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Title:
METHOD FOR CONNECTING A HOLLOW PROFILE TO A TWO-DIMENSIONALLY CONTACTING COMPONENT
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2004/103627
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a method for connecting a hollow profile (1) to a two-dimensionally contacting vehicle component (2) by means of soldering. According to the inventive method, a solder (4) is inserted between the hollow profile (1) and the component (2) and is then liquefied by supplying energy so as to form a solid connection between the hollow profile (1) and the component (2) when solidifying. In order to create a simple way of forming a durable soldered joint between the hollow profile (1) and a component (2) that has any design and two-dimensionally rests thereagainst, a cavity (3) is embodied on said component (2), the solder (4) is deposited in said cavity (3), the component (2) is then placed relative to the hollow profile (1) such that the opening (6) of the cavity faces the hollow profile (1), whereupon the cavity zone of the component (2) is impinged upon by electrical resistance in the contacting position, a pressing force being applied to the exterior face (8) of the cavity by means of a resistance welding electrode.

Inventors:
BRUESSEL ANDREAS (DE)
DUDZIAK KAI-UWE (DE)
LANGWALDT SILKE (DE)
MUELLER MARC (DE)
SIRING ALFRED (DE)
Application Number:
PCT/EP2004/004271
Publication Date:
December 02, 2004
Filing Date:
April 22, 2004
Export Citation:
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Assignee:
DAIMLER CHRYSLER AG (DE)
BRUESSEL ANDREAS (DE)
DUDZIAK KAI-UWE (DE)
LANGWALDT SILKE (DE)
MUELLER MARC (DE)
SIRING ALFRED (DE)
International Classes:
B23K1/00; B23K3/06; (IPC1-7): B23K1/00
Foreign References:
DE10051512A12002-04-25
US4326117A1982-04-20
DE19735219A11999-02-25
US20020104830A12002-08-08
DE10143915A12003-03-27
Attorney, Agent or Firm:
Närger, Ulrike (Intellectual Property Management IPM-C106, Stuttgart, DE)
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Claims:
Patentansprüche
1. Verfahren zum Verbinden eines Hohlprofils mit einem flächig anliegenden Bauteil eines Fahrzeugs mittels Löten, wobei ein Lot zwischen das Hohlprofil und das Bauteil gebracht wird, welches anschließend durch Einbringen von Energie verflüssigt wird und beim Er starren für eine feste Verbindung zwischen dem Hohl profil und dem Bauteil sorgt, dadurch gekennzeichnet, dass am Bauteil (2) eine Mulde (3) ausgebildet wird, dass in der Mulde (3) das Lot (4) deponiert wird, dass danach das Bauteil (2) relativ zum Hohlprofil (1) mit der Muldenöffnung (6) dem Hohlprofil (1) zu gewandt positioniert wird, und dass anschließend in der Anlagestellung das Bauteil (2) im Muldenbereich widerstandselektrisch beaufschlagt wird, wobei auf die Muldenaußenseite (8) mittels einer Widerstands schweißelektrode eine Anpresskraft ausgeübt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Mulde (3) aus dem Bauteil (2) herausgeprägt wird.
3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zwei gegenüberliegende Umfangsbereiche der Mulde (3) durchgetrennt werden, derart, dass diese Umfangs bereiche in Umfangsrichtung durch jeweils einen am Bauteil (2) anhängigen Umfangsbereich beabstandet sind.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zur Muldenbildung aus dem Bauteil (2) eine La sche (10) ausgeschnitten und herausgedrückt wird, wo bei die Lasche (10) einenends am Bauteil (2) anhängt.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Erzeugung der Mulde (3) und die Deponierung des Lots (4) in der Mulde (3) mittels eines gemeinsa men Stempels in einem einzigen Arbeitsschritt oder in mehreren nacheinander folgenden Prozessschritten er folgt.
Description:
Verfahren zum Verbinden eines Hohlprofiles mit einem flächig anliegenden Bauteil Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verbinden eines innenhochdruckumgeformten Hohlprofiles mit einem flächig anliegenden Bauteil gemäß dem Oberbegriff des Patentan- spruch 1.

Ein gattungsgemäßes Verfahren ist aus der DE 100 51 512 AI bekannt. Hierbei wird eine Dachreling eines Kraftfahr- zeuges, die aus einem Hohlprofil innenhochdruckumgeformt ist, mit einem Dachaußenblech verbunden. Dazu wird aus dem Hohlprofil eine im wesentlichen ebene Anlagefläche ausgeformt, an der das Dachaußenblech mit einem Abschnitt flächig anliegt. Um die beiden Bauteile miteinander zu verbinden, wird ein Lot zwischen das Hohlprofil und das Bauteil gebracht, welches anschließend durch Einbringen von Energie verflüssigt wird und beim Erstarren für eine feste Verbindung zwischen dem Hohlprofil und dem Bauteil sorgt.

In aller Regel werden beim Löten das Lot im Kantenbereich eines der verbindenden Bauteile aufgetragen und anschlie- ßend mittels einer Flamme, eines Lichtbogens, eines Bren- ners, eines Ofens eines hochtemperierten Salzbades ent- sprechend erwärmt, wonach die beiden Bauteile nur dort fest miteinander verbunden werden. Das Erfordernis der Anlage der beiden Bauteile im Kantenbereich ist jedoch bei unterschiedlichen Gestaltungen der Hohlprofile und zu verbindenden Bauteile nicht immer gegeben, so dass die freie Belotung anliegender Flächen aufgrund ihrer schwe- ren Zugänglichkeit nicht oder nur mit großem Aufwand mög- lich ist. Eine Variante dazu ist die Anordnung einer Lot- platte zwischen dem Hohlprofil und dem Bauteil. Eine der- artige Lotplatte bedeutet gegenüber dem häufigen Erfor- dernis nur punktförmiger oder in linienartigen Bahnen verlaufender Verbindungen eine hohe Ressourcenverschwen- dung. Des weiteren ist bei dreidimensional komplex ausge- bildeten Bauteilen das Anordnen einer planen Lotplatte ü- berhaupt nicht möglich.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein gattungsge- mäßes Verfahren dahingehend weiterzubilden, dass eine haltbare Lötverbindung zwischen einem Hohlprofil und ei- nem beliebig gestalteten an diesem flächig anliegenden Bauteil in einfacher Weise erreicht wird.

Die Aufgabe ist erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst.

Aufgrund der Ausbildung einer taschenartigen Mulde im zu verbindenden Bauteil und der Anordnung des Lots in dieser Mulde an den Stellen des Bauteils, an denen es flächig auf bzw. an dem Hohlprofil auf-bzw. anliegt, können aus Blech geformte Bauteile beliebiger, also auch sehr kom- plexer Form-jedoch mit Ausnahme von umfänglich ge- schlossenen Hohlprofilen-mit insbesondere innenhoch- druckumgeformten Hohlprofilen sicher löttechnisch verbun- den werden. Das Erfordernis der Zugänglichkeit der Lot- verabreichung und der Wärmezufuhr spielt dabei keine gro- ße Rolle mehr, da das Lot einerseits selektiv schon am zu verbindenden Bauteil platziert wird und dieses nur noch geeignet am Hohlprofil angeordnet werden muss und ande- rerseits per Widerstandsschweißelektrode mittelbar über das Bauteil gezielt erhitzt wird. Somit besteht die ein- zige Anforderung für die erfindungsgemäße Lötung darin, dass die zu verbindenden Wandung des Bauteils lediglich einseitig zugänglich ist. Um somit das Lot zwischen das Hohlprofil und das Bauteil zu bringen, wird erfindungsge- mäß zum einen die Muldenöffnung dem Hohlprofil zugewandt positioniert. Zum anderen wird das ohne großen Aufwand durch elektrische Widerstandserwärmung verflüssigte Lot durch Andruck der Muldenaußenseite mittels der Elektrode zum Hohlprofil hin und damit zur Fuge zwischen Hohlprofil und Bauteil gepresst, wonach das Lot durch Kapillarenwir- kung in die Fuge gezogen wird. Nach Erstarrung des Lotes ist das Bauteil nicht nur innerhalb der Mulde sondern auch im angrenzenden Bereich außerhalb der Mulde mit dem Hohlprofil fest verbunden und garantiert dadurch eine ü- beraus haltbare und mechanisch belastbare Verbindung. Das erfindungsgemäße Verfahren ist neben seiner einfachen und schnell abfolgenden Ausführung des weiteren für das fer- tig umgeformte Hohlprofil konturschonend. Aufgrund des spezifischen Temperaturbereiches des Lötens und der kurz- zeitigen Erwärmung ergeben sich nur sehr geringe Verzüge im Hohlprofil, die dessen Endform beeinträchtigen könn- ten. Auch befindet sich die Prozesskraft, d. h. die An- presskraft auf einem Niveau, dass sich keine unerwünschte Eindrückungen am Hohlprofil durch plastische Verformungen ergeben, was gerade bei einem Hohlprofil, dessen ge- wünschte Kontur durch Innenhochdruckumformen hochgenau ausgeformt wird, in besonderer Weise erforderlich ist.

Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung können den Un- teransprüchen entnommen werden ; im übrigen ist die Erfin- dung anhand zweier in den Zeichnungen dargestellter Aus- führungsbeispiele nachfolgend näher erläutert ; dabei zeigt : Fig. 1 in einem perspektivischen Längsschnitt einen Aus- schnitt eines erfindungsgemäß zu verlötenden Verbundes eines Hohlprofiles und eines Bauteils mit in diesem ein- geprägter Mulde, Fig. 2 in einem perspektivischen Längsschnitt einen Aus- schnitt eines erfindungsgemäß zu verlötenden Verbundes eines Hohlprofiles und eines Bauteils mit aus diesem aus- geschnittener Lasche.

In der Fig. 1 ist ein mittels Innenhochdruck umgeformtes umfänglich geschlossenes Hohlprofil 1 dargestellt, das beispielsweise im Karosserieaufbau bei Kraftfahrzeugen verwendet werden kann. Das Hohlprofil 1 kann nach der Um- formung als Kastenprofil oder zumindest mit einer ebenen Anbindungsfläche ausgebildet sein, was den Halt der er- zielbaren Verbindung aufgrund des erhöhten Flächenange- bots für eine oder mehrere Verbindungsstellen besonders erhöht. An den Hohlprofil 1 liegt ein Bauteil 2 des Fahr- zeugs mit einem ebenfalls ebenen Abschnitt flächig an, wobei das Bauteil 2 beispielsweise ein Karosserieblech sein kann. Das Bauteil 2 kann an der Anlage am Hohlprofil 1 auch gerundet oder nur mit einem schmalen ebenen Ab- schnitt beispielsweise mit einem Flansch ausgebildet sein, was zwar die Verbindungsfläche verkleinert, jedoch im Rahmen der Erfindung möglich ist und in der Praxis durchaus auch häufiger auftritt. Das Hohlprofil 1 und das Bauteil 2 sind im Falle der Anwendung im Kraftfahrzeugbau aus einem Stahlblech oder aus Leichtmetall. Diesbezüglich können Hohlprofil 1 und Bauteil 2 auch aus voneinander unterschiedlichen Materialien gebildet sein.

Das Bauteil 2 weist nun an der Verbindungsstelle eine Mulde 3 auf, die hier einen trapezförmigen Querschnitt besitzt. Die Mulde 3 kann bei der Herstellung des Bau- teils 2 im Tiefzieh-oder Pressverfahren in einem Ar- beitsgang bereits schon ausgebildet werden. Die Mulde 3, deren Tiefe das Ein-bis Dreifache der Wanddicke der Bau- teilwandung bemessen kann, kann auch im Nachhinein aus dem-bis auf die Mulde 3-fertiggeformten Bauteil 2 mittels eines Prägestempels herausgeprägt werden, was den vorangegangenen Tiefzieh-oder den Pressvorgang aufgrund der Trennung der Ausbildung von Bauteil 2 und Mulde 3 hinsichtlich dem apparativen Aufwand vereinfacht. In der Mulde 3 wird ein Lot 4 verklemmend deponiert, dessen zu- nächst freie Oberfläche in seiner Gebrauchslage mit dem Muldenrand 5 bündig abschließt oder von diesem in die Mulde 3 zurückversetzt ist. In verfahrensökonomischer Weise und mit Verringerung des apparativen Aufwandes kann die Erzeugung der Mulde 3 und die Deponierung des Lots 4 in der Mulde 3 mittels eines gemeinsamen Stempels in ei- nem Arbeitsschritt oder in mehreren nacheinander gesetz- ten Prozessschritten erfolgen, wobei der erwähnte Präge- stempel in geeigneter Form ausgebildet sein muss. Bei- spielsweise nach Art eines Doppelstempels, bei dem ein innerer Stempel im äußeren Stempel teleskopierbar geführt ist.

Zur Verbindung des Bauteils 2 mit dem Hohlprofil 1 wird das Bauteil 2 relativ zum Hohlprofil 1 mit der Muldenöff- nung 6 dem Hohlprofil 1 zugewandt positioniert, wobei es zur planen Anlage des Hohlprofils 1 und des Bauteils 2 an der gewünschten Stelle kommt. Für die Anlage ist die E- benheit der Verbindungspartner nicht zwingend erforder- lich. Wesentlich ist jedoch, dass die Verbindungspartner flächig aneinander liegen und auf dem zu verbindenden Ab- schnitt gleiche Konturen aufweisen. Alsdann wird in die- ser Position an das Bauteil 2 im Muldenbereich und das Hohlprofil 1 eine elektrische Spannung angelegt, wobei das Bauteil 2 und das Hohlprofil 1 mit unterschiedlichen elektrischen Polen verbunden sind. Das Bauteil 2 wird hierbei an der Stelle der Mulde 3 durch eine Widerstands- schweißelektrode mit Kraft beaufschlagt. Das Lot 4 wird durch den fließenden Strom, also durch das Einbringen e- lektrischer Energie, verflüssigt und durch die Anpress- kraft, die über die Widerstandsschweißelektrode auf die Muldenaußenseite 8 gemäß Pfeilrichtung (siehe auch Fig.

2) aufgebracht wird, zu der Fuge 7 zwischen Bauteil 2 und Hohlprofil 1 verdrängt. Hier wird das Lot 4 durch die Ka- pillarwirkung der Fuge 7 in einer dünnen Schicht zwischen die beiden Verbindungspartner gezogen und bildet mit die- sen jeweils Legierungen aus. Nach dem Erstarren des Lots 4 ergibt sich eine feste Verbindung zwischen dem Hohlpro- fil 1 und dem Bauteil 2. Die Mulde 3 wird bei diesem Vor- gang weitgehend eingeebnet. In diesem Ausführungsbeispiel ist es für die Einebnung von Vorteil, wenn das Bauteil 2 zumindest an der Stelle der Mulde 3 dünnwandig ist, so dass dies dort leichter durch die Anpresskraft der Elekt- rode verformbar ist.

Eine weitere Verbesserung der pressenden Beaufschlagung des Lots 4 wird dadurch erreicht, dass zwei gegenüberlie- gende Umfangsbereiche der Mulde 3 durchgetrennt werden, derart, dass diese Umfangsbereiche in Umfangsrichtung der Mulde 3 durch jeweils einen am Bauteil 2 anhängigen Um- fangsbereich beabstandet sind. Durch diese Maßnahme wird die Muldenwandung nachgiebiger, so dass die Elektrode er- heblich geringere Pressdrücke aufwenden muss, um das Lot 4 zu verdrängen. Hierbei kann allerdings ein geringer Teil des Lots 4 durch die beim Durchtrennen entstehenden Schlitze nach außen dringen.

Dem kann entgegengetreten werden, wenn die Muldenbildung und das Durchtrennen der Umfangsbereiche mittels zweier einander entgegenwirkenden Stempel nach Art des Durch- setzfügens erfolgt und die Muldenwandung derart gestaucht wird, dass der Wandungsrand der Mulde 3 verbreitert wird und den Trennungsrand hinterschneidend an der dem Hohl- profil 1 abgewandten Rückseite 9 des Bauteils 2 außer- halb der Mulde 3 anliegt. Die Nachgiebigkeit der Mulden- wandung bleibt dabei weitgehend erhalten.

In einer Variante zu obigem Ausführungsbeispiel wird ge- mäß Fig. 2 zur Muldenbildung aus dem Bauteil 2 eine La- sche 10 ausgeschnitten und in geringem Umfang aus der Bauteilwandung herausgedrückt, wobei die Lasche 10 eine- nends am Bauteil 2 anhängt. Der sich ausbildende Raum zwischen der Ausstelllage der Lasche 10 und der Lage der Lasche 10 vor ihrer Ausstellung bildet die Mulde 3. Durch die Ausbildung der Lasche 10, die zur Verlötung von der Elektrode kontaktiert wird, ist aufgrund der besonders hohen Elastizität und Beweglichkeit der Lasche 10 nur ein sehr geringer Andruck am Lot 4 zu dessen Verdrängung von- nöten. Wie auch beim obigen Ausführungsbeispiel betreffs der Erzeugung der Mulde 3 nach Art des Durchsetzfügens bleibt durch den verringert auf das Lot 4 auszuübenden Druck der Elektrode die Oberflächenkontur des Hohlprofils 1 nahezu unbehelligt.