Eine solches Verfahren und eine solche Vorrichtung kommen dort zur Anwendung, wo aufschmelzbare, beschichtete Bauteile aus Metall stoffschlüssig zu einer Baueinheit zu verbinden sind. Ein sehr großes Anwendungsgebiet ist die Herstellung von Karosserien für Fahrzeuge.

Das dauerhafte Verbinden, insbesondere das Verschweißen solcher Bauteile erfolgt vorzugsweise mit Hilfe energiereicher Strahlung, die beispielsweise mittels einer Laserquelle oder einer Elektronenstrahlkanone erzeugt wird. Als Laserquelle eigenen sich vorrangig Diodenlaser, Festkörperlaser und Gaslaser. Bauteile, die zur Fertigung von Karosserien verwendet werden, sind meist aus Stahl gefertigt. Üblicher Weise sind sie mit Schutzschichten aus Zink versehen, das eine niedrigere Verdampfungstemperatur als der Stahl selbst aufweist.

Beim Verschweißen so gefertigter Bauteile entsteht Zinkdampf, der zu Schmeizauswürfen und Porenbildung im Bereich der Schweißnaht führen kann. Die Schädigung der Schweißnaht durch den Zinkdampf wird durch das Ausbilden eines Spaltes zwischen den zu verschweißenden Bauteilen vermieden. Ober diesen Spalt kann der Zinkdampf entweichen, der sich beim Verbinden der Bauteile an deren Grenzflächen bildet. Der Spalt wird beim Schweißen kurzer Schweißnahtelemente durch eine entsprechende Formgebung der Bauteile beim Tiefziehen oder durch eine Bearbeitung der Bauteile vor dem Schweißen erzeugt. Bei diesen Verfahren werden an einem oder beiden Bauteilen im Bereich der späteren Schweißnaht Distanznoppen oder Riefen ausgebildet. Es besteht auch die Möglichkeit, lokal Material auf-oder abzutragen, so dass Durchlässe geschaffen werden, über die der Zinkdampf entweichen kann. Ferner ist es auch üblich, die Beschichtungen der Bauteile im Bereich der auszubildenden Schweißnaht zu entfernen.

BESTÄTIGUNGSKOPIE Diese Maßnahmen erfordern zusätzliche Arbeitsschritte bei der Fertigung. Zudem sind die hierfür verwendeten Werkzeuge aufwendig gestaltet, damit die erforderliche Einhaltung der nötigen engen Spaltformtoleranzen erreicht wird. Eine solche Ausbild ung der Bauteile im Bereich der späteren Schweißnahtelemente und die Herstellung der hierfür notwendigen Werkzeuge erfordert entsprechendes Expertenwissen in Konstruktion, Werkzeugbau und Fertigung. Durch diesen Aufwand werden die Produktkosten erhöht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren aufzuzeigen, mit dem Bauteile der eingangs genannten Art über eine einwandfreie Schweißnaht unter Umgehung des bekannten Aufwands verbunden werden können. Ferner liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zu schaffen, mit der ein solches Verfahren durchgeführt werden kann.

Die Aufgabe, das Verfahren betreffend, wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.

Die Aufgabe, die Vorrichtung betreffend, wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 3 gelöst.

Weitere erfinderische Merkmale sind in den abhängigen Ansprüchen gekennzeichnet.

Die Erfindung wird nachfolgend an Hand von schematischen Zeichnungen näher erläutert.

Es zeigen : Fig. 1 eine Vorrichtung zum Verbinden von Bauteilen mit beschichteten Oberflächen, Fig. 2 einen Ausschnitt aus der Vorrichtung gemäß Fig. 1,.

Fig. 3 einen weiteren Ausschnitt aus der Vorrichtung gemäß Fig. 1.

Die in Fig. 1 dargestellte Vorrichtung 1 ist als Schweißzange ausgebildet, und umfasst einen fest stehenden Arm 2 und einen beweglichen Arm 3, drei Klemmelemente 4,5, 6, zwei Biegelemente 8 und 9 und eine verfahrbare oder schwenkbare optische Einrichtung 10. Der bewegliche Arm 3 ist über ein Gelenk 11 an der Schweißzange 1 befestigt. Zum Öffnen und Schließen der Schweißzange 1 wird der bewegliche Arm 3 von dem feststehenden Arm 2 weg bzw. auf diesen zubewegt. Hierfür ist die Schweißzange 1 mit einer Antriebsvorrichtung (hier nicht dargestellt) ausgerüstet. Am freien Ende des Arms 2 sind die beiden Klemmelemente 4 und 5 installiert. Die beiden Klemmelemente 4 und 5 sind bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel L-förmig ausgebildet. Der nach unten weisenden Rand eines jeden Klemmelements 4,5 ist so weit verjüngt, dass eine Klemmfläche 4F, 5F definierter Breite gebildet wird, die eine geringe konvexe Wölbung aufweist. Die Klemmelemente 4 und 5 sind im Abstand außen am freien Ende des Arms 2 so befestigt, dass ihre Längsachsen in einer Ebene senkrecht zur Längsachse des Arms 2 positioniert sind. Eine Schrägstellung der Klemmelemente 4,5 ist möglich. Die Abschnitte der Klemmelemente 4 und 5, welche die Klemmflächen 4F und 5F bilden, sind gegeneinander gerichtet. Der Abstand zwischen den beiden Klemmelementen 4 und 5 wird so groß gewählt, dass ein Strahl 12, wie Fig. 2 zeigt, einer Laserquelle (hier nicht dargestellt), welche mit der optischen Einrichtung 10 in Verbindung steht, zwischen den beiden Klemmflächen 4F und 5F hindurch geleitet werden kann. Alternativ kann eine Elektronenstrahlkanone als Strahlquelle eingesetzt werden.

Nm freien Ende des beweglichen Arms 3 ist das Klemmelement 6 installiert, wie die figuren 1,2 und 3 zeigen. Dieses Klemmelement 6 weist im Ausführungsbeispiel eine J-förmige Ausnehmung 6U aufweist, die den beiden Klemmflächen 4F und 5F der <lemmelemente 4,5 entgegengerichtet ist. Bei geschlossener Schweißzange 1 sitzt eweils eine Klemmfläche 4F und 5F auf jeweils einer Oberfläche 6F einer der beiden 3egrenzungen der U-förmigen Ausnehmung 6U auf. Die Oberflächen 6F bilden die Clemmflächen des Klemmelements 6. An dem freien Ende des beweglichen Arms 3 ; ind neben dem Klemmelement 6 auch noch die beiden Biegelemente 8 und 9 nstalliert. Jeweils ein Biegelement 8,-9 ist vor jeweils einer Begrenzung der U-förmigen Ausnehmung 6U angeordnet. Beide Biegelemente 8 und 9 sind in Richtung der ängsachse der Schweißzange 1 gesehen, hinter dem Klemmelement 6 positioniert. ledes Biegelement 8,9 weist eine Auflagefläche 8A, 9A auf. Beide Auflageflächen 8A, 9A liegen in der gleichen Ebene wie die Klemmflächen 6F. Jede Auflagefläche 8A, 9A wird einseitig von einer Kante 8K, 9K begrenzt, die senkrecht zur Längsachse der Schweißzange 1 ausgerichtet und nach außen zu abgeschrägt ist, wie die Figuren 2 und 3 zeigen.

Die Funktionsweise des erfindungsgemäßen Verfahrens wird nachfolgend kurz erläutert. Es wird davon ausgegangen, dass die beiden in Fig. 3 dargestellten Bauteile 30 und 40 aus Stahl gefertigt und mit jeweils einer Schutzschicht 30S, 40S aus Zink versehen sind. Die Schweißzange 1 wird zunächst so weit geöffnet, dass die beiden Bauteile 30 und 40 zwischen den Klemmflächen 4F 5F und 6F angeordnet werden können. Die beiden Bauelemente 30 und 40 werden dabei so aufeinander gelegt, dass sie sich wenigstens in dem Bereich, in dem eine Schweißnaht 13 ausgebildet werden soll, überlappen. Bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel liegt das untere Bauteil 40 auf den Klemmflächen 6F und mit seinem Rand 40R auf den Auflageflächen 8A und 9A der Biegelemente 8 und 9 auf. Das auf dem Bauteil 40 angeordnete Bauteil 30 überdeckt das Bauteil 40 so weit, dass der Rand 30R des Bauteils 30 auf den Kanten 8K und 9K der Biegelemente. 8 und 9 aufliegt. Durch das Schließen der Schweißzange 1 werden die Klemmelemente 4 und 5 gegen die Oberseite des Bauteils 30 gepresst, während die Klemmflächen 6F des Klemmelements 6 gegen die Unterseite des Bauteils 40 gedrückt werden. Da die Höhe der Kanten 8K und 9K geringfügig größer ist als die Dicke des Bauteils 40, wird der Rand 30R des Bauteils 30 nach oben gebogen, und der in Fig. 3 dargestellte Spalt 14 ausgebildet. Um eine Schweißnaht 13 auszubilden, wird der Stahl 12 von der optischen Einrichtung 10 so auf das Bauteil 30 fokussiert, dass der Brennpunkt des Stahls 12 auf, innerhalb oder unterhalb der Oberfläche des Bauteils 30 liegt. Das Material der Bauteile 30 und 40 wird da aufgeschmolzen, wo der Strahl 12 beim Schweißen auftrifft. Der sich dabei bildende Zinkdampf wird über den Spalt 14 gemäß Fig. 3 abgeleitet.

Die Erfindung beschränkt sich nicht nur auf das hier beschriebene Ausführungsbeispiel.

Vielmehr umfasst sie alle Variationen des Verfahrens und der Vorrichtung, die dem Kern der Erfindung zugeordnet werden können. Das gilt insbesondere für das Verschweißen von mehr als zwei aufeinander gestapelten Bauteilen wie sie oben beschrieben sind.