zweite Blech 2, wobei jedoch die Pendellinie 4 in einem Winkel 7 von ca. 45° zur Hauptbelastungsrichtung 8 angeordnet ist. Mittels dem Pfeil 8' ist die Richtung entgegen der Hauptbelastungsrichtung 8 angedeutet. Die Darstellung zeigt ebenfalls schematisch die Länge der Pendellinie 9 sowie die Länge der geraden Linie 9'.
Figur 3 zeigt das Schichten und gleichzeitige Verschweißen von - hier drei - Blechen 1 , 2, 3 mit in Richtung zum Laser 6, siehe Figur 1 , abnehmender Blechdicke 10, 10', 10". Die Bleche bilden einen Überlappungsbereich 5. Oberhalb des Überlappungsbereiches 5 ist der Laser 6 angeordnet, was mittels dem Laserstrahl 1 1 angedeutet ist. Die Bleche 1 , 2, 3 werden gleichzeitig miteinander verschweißt.
Figur 4 zeigt das Schichten und stufenweise Verschweißen von - hier drei - Blechen 1 , 2, 3 mit in Richtung zum Laser 6 abnehmender Blechdicke 10, 10', 10". Der Laser 6 ist hier ebenfalls mittels dem Laserstrahl 1 1 angedeutet und bezüglich der Blechdicke 10, 10', 10" siehe Figur 3. Darstellung a zeigt das Verschwei ßen der beiden dickeren Bleche 1 , 2 in ihrem Überlappungsbereich 5. Darstellung b zeigt das nachfolgende Verschweißen des dünnsten Bleches 3 mit den beiden bereits verschweißten dickeren Blechen 1 , 2 in ihrem Überlappungsbereich 5'.
Figur 5 zeigt eine Verprägung 12 eines Bleches 1 und die Anordnung der Schweißnaht 4' zwischen dem Blech 1 und einem im wesentlichen an der Verprägung 12 anliegenden zweiten Blech 2. Der Abstand 13 zwischen dem ersten und dem zweiten Blech ist im Bereich außerhalb der Verprägung 12 im wesentlichen durch die Stärke der Verprägung 12 bestimmt und beträt vorzugsweise ca. 1/10 - 8/10mm, besonders bevorzugt ca. 5/10mm. Die Schweißnaht 4' wird bevorzugt innerhalb der Verprägung 12 vorgesehen.
Figur 6 zeigt beispielhaft die Anordnung eines ersten Bleches 1 mit einem Flansch 14 an einem zweiten Blech 2. Mit dem Pfeil 15 ist die für das Verweißten der Bleche 1 , 2 mittels dem erfindungsgemäßen Verfahren benötigte Breite 15 des Flansches 14 angedeutet. Sie beträgt bevorzugt 6 - 10mm, besonders bevorzugt ca. 8mm. Die Verprägung 12 wird im Bereich der durch den Pfeil angedeuteten Breite 15 des Flansches 14 an vorzugsweise einem der beiden Bleche 1 , 2 vorgesehen.
Figur 7 zeigt schematisch einen Vergleich der Belastbarkeit mehrerer mittels dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellter Schweißnähte 4', siehe Figur 5, mit einer mittels einem herkömmlichen Widerstandspunktschweißverfahren hergestellten Schweißnaht. Darstellung a zeigt die bei Herstellung der Schweißnaht mittels dem Widerstandspunktschweißverfahren von der Schweißnaht übertragbare Kraft, wobei die übertragbare Kraft auf der Skala in vertikaler Richtung schematisch gezeigt und mittels dem Pfeil 16 angedeutet ist. Bei einer Länge 9 der Pendellinie 4 von ca. 10mm und einem Winkel 7 von ca. 90° zur Hauptbelastungsrichtung 8 der Schweißnaht 4', siehe Figuren 1 b und 2, ist, wie Darstellung b zeigt, die übertragbare Kraft einer mittels dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Schweißnaht 4' vergleichbar mit der übertragbare Kraft einer Schweißnaht, die mittels dem Widerstandspunktschweißverfahren hergestellt wurde. Bei einer Länge 9 der Pendellinie 4 von ca. 20mm ist die mittels der Schweißnaht 4' übertragbare Kraft, wie in Darstellung c gezeigt, bereits deutlich größer. Die übertragbare Kraft lässt sich noch einmal deutlich steigern, wenn die Pendellinie 4 nicht in einem Winkel 7 von ca. 90°, sondern in einem Winkel 7 von ca. 45° zur Hauptbelastungsrichtung 8 angeordnet wird, wie Darstellung d zeigt.
Figur 8 zeigt einen Querschnitt eines mittels dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten erfindungsgemäßen Bauteils. Das Bauteil ist aus mehreren verschieden dicken Blechen 1 , 2, 3 gefertigt. Um die Zugänglichkeit zu den notwendigen Schweißstellen zu gewährleisten, werden zunächst das erste Blech 1 und das zweite Blech 2 an einer ersten Schweißstelle 41 miteinander verschweißt, wobei die Bleche 1 , 2 mit in Richtung zum Laser 6, der hier durch den Laserstrahl 1 1 angedeutet ist, abnehmender Dicke angeordnet werden. Das Anordnen bzw. Verspannen der Bleche 1 , 2 ist mittels einer Werkzeugaufnahme 16 angedeutet. Im zweiten Schritt wird an einer zweiten Schweißstelle 42 das dritte Blech 3 mit dem ersten Blech 1 sowie dem zweiten Blech 2 gemeinsam verschweißt, wobei das dritte Blech 3 dünner als das erste und das zweite Blech 1 , 2 ist. Figur 9 zeigt einen Rahmen einer Rückenlehne eines Kraftfahrzeugsitzes, der mittels dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt wurde. Zunächst werden Drehlagerverstärkungen 17 (Pivot bracket) des Sitzes, die aus dem dicksten Blech gefertigt sind, auf einem Rundtisch, der hier nicht sichtbar ist, angeordnet. Im Anschluss daran wird der Verstärkungsrahmen 19 (Reinforcement- Rahmen) auf den Drehlagerverstärkungen 17 angeordnet, miteinander verspannt und dann mittels dem erfindungsgemäßen Verfahren miteinander verschweißt. Anschließend folgt das Auflegen und Verspannen des Rückenbleches 18 (Back Panel) auf demselben oder einem anderen, hier ebenfalls nicht gezeigten Rundtisch, sowie das Verschweißen mit den bereits verschweißten Verstärkungsrahmen 19 und Drehlagerverstärkungen 17. Die Schweißnahtbereiche sind mit einer Verprägung 12 versehen, die hier nicht sichtbar ist, damit der Abstand der Bleche 17, 18, 19 im Bereich der Schweißnaht möglichst klein ist. Dabei wird die Verprägung 12 bevorzugt jeweils in den dickeren Blechen, also hier beim Verschweißen der Drehlagerverstärkungen 17 mit dem Verstärkungsrahmen 19 an den Drehlagerverstärkungen 17 und beim Verschweißen des Rückenbleches 18 mit dem Verstärkungsrahmen 19 am Verstärkungsrahmen 19 vorgesehen. Insbesondere das Rückenblech 17 kann sich, da es sehr dünn ist, sehr gut an die Kontur des Verstärkungsrahmens 19 anpassen.
Bezugszeichenliste:
1 Erstes Blech
2 Zweites Blech
3 Weiteres Blech
4 Pendellinie
4' Schweißnaht
41 , 42 Schweißstellen
5 Überlappungsbereich der Bleche
6 Laser
7 Winkel zur Pendellinie
8 Hauptbelastungsrichtung
9 Länge der Pendellinie
9' Länge der geraden Linie
10, 10', 10" Dicke des ersten, zweiten und weiteren Bleches
1 1 Laserstrahl
12 Verprägung
13 Abstand zwischen dem ersten und dem zweiten Blech
14 Flansch
15 Breite des Flansches
16 Werkzeugaufnahme
17 Drehlagerverstärkung
18 Rückenblech
19 Verstärkungsrahmen

Claims

Patentansprüche:
1. Verfahren zum Zusammenfügen zumindest eines ersten Bleches (1 ) und eines zweiten Bleches (2) mittels Laserschweißen, die zumindest teilweise aufeinander geschichtet werden, so dass sie einen Überlappungsbereich (5) bilden, dadurch gekennzeichnet, dass die Bleche (1 , 2) nach dem Aufeinanderschichten im Überlappungsbereich (5) entlang einer Pendellinie (4) miteinander verschweißt werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Pendellinie (4) im wesentlichen wellenförmig vorgesehen wird.
3. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Laser (6) oberhalb des Überlappungsbereiches (5) der Bleche (1 , 2) vorgesehen wird.
4. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Pendellinie (4) in einem Winkel (7) zur Hauptbelastungsrichtung (8) verläuft, bevorzugt im wesentlichen quer zur Hauptbelastungsrichtung (8), besonders bevorzugt in einem Winkel von ca. 45°.
5. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge (9) der Pendellinie (4) 10 - 25 mm, bevorzugt 15 - 20 mm beträgt.
6. Verfahren, insbesondere nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Blech (1 ) und das zweite Blech (2) eine ungleiche Dicke (10) aufweisen, und in Richtung zum Laser (6) hin mit abnehmender Dicke (10) geschichtet werden.
7. Verfahren, insbesondere nach einem der vorherigen Ansprüche, zum
Zusammenfügen zumindest dreier Bleche (1 , 2, 3) mittels Laserschweißen, die zumindest teilweise aufeinander geschichtet werden, so dass sie einen Überlappungsbereich (5) bilden, dadurch gekennzeichnet, dass entweder - alle Bleche (1 , 2, 3) mit in Richtung zum Laser (6) abnehmender Dicke (10) geschichtet werden, und dann gemeinsam miteinander verschweißt werden, oder
- dass die zumindest zwei dicksten Bleche (1 , 2, 3) mit in Richtung zum Laser
(6) abnehmender Dicke (10) geschichtet und miteinander verschweißt werden, und dann das nächstdünnere oder die dünneren Bleche (1 , 2, 3) mit in Richtung zum Laser (6) abnehmender Dicke (10) auf die verschweißten dickeren Bleche (1 , 2, 3) geschichtet und mit diesen verschweißt werden, oder
- dass das Schichten des oder der dünneren Bleche (1 , 2, 3) mit in Richtung zum Laser (6) abnehmender Dicke (10) auf bereits verschweißte dickere Bleche (1 , 2, 3) sowie das jeweils anschließende Verschweißen der geschichteten Bleche (1 , 2, 3) mehrfach wiederholt wird, bis alle Bleche (1 , 2, 3) miteinander verschweißt sind.
8. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest an einem Blech (1 , 2, 3) im Überlappungsbereich (5) eine Verprägung (12) vorgesehen wird.
9. Verwendung des Verfahrens nach einem der vorherigen Ansprüche zur
Herstellung eines Bauteils für ein Fahrzeug, insbesondere für ein Kraftfahrzeug und insbesondere für den Rahmen eines Kraftfahrzeugsitzes.
10. Bauteil, dadurch gekennzeichnet, dass es mittels dem Verfahren nach einem der
Ansprüche 1 - 8 gefertigt ist.
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