Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von coilfähigen Leichtbaubändern oder Leichtbaublechen aus mindestens einem ersten metallischen und einem zweiten metallischen Gegengurt, wobei die Gurte als Blech oder Band ausgebildet sind.

Leichtbauflächenelemente der voranstehend genannten Art sind bereits in der vorangemeldeten aber nicht vorver¬ öffentlichten Deutschen Patentanmeldung 195 03 166 vorgeschlagen worden. Bei diesen Leichtbauflächen- elementen handelt es sich um Doppellagenbleche, welche aus einem Ober- und einem Unterblech bestehen, wobei eines der Bleche aus ihm herausgeformte Noppen aufweist und die Noppen mit einem glatten Gegenblech oder Band verschweißt sind. Das Doppellagenblech ist coilfähig und besitzt bei Einhaltung bestimmter Noppenabstände Vorteile im Hinblick auf sein Gewicht gegenüber Blechen aus Vollmaterial bei gleichzeitig hoher Druck-, Biege- und/oder Knickbelastbarkeit.

Es hat sich herausgestellt, daß die Herstellung des voranstehend erläuterten Doppellagenbleches nur unter Schwierigkeiten durchführbar ist . Durch die Begrenzung der Anpreßkraft der Elektroden beim Schweißen der Noppen gegen das glatte Gegenblech bildet sich ein erhöhter elektrischer Widerstand zwischen den Elektroden und den in der Regel verzinkten Blechen aus. Die Anpreßkraft kann jedoch nicht beliebig erhöht werden, weil bei einer zu starken Erhöhung die einzelnen Noppen eingeebnet werden.

Dadurch wird auch die Kühlung der Schweißpunkte gegenüber der üblichen Buckelschweißung verringert . Der gegenüber der üblichen Buckelschweißung erhöhte elektrische Widerstand bei verringerter Kühlung führt zu einer erhöhten Zinkverdampfung und damit einhergehend zu einem erhöhten Zinkauftrag auf der Elektrodenfläche, wobei sich dieser Effekt unabhängig davon einstellt, ob Rollenelektroden, Platten- oder Leistenelektroden verwendet werden. Durch den erhöhten Zinkauftrag wird wiederum die Kühlung vermindert und der elektrische Widerstand erhöht. Der erhöhte elektrische Widerstand verursacht zusätzlich die Häufigkeit von Brandmarken auf der Elektrode, deren thermische Belastung und die Bildung von Schweißspritzern, die bis zur Bildung von Löchern im Gurt führen können.

Es ist Stand der Technik, den Zinkauftrag auf der Elektrode durch rollengeführte Messer abzustreifen oder abzubürsten und dann, wenn Risse im Hartkupfer der Elektroden festgestellt werden, die Elektrode spanabhebend zu bearbeiten.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, den Elektrodenverschleiß bei der Herstellung von Leichtbauflächenelementen der eingangs erläuterten Art wesentlich zu senken und die Bildung von Schweißspritzern weitgehend zu vermeiden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß auf einer Oberfläche des ersten Gurtes regelmäßig sich wiederholende Erhebungen durch einen Kalt- oder WarmwalzVorgang erzeugt werden und daß diese Erhebungen mit dem Gegengurt verschweißt werden.

Die Erfindung sieht vor, die Erhebungen nicht, wie bei den eingangs beschriebenen Doppellagenblechen durch hohle Noppen zu bilden, sondern aus Vollmaterial zu formen. Auf diese Weise kann der Anpreßdruck der Elektroden wesentlich erhöht werden.

Es wurde weiterhin gefunden, daß sich die notwendigen Erhebungen mit Hilfe einer Warmwalzung nach Art der Herstellung von Tränenblechen herstellen lassen. Wenn beide Gurte als Tränenbleche hergestellt werden, ein Gurt um 180° in Walzrichtung geklappt und positioniert wird, kann man die jeweiligen Tränenpaare übereinander anordnen und z. B. mit einer Gleichstrom-Rollnaht-Maschine oder einer Schweißmaschine nach Art derer die zur Herstellung von "Schweißgittern" verwendet werden, verschweißen. Natürlich können auch längsgestrecktere, z. B. W-förmig angeordnete oder durchgängige, quer zur Walzrichtung verlaufende Erhebungen als Tränenersatz verwendet werden.

Vorzugsweise weisen die Tränenerhebungen eine Oberflächenkrümmung auf, um Schweißperlen mit Durchmessern von 1 - 5 mm zu erzeugen. Tränenbleche lassen sich durch Warmwalzen z. Z. nur bis zu einer minimalen Materialdicke von ca. 1,2 mm mit Tränenhöhen von bis zu ca. 2,5 mm walzen. Der Einsatz eines Double Rollers oder Single Rollers zur Herstellung von Tränenblechen ist zumindest bei Stahl als Material der Wahl derzeit nicht zu erwarten, weil zur Erreichung einer hohen Stahlqualität eine nachfolgende Umformung nötig ist, die nur mit einer synchron laufenden, nachfolgenden Umformung erfolgen kann.

Allerdings ist es erfindungsgemäß möglich nur einen Gurt als Tränenblech gewalzt gegen ein als Glattblech oder

Glattband ausgebildeten Gegengurt zu verschweißen, dessen Dicke z. B. kleiner ist, als die minimale Dicke des Tränenbleches. Auf diese Weise erhält man ein Leichtbauelement, dessen Beul- und Knicksteifigkeit wesentlich höher ist, als die eines gleich schweren Bleches aus Vollmaterial.

Vorteilhafterweise sollte der Gegengurt als Zuggurt im eingebauten Zustand angeordnet sein. Diese Form eignet sich besonders für den Kran- und Fahrzeugbau als Träger und Beplankung sowie als Decksplanke für den Schiffsbau.

Für die Herstellung von Bauelementen der Karosserie von PKW' s sind dünnere Abmessungen nötig, die durch Warmwalzen z. Z. nicht herstellbar sind.

Es ist nun weiterhin erfindungsgemäß, nach Art der altbekannten Technik des Blockwalzens vorzugehen. Beim Blockwalzen werden sogenannte "erhobene und versenkte Haue" kaltgewalzt, um die Bandanfänge in das Gerüst einziehen zu können. Diese "erhobenen und versenkten Haue" bilden sich wiederholend auf der Bandlänge ab. Analog schlägt nun die Erfindung auf Basis dieser alten Technik vor, eine Art einseitige Wellung im wesentlichen quer zur Walzrichtung in einen Gurt kalt einzuwalzen, wobei die Wellenberge nach der in Anspruch 10 angegebenen Lehre einen Abstand von ca. 8 - ca. 40 mm aufweisen.

Lt. Anspruch 6 wird vorgeschlagen, statt eines Blockwalzgerüstes ein Quartogerüst für eine größere Bandbreite gegenüber der eines Blockgerüstes zu verwenden, in dem eine Stützwalze mit komplementärer Oberflächenform in die oberflächenstrukturierte Arbeitswalze eingreift und das Gegenwalzenpaar mit glatten, zylindrischen Flächen ausgestattet ist.

Wird ein Gegenband mit Breite des ersten Bandes zerstückelt, um 90° gedreht und mit einer Umklappung von 180° auf ein zweites, einseitig profiliertes Band gelegt, ergeben sich Schnittpunkte der Erhebungen, die sich z. B. per Widerstandsschweißung verbinden lassen.

Um möglichst geringen Verschnitt beim Ausschneiden der Tiefziehplatinen zu erzeugen, erscheint es günstig, die Bandstücke um jeweils 90° gedreht mit Hilfe einer z. B. Laser-Coil-Schweißanlage zu einem neuen Band zu verbinden, und erst dann die 180°-Klappung und Verschweißung mit dem Gegenband an den Kreuzungspunkten der Erhebungen vorzunehmen.

Beim Verschweißen des ersten Gurtes mit dem Gegengurt sollten Schweißperlendurchmesser, in Blechebene gemessen, entstehen, die ein Ausknöpfen des Bleches ermöglichen. Dazu erscheinen Schweißperlendurchmesser von mehr als 1 mm Durchmesser, an 0,2 mm dicken Gurten, bis hin zu mehr als 5 mm Durchmesser an 2 mm dicken Gurten als günstig, auch in Bezug auf die erreichbare Schweißgeschwindigkeit .

Es wurde nun weiterhin eine technische Regel zu Auslegung der Abstände der Erhebungen auf Basis einer Knicklast und Beulbeanspruchung gefunden. Danach sollte der kleinste in einem Gurt auftretende Abstand 1 zwischen zwei VerbindungsSchweißperlen

0,1 ΔS/c L j< 1 <_ 0,3 ΔS/c L

betragen, mit L als der überspannten Länge des Bauteiles, ΔS als der geringsten auftretenden Blech- (Gurt) -dicke und C als dem Abstand der neutralen Faser des Flächenträgheitsmomentes des Schnittes durch das Doppellagenblech bis zur Blech- (Gurt) -Außenkante .

Es wurde nun eine Methode gefunden, mit der sich aus einem Leichtbaublech der geschilderten Art besonders günstig tiefgezogene Bauteile herstellen lassen, indem zwischen den Blechlagen eine Masse geringer Dichte und möglichst hoher Druckfestigkeit angeordnet wird. Diese Masse muß zusätzlich über die Eigenschaft verfügen, daß sie bei einer Punktschweißung schnell und rückstandsarm verdampfen oder verbrennen kann. Die Druckfestigkeit wird benötigt, um einen Mindestabstand der Gurte in umgeformten Bereichen zu gewährleisten. Die schnelle und rückstandsarme Verdampfung und/oder Verbrennung gewährleistet, daß aus der Füllmasse möglichst wenig Kohlenstoff von der Schweißperle aufgenommen wird.

Als bisher geeigneteste Masse hat sich in Versuchen Papier aus Baumwolle erwiesen. Es besteht aus Zellulosefasern, die hohl sind, eine hohe Druckfestigkeit aufweisen. Dabei besitzt das Papier eine geringe Dichte von ca. 0,4 - 0,5 gr/cm ³ . Es kann z. B. mit Hilfe von Spuren von "Kupferkalk" (CuS0 ₄ 3 Cu (0H} ₂ x H ₂ 0 im Gemisch mit Brandkalkmilch) schimmelbeständig, chlorionenfrei und recyclebar imprägniert werden (Cu <_ 1 O/00-Gewicht) . Zusätzlich kann es mit einer für Gewebe üblichen "Ausrüstung" wasserabweisend ausgestattet werden.

Besonders günstig erscheint es aber, als Ausrüstung eine viskoelastische Masse aus z. B. Bitumen oder Typ "teilpolymerisiertes Acrylpolymer" zu verwenden, Lche ca . 40 % Vol. des Papieres einnimmt und bei 20° i zr Druck fließfähig ist. Das Papier wird mit Schlitz .. für die Tränen durch Ausstanzen versehen, im erwärmten Zustand beidseitig ausgerüstet oder imprägniert unter Anwendung eines Lösungsmittels und zwischen den Gurten

des Leichtbauelementes angeordnet, so daß die Erhebungen der Gurte aufeinanderliegen. Dabei soll erfindungsgemäß diese Gesamtfüllmasse nur bis 80 % des Hohlraumvolumens einnehmen, um Schweißgase abführen zu können. In einem Arbeitsgang mit dem Verschweißen der Kreuzungspunkte der Erhebungen kann nun der Rand deε Leichtbaubandes durch zwei Walzenpaare dicht zusammengepreßt werden unter plastischer Verformung der Erhebungen. Auf diese Weise braucht das Leichtbauband an den Innenflächen nicht verzinkt zu sein, auch nicht phosphatiert u. ä., denn beim Ausschneiden der Platinen kann durch einen Niederhalter im Werkzeug ebenfalls ein dichter Randbereich hergestellt werden. Eine Abdichtung tritt auch beim Tiefziehen ein in gestauchten Bereichen des geformten Bauteiles und am Bauteilflansch durch den Niederhalter des Besäumschnittes. Beide Gurte können auch aus nichtrostendem Stahl oder beidseitig verzinktem Stahl bestehen. Aufgrund der Fernwirkung des Zinks ist auch ein Leichtbauelement denkbar, von dem ein Gurt beidseitig, der andere nur einseitig verzinkt ist.

Es ist auch möglich, als Füllmasse Zellulose mit Bitumen oder Harz, Aluminium- oder Kunststoffschäum bzw. Matten aus Kunststoffasern zu verwenden. Diese Technik läßt sich natürlich auch auf das eingangs genannte Doppellagenblech anwenden.

Die Verzinkung der Gurtinnenseiten kann vermieden werden, wenn der Füller aus einer dauerhaft und dicht klebenden Masse besteht.

Es wurde nun weiterhin gefunden, daß flächige Bauteile, die nach dem Stand der Technik mit Verstärkungsblechen verschweißt werden, sofern sie einer besonderen Biegelast

ausgesetzt sind, sich mit Hilfe eines Schweiß-Verbundes aus dem erfindungsgemäßen Leichtbaublech mit einem Noppenblech besonders gewichtssparend herstellen lassen. Dazu wird das aus Leichtbaublech hergestellte, zur Endkontur geformte Bauteil auf der Zugseite mit einem genoppten Blech versehen, wobei die Noppen im PKW- Karosseriebau z. B. eine Höhe von 3 bis 15 mm und Noppenabstände von z. B. 30 bis 150 mm aufweisen, die Noppenhöhen an der Stelle des höchsten Biegemomentes am höchsten sind und zum Rand der Verstärkung hin auf Null abnehmen. Der Rand wird nach Möglichkeit vollständig umlaufend laser- oder widerstandsgeschweißt gegen den Untergurt, die Noppenspritzen so breit ausgebildet, daß zumindest eine Schweißperle des Leichtbaubleches von den Elektroden einer Punktschweißvorrichtung erfaßt wird.

Versuche haben aber gezeigt, daß die Erfassung einer Schweißperle nicht zwingend ist. Eine Mehrlagenschweißung ist mit den Leichtbaublechen ohne Probleme durchführbar.

Die Stelle des Schweißpunktes wird trotz Zwischenlage eines Baumwollpapiers über den Nebenschluß der in der Nähe befindlichen Schweißperlen so schnell heiß, daß das Papier samt seiner "Ausrüstung" ruckartig verdampft und/oder verbrennt und Rußränder nur außerhalb des Bereiches der späteren Punktschweißung gefunden werden. Eine Punktschweißung am Leichtbaublech dauert nicht länger, als die von drei gleich dicken Blechen ohne Papierlage .

Die heute üblichen Anforderungen an die Außenhautqual it eines PKW sind mit dem erfindungsgemäßen Leichtbaublecu nicht erfüllbar, weil nach dem Tiefziehen die Schweißperlen trotz Lackierung sichtbar bleiben. Deshalb

schlägt die Erfindung im weiteren vor, die Außenhautseite einer Leichtbauplatine im ebenen Zustand mit einem Glattblech zu überkleben, die Platine dann insgesamt umzuformen. Auf diese Weise ist eine glatte und gegen Hagelschlag genügend stabile Oberfläche erzeugbar.

Um im Fall der Herstellung der einseitigen Erhebungen aus Stahl durch einen Warmwalzprozeß ein gleichmäßig feinkörniges Gefüge zu erhalten, kann es zweckmäßig sein, den Warmwalzprozeß bis in das Ferritgebiet zu fahren und anschließend ein Rekristallisationsglühen im Schutzgas oder Teilvakuum auszuführen.

Die hier gefundene Form eines Leichtbauelementes bietet gegenüber der des Doppellagenbleches einen weiteren Vorteil. Durch Anordnung der Erhebungen "erstes Blech oder Band/Gegenblech" mit einem Kreuzungswinkel von 90 ° ist es möglich, mehrere Hybrid-Schweißköpfe in Richtung der und auf der Gegenseite der Erhebungen des Gegenbleches anzuordnen, die Position der Erhebungen des ersten Bandes laufend mit einer optischen Einrichtung zu vermessen und dementsprechend die Schweißköpfe gepulst an- und abzuschalten. Vorzugsweise besteht ein Hybridschweißkopf aus einer WIG-Quelle und einem durch eine Glasfaser zugeführter Laserstrahl (Nd: YAG) , wobei der Laserstrahl durch das Inertgas des WIG-Brenners hierdurch auf der Metalloberfläche ein elektrisch leitfähiges Plasma erzeugt und der Stromüberschlag der WIG-Elektrode daraufhin erfolgt. Auf diese Weise braucht nur der Laser gepulst werden, an der WIG-Elektrode liegt eine konstante Spannung während der Aus-Taktzeit an. Es ist so eine berührungslose Schweißung möglich, wobei der erste Gurt gegen den Gegengurt, z. B. mit Hilfe von Kegelrädern oder dünnen Radscheiben, gedrückt wird oder

beide über eine Rolle mit einer Krümmung, die von der WIG-Elektrode abgewendet ist, per Haspelzug gezogen werden.

Es wurde nun weiterhin gefunden, daß das Elektroden- Standzeitproblem aufgrund der Zinkschichten auch ohne Lasertechnik besonders preiswert lösbar ist, indem man den folgenden Verfahrensgang mit unverzinktem als Tränenband ausgebildeten Gurt und einem entsprechenden Gegengurt ausführt :

1. Entweder Beschichtung der späteren Innenflächen der Bandlagen mit einem teilpolymerisierten Acryl mit einer Dicke, die in Summe etwa 30 - 40 % Vol. des Hohlraumes (Spaltes) entspricht, Einlegen von gelochtem Papier, oder

Einlegen von einer gelochten Lage aus mit Bitumen (PO CB) infiltriertem ataktischem Polypropylen oder einem anderen Fasermaterial wie Glasgittervlies, Glashohlkugeln mit einer Dichte von z. B. 0,1 - 0,2 g/cm ³ , Glasfasern, besser, weil leichter, aus Baumwollpapier unter vollständiger Füllung des Hohlraumes (10 - 20 % Vol. Resthohlraum) ;

2. Schweißen der Kontaktpunkte mit einer Roll- oder Leistenelektrode unter Einsparung von ca. 30 % elektrischem Strom im Vergleich zur Verschweißung von verzinkten Bändern,

3. mit 2. gleichzeitiges Dichtwalzen zumindest der Coilkanten in einer Breite von 20 - 40 mm bei einer Temperatur von ca. 160 - 220 °C,

4. Elektrolytische Verzinkung nur der Außenflächen des Leichtbaubandes;

5. Alkalische Reinigung, Spülung mit Wasser, Aktivierung, Phosphatierung, Spülung, Nachpassivierung, Tauchgrundierung, kathodische Elektrotauchlackierung, Lackeinbrennen nach Herstellung und Einbau der Leichtbauteile.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand einer Ausführungsbeispiele dargestellenden Zeichnung näher erläutert :

Fig. 1 ein Leichtbauband in einer teilweisen perspektivischen Ansicht;

Fig. 2 ein Vier-Walzengerüst in seitlicher, schematischer Ansicht;

Fig. 3 eine alternative Ausführungsform eines

Leichtbauelements in einer Schnittansicht;

Fig. 4 ein herkömmliches Tränenblech in einer ausschnittsweisen Draufsicht .

Das in Fig. 1 gezeigte Leichtbauband weist einen Obergurt 1 auf, der durch ein Stahlband gebildet ist. Dieser Obergurt 1 ist auf seiner unteren Oberfläche la mit Erhebungen 2 versehen, welche bezogen auf den Rand 3 des Leichtbaubandes in einem Winkel ß von 45° verlaufen.

Um die Erhebungen 2 aus dem vollen Material des Obergurtes 1 zu bilden, ist der Obergurt 1 beispielsweise in einem Vier-Walzengerüst 50, wie es in Fig. 2 gezeigt

ist, einer Walzbearbeitung unterzogen worden. Bei dem in Fig. 2 gezeigten Vier-Walzengerüst 50 kämmen die beiden Walzen 51, 52 des oberen Walzenpaares während die Walzen 53, 54 des unteren Walzenpaares eine glatte Oberfläche aufweisen. Auf diese Weise erhält das Stahlband 1 beim Durchlaufen des Walzgerüsts 50 auf seiner den Arbeitswalzen 51, 52 zugewandten Oberfläche quer zur Förderrichtung F verlaufende, sich über die Breite des Bandes 1 erstreckende Erhebungen 2.

In gleicher Weise wie der Obergurt 1 des in Fig. 1 gezeigten Leichtbauelements ist auch dessen Untergurt 5 aus einem mit Erhebungen 6 versehenen Stahlband gebildet. Indem der Obergurt 1 und der Untergurt 5 derart versetzt aufeinander gelegt werden, daß die Erhebungen 2, 5 auf den einander zugeordneten Oberflächen la, 5a des Obergurts 1 bzw. des Untergurts 5 einander unter einem Winkel ß von 90° schneiden, berühren sich die Erhebungen 2, 6 in Berührungspunkten 10. Der Abstand 1 zwischen diesen Berührungspunkten 10 bemißt sich nach der in Anspruch 10 angegebenen Regel in Abhängigkeit von der geringsten Blechdicke ΔS des Obergurtes 1 bzw. des Untergurtes 5 und dem Abstand C zwischen der neutralen Faser des Flächenträgheitsmomentes des Schnittes durch das Leichtbauelement bis zu dessen Blechaußenkante.

In Fig. 3 ist eine mögliche Variante der Verwendung eines mit Erhebungen in der erfindungsgemäßen Weise versehenen Bleches gezeigt. Bei dem in Fig. 3 dargestellten Leichtbauelement liegen die einzelnen Erhebungen 60, 61 des jeweiligen Ober- bzw. Untergurtes 62 bzw. 63 nicht aufeinander auf, sondern sind jeweils ineinandergreifend verschweißt. Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn

z. B. durch eine Verstärkung mit Hilfe eines genoppten Zuggurtes 65 kurze überspannte Längen L vorgegeben werden können. Durch Wahl der Blechdicken, Höhen und Abstände der Erhebungen und der Länge L läßt sich jedes Bauteil auf den jeweiligen Belastungsfall (hier Biegung einer Platte durch die Kraft K) optimieren, so daß mit einem einzigen Walzenpaar auch Leichtbauelemente hergestellt werden können, deren Länge L verdoppelt und deren Abstand C zwischen der neutralen Faser des Flächenträgheitsmoments des Schnitts durch das Doppellagenblech bis zur Blechaußenkante vergrößert ist, indem die Erhebungen 60, 61 beider Gurte 63, 64 kreuzend angeordnet sind.

Fig. 4 zeigt schließlich ein herkömmliches, durch Warmwalzen hergestelltes Blech mit tränenförmigen Erhebungen 100. Ein solches Blech kann bei der Herstellung von Leichtbauelementen gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzt werden. Gemäß der Erfindung können die einzelnen Erhebungen in Tränenform aber auch W-förmig quer oder längs zur Walzrichtung angeordnet sein. Es sind bei besonderen geforderten Umformeigenschaften auch Strukturierungen möglich, die z. B. Kreisringe oder hohle Sechsecke in der Draufsicht bilden. Im Unterschied zu dem in Fig. 4 gezeigten herkömmlichen "Tränenblech" sind die Erhebungen zur Herstellung eines Leichtbauelementes nach dem erfindungsgemäßen Verfahren jedoch in wesentlich größeren Abständen als bei den herkömmlichen Tränenblechen anzuordnen.