WO2015000794A1 - Verfahren zum unlösbaren verbinden von bauteilen oder bauteilbereichen sowie unlösbare verbindung - Google Patents

Verfahren zum unlösbaren verbinden von bauteilen oder bauteilbereichen sowie unlösbare verbindung Download PDF

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WO2015000794A1
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Michael ÖLSCHER
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    • Y10T428/12347—Plural layers discontinuously bonded [e.g., spot-weld, mechanical fastener, etc.]

Definitions

  • the present invention relates to a method for non-detachable connection of components or component regions according to the preamble of claim 1 and to a non-detachable connection according to claim 6.
  • Welding or adhesive joints are used for the permanent connection of at least two components or component regions of a single component.
  • the goal is a permanent assembly by their cohesive union.
  • welded joints of the respective base material is first melted in some areas by welding heat.
  • the actual compound forms only when leaving the molten phase by subsequent cooling.
  • basically all those materials can be welded together, which can be converted into a molten phase.
  • the material bond may take place with or without a suitable welding filler.
  • DE 44 31 991 A1 describes a method for connecting planar components.
  • the components to be joined may consist of the same or different materials. In particular, these may be iron-containing and non-ferrous materials.
  • the actual connection is achieved by the previous application of an adhesive which cures under the influence of heat.
  • the adhesive is applied over a large area to at least one contact surface of the components to be joined.
  • the components are stacked with their contact surfaces.
  • only a selective adhesive bond between the components For this purpose, only portions of the adhesive bearing surfaces are initially heated. In this way, the adhesive is locally cured in order to obtain a first sufficiently viable connection or fixation between the components.
  • the components of a prolonged heat exposure are supplied to cure the remaining adhesive to the final strength of the compound.
  • the fastest possible pre-fixing of the components to be joined is made possible, while the final continuous solidification takes place in a subsequent process.
  • the final heat effect for example, in the context of curing of a paint applied in a curing oven.
  • This results in a correspondingly efficient use of the required time and energy.
  • an additional adhesive layer between the component areas to be connected is also known. Over the adhesive layer, an additional cohesive connection between the component areas is created.
  • adhesive bonding is that of producing a high one resilient connection.
  • the connecting surface serving for force transmission can thereby be extended beyond the welding region up to the size of the adhesive layer.
  • the problems known in connection with adhesive welding lie in the production of the welded joint itself.
  • the adhesive layer initially constitutes an initial obstacle in order to produce sufficient, electrically conductive contact between the abutting surfaces of the component regions to be joined.
  • the adhesive used in the automotive industry is a non-conductor. Consequently, the adhesive layer in the joint region to be welded together must either be recessed or displaced. Since these are highly viscous and therefore viscous adhesives, correspondingly high forces are necessary in order to press the component areas to be joined together while displacing the adhesive.
  • the required pressure forces are applied via electrodes, they have a correspondingly high wear. Moreover, high compressive forces are not particularly suitable if they have to be applied from only one side without sufficient counter bearing. An insufficient displacement of the adhesive ultimately leads to undesirable weld defects.
  • many of the adhesives used can only be locally displaced with the aid of an additional auxiliary connection circuit. This serves for the temporary preheating of the adhesive in order to reduce its viscosity.
  • the process reliability of the adhesive welding is reduced by the use of an additional shunt connection circuit. Due to the typical adhesive bonding between alternating glued and welded areas of the resulting adhesive gap is uneven. In addition, this has in the welding areas no distance between the interconnected component areas. As a result, the thickness of the adhesive layer varies across the bonding surface. Overall, the adhesive gap is thus not adjustable.
  • the projection welding method is also known.
  • a weld hump is usually a deformation stamped into at least one thin-walled component. While this creates a depression on one side of the component, the opposite side has the required elevation in the form of a hump.
  • the welding of the thus assembled component surfaces also takes place via electrodes. These can be part of a welding gun, as they are used in conventional resistance spot welding or adhesive bonding.
  • the hump is intended to produce the necessary for welding electrically conductive contact to a second plate.
  • at least one of the two plates is provided with an adhesive layer in the deformation area.
  • the adhesive layer is applied to the side of the plate, which has a survey in the deformation region.
  • the first plate is applied with its collection to a contact region of the second plate and pressed into the adhesive layer and the second plate.
  • a welding current is ultimately applied to the plates, which flows from one plate through the elevation into the other plate.
  • the metal of the plates is locally melted in the deformation region, whereby a cohesive connection arises.
  • the material connection is therefore composed of the welded joint and the adhesive joint.
  • the combination of the projection welding method together with the arrangement of an adhesive layer already offers many advantages. Due to the existing shape of the weld bump, the adhesive layer is much easier to displace locally, since the compressive force which can be introduced via the electrodes is distributed over a small area. The so achievable high compressive stress below the Sch dibuckels in turn means that the required pressure force can be reduced overall. Due to the simple local displaceability of the adhesive layer, an improved electrically conductive contact can be achieved. In addition, the sometimes required arrangement of a shunt connection circuit is eliminated, so that the overall process reliability is increased. Nevertheless, the course of the adhesive gap is not adjustable here. Thus, during the welding process, the melting process first starts at the tip of the welding boss and initiates the growth of a welding core. The weld hump completely merges into the molten phase. As a result, the initial elevation of the weld boss after welding is compressed and thus no longer present. As a result, the interconnected component surfaces continue to lie flat on each other.
  • the present invention has the object to improve a method for permanent connection of components or component areas to the effect that a combined connection of welding and gluing process reliable can be realized, the necessary adhesive gap is adjustable. Furthermore, an improved permanent connection is to be shown, which is composed of a combination of welding and gluing, wherein the necessary adhesive gap is formed in the region of the weld.
  • the solution of the procedural part of this task is content of the method with the features of claim 1.
  • the objective part of this task is solved by the features of claim 6.
  • particularly advantageous embodiments of the invention disclose the respective subclaims.
  • the arrangement of the at least one welding base can be done both before and after the application of the adhesive layer. Accordingly, the application of the adhesive layer may be performed before or after the placement of the at least one welding socket. Of course, a parallel approach by simultaneously arranging welding base and applying the adhesive layer is conceivable. Preferably, the application of the adhesive layer takes place only after the at least one welding base is arranged on one of the connecting surfaces.
  • welding base and adhesive layer can be arranged and applied together on one and the same connection surface.
  • the at least one welding socket can be arranged on a first connecting surface while the adhesive layer is on a second and thus on the corresponding other connection surface is applied.
  • Adhesive layer and welding base are preferably arranged on respectively different connecting surfaces.
  • a spacer is arranged between these prior to approaching the connecting surfaces to be connected inseparably. It is important to ensure that the welding base projects beyond the spacer.
  • the extension of the spacer extending between the approximated connecting surfaces is to be selected so that a distance between the spacer and at least one connecting surface remains in the state of the already-applied welding base.
  • the particular advantage here is the additional arrangement of the spacer.
  • the melting process of the welding socket which begins by introducing the welding current, also starts at the tip of the welding socket.
  • the weld bump also completely merges into the molten phase.
  • it is no longer possible to press the weld hump completely together. An approximation of the connecting surfaces is thus possible only up to the moment in which the spacer blocks further compression. As a result, it can no longer happen that the connecting surfaces lie flat on each other.
  • the spacer itself is not melted. Thanks to the easily realizable application of the weld boss to the respective other connection surface is given a sufficient electrically conductive contact. Thus, in this case no arrangement of a shunt connection circuit is necessary, whereby the required process reliability is given. Moreover, the remaining adhesive gap between the connecting surfaces is no longer uncontrolled.
  • the initially adjusting distance between spacer and connecting surface or connecting surfaces is to be defined by the configuration of the spacer. In this way, the adhesive gap remaining between the bonding surfaces during the bonding process, and in particular during the welding process, can be adjusted.
  • the size necessary for adjusting the adhesive gap is consequently the extent to which the welding base projects beyond the spacer or the spacer falls below the height of the welding base. Said measure stands for the difference by which the bonding surfaces can be further approximated during the welding process in the area of the welding base.
  • the arrangement of the welding socket allows the use of larger electrodes.
  • electrodes which, due to their areal extent, are suitable for welding two or more welding bases in a single operation. Due to the low contact pressure required for the application of the weld boss, the presented method is also suitable for welding with electrodes applied on one side.
  • the simultaneous welding of two or more welding sockets the required short circuit of the welding current can be done via the welding socket.
  • the use of large, in particular flat electrodes results in the advantageous side effect that the adhesive layer in the adhesive gap between several welding sockets can be compressed via the electrodes during the welding process. As a result, a highly process-reliable permanent connection is realized. Furthermore, the use of large electrodes causes only a small electrode wear.
  • the adhesive gap can now be set specifically and adapted in particular to the requirements of the adhesive used.
  • the material used for the spacer may be an electrically conductive material or an electrically non-conductive material.
  • the spacer is formed by an electrically conductive material or has at least one such. At the beginning of the welding process, the spacer has no physical contact with at least one of the connecting surfaces. As a result of the thus missing at the beginning of the welding process electrically conductive contact of the spacer is therefore not in a molten phase. Due to the thus existing also during the welding process strength of the spacer a controlled stop of a further approach of the connecting surfaces is given.
  • the welding operation can be stopped at the same time.
  • the reason for this is the instantaneous increase in the electrically conductive surface occurring at this moment, which results when the spacer contacts the connection surfaces.
  • Said surface is composed at this moment at least of a part of the spacer and the welding socket. Due to the immediate increase in area, the current density of the introduced welding current decreases abruptly, so that the welding process comes to a standstill immediately.
  • the welding base and / or the spacer are present as elements that are initially independent of the connecting surfaces.
  • the welding base for example, via a glued, screwed, plugged or welded compound fabric, form and / or non-positively disposed on one of the connecting surfaces.
  • the welding base can be arranged over this at one of the connecting surfaces.
  • the aforementioned types of connection apply accordingly to the arrangement of the spacer.
  • the welding base is embossed as a survey from the associated connection surface out.
  • the spacer can be embossed as a survey from the associated connection surface out.
  • the welding base and / or the spacer may be an integral part of the components or component surfaces to be joined together.
  • the resulting advantage lies in the extremely simple production of the welding socket and / or the spacer.
  • thin-walled components or component surfaces have an easy formability in the present sense.
  • the welding base and / or the spacer can advantageously be formed from a rear side of the respective component facing away from the respective connecting surface or from the respective component surface as a bulge or elevation directed into it.
  • the portion of the component or the component surface which is displaced in this way is issued beyond the connection surface as a welding base and / or as a spacer.
  • the thickness of the material used in the said subarea so extremely precise embodiments of the welding socket and / or spacer can be made.
  • the spacer can be applied together with the adhesive layer on one of the connecting surfaces. Conceivable here would be an integration of the spacer in the formless mass of the adhesive, which is then arranged simultaneously with the application of the adhesive layer on the corresponding connection surface.
  • the spacer can also be arranged specifically only after the application of the adhesive layer. In this case, the spacer remains due to the adhesive properties of the adhesive layer at the required area of the connection surface.
  • the spacer may be formed from a deviating from the component or component area material.
  • Conceivable here would be non-conductive materials or those which are, for example, elastic. Nevertheless, the necessary stop in the approach of the To obtain connecting surfaces through the spacer thus formed, its flexibility can be adjusted, for example, progressive. This would increase its resistance to its elastic behavior with increasing deformation until the approach is stopped. It would also be conceivable to use an initially solid but fusible adhesive as a spacer. In this way, an initial stop of the approach in question can take place during the welding process, wherein the spacer thus formed can melt in a subsequent heat treatment. This is particularly interesting when the adhesive layer used is cured by such a heat treatment.
  • the spacer and the welding socket may also be arranged together as a unit on one of the connecting surfaces.
  • Unit in the sense of the invention means that their respective shapes and / or contours merge into one another.
  • the particular advantage here is the simple common arrangement of welding base and spacers in a single operation.
  • welding base and spacers embossed out of one of the connecting surfaces out can then be generated together with a single forming tool, in particular with a corresponding die.
  • Due to the immediate proximity of spacers and welding base also gives an advantageous way exactly there a targeted stop the approach, where a force is applied during the welding process. As a result, a reliable and precise design of the adhesive gap to be set via the spacer is made possible.
  • welding base and spacers would be arranged as a unit in some areas, while in other areas there would be a spacing between the welding base and spacers.
  • the method explained above for the permanent connection of components or component regions represents a highly advantageous option for achieving precise adjustability of the adhesive gap in addition to a process-reliable connection.
  • the arrangement of the spacer is thereby ensured that the otherwise inaccessible adhesive gap between the connecting surfaces has exactly the course, which allows a maximum amount of strength for the surface bonding by the adhesive layer.
  • a flat pressing together of the connecting surfaces in the area of the welding socket is thus a thing of the past. Due to the substantially uniform configuration of the resulting adhesive gap, the risk that the compound is not consistently sufficiently stable due to a too small or non-existent thickness of the adhesive layer is eliminated.
  • the invention further provides a non-detachable connection between two components or component regions produced by the method described above.
  • two connection surfaces are welded together by incorporation of an adhesive layer via a welding base arranged on a connection surface by resistance welding.
  • a spacer is arranged between the connecting surfaces.
  • the connecting surfaces are spaced apart in the region of the welding socket.
  • the connecting surfaces also have an adhesive gap between them, which substantially corresponds in its thickness to the remaining adhesive gap.
  • the welding base and / or the spacer are embossed as elevations / elevation out of the associated connection surface.
  • the spacer and / or the welding base can also each be an additional element, which does not represent an integral part of the components or component surfaces to be joined.
  • the spacer may be arranged as a separate element on one of the connecting surfaces.
  • the spacer may be arranged at a distance from the welding base.
  • the spacer and the welding base may be formed as a unit.
  • FIG. 1 is a schematic representation of a known in the art
  • Fig. 3 shows the result of the known in the art
  • Fig. 4 shows the result of the two known in the art
  • Figure 5 is a schematic representation of a known prior art conventional projection welding method shortly before the introduction of the necessary welding current in section.
  • Fig. 6 shows the result of the known in the art
  • Fig. 7 is a schematic representation of a known in the art
  • FIG. 8 the known in the prior art method for adhesive bonding of Figure 7 just before the introduction of the necessary welding current in section
  • Fig. 9 shows the result of the known in the prior art method for adhesive welding of FIGS. 7 and 8 after completion of the welding process in the same representation
  • Fig. 10 is a schematic representation of an inventive
  • Fig. 1 the inventive combination of welding socket and
  • FIGS. 10 and 11 shows a schematic representation of a method according to the invention for connecting components or component surfaces using the combination of FIGS. 10 and 11 during the approach in section;
  • FIG. 13 shows the result of the method according to the invention from FIGS. 10 to
  • FIG. 14 shows a schematic illustration of an inventive combination of welding base and spacer, which is an alternative to FIG. 10, in a plan view;
  • FIGS. 16 shows a schematic representation of a method according to the invention for connecting components or component surfaces using the combination of FIGS. 14 and 15 during the approach in section; 17 shows the result of the method according to the invention from FIGS. 14 to 16 after completion of the welding process in a manner of representation of its own; 18 shows the result of the method according to the invention from FIGS. 10 to
  • Fig. 19 is a selection of schematically illustrated inventive
  • FIGS. 1 to 9 relate to welding methods known from the prior art.
  • the accompanying explanations serve to show the associated disadvantages with respect to the connection of two components. This is intended to provide a better understanding of the method according to the invention and the insoluble connection according to the invention which can be produced in this way.
  • Fig. 1 first shows the prior art for a known method for resistance spot welding in the form of adhesive bonding.
  • a first component 1 and a second component 2 are to be partially welded together by incorporating an adhesive layer 3.
  • the adhesive layer 3 was applied in a manner not shown at least on a first connection surface 4 of the first component 1 or on a second connection surface 5 of the second component 2. Of course, the adhesive layer 3 may also be applied to both joining surfaces 4, 5. Subsequently, the two components 1, 2 were placed on each other, as shown in Fig. 1 in the result. While the two connecting surfaces 4, 5 were approached in a manner not shown to each other, a surface contact of the adhesive layer 3 could adjust to this.
  • a first rear side 6 of the first component 1 facing away from the first connection surface 4 becomes a first electrode 7 and on a second connecting surface 5 facing away from the second rear side 8 of the first component 1, a second electrode 9 is applied.
  • the two electrodes 7, 9 are directly opposite.
  • the electrodes 7, 9 are designed to pass a welding current through the two components 1, 2.
  • the two components 1, 2 are formed from an electrically conductive material.
  • these are connected to a circuit 10.
  • the two electrodes 7, 9 are connected via physical lines 1 1 to a power source 12.
  • the actual welding process is carried out via a short circuit of the circuit 10, not shown here.
  • the circuit 10 is opened, as illustrated by the symbolism of the lines 1 1 between the two electrodes 7, 9.
  • the short circuit and thus the closing of the circuit 10 takes place via an approximation of the two connecting surfaces 4, 5 shown in FIG. 2 by their local compression via the electrodes 7, 9 which are to be moved towards one another. This movement takes place until the connecting surfaces 4, 5 regions lie on each other and so have a local, electrically conductive contact between them.
  • high electrode forces F are necessary in order to displace the adhesive layer 3 in the region between the two electrodes 7, 9.
  • FIG. 2 now shows the short-circuited state in which the welding current flows from one of the electrodes 7, 9 through the contacting connecting surfaces 4, 5 of the two components 1, 2 into one of the other electrodes 7, 9.
  • the melted and then cooling areas go into a material-uniform cohesive connection.
  • a local weld 13 between the two components 1, 2 was created.
  • the adhesive layer 3 in the region of the welded joint 13 has been almost completely displaced.
  • FIG. 3 illustrates the interconnected via the welded joint 13 and the adhesive layer 3 components 1, 2.
  • ß welding core 14 is indicated as an oval.
  • a further welded joint 13 is to be produced in the manner described above at a distance from the welded joint 13.
  • Fig. 4 the result of now two spaced apart welds 13 is shown. Due to the above-described problem by the displacement of the adhesive layer 3, this is now formed diamond-shaped between the two welds 13. As a result, an adhesive gap 15 filled with the adhesive layer 3 is extremely non-uniform with respect to the course of the two connecting surfaces 4, 5 relative to one another.
  • the welding base 16 can also be referred to as a welding hump.
  • the welding base 16 in the present case is formed from the first component 1.
  • the component 1 was partially exposed from its first back 6 to its first connection surface 4 out.
  • a simple electrically conductive contact is made possible, which adjusts itself virtually via a tip 17 of the welding socket 16.
  • the two components 1, 2 must be pressed against each other only with significantly fewer electrodes F during the welding process. Insofar as compared to the conventional resistance welding and significantly larger electrodes 7, 9 can be used, since no punctual introduction of the electrodes force F is required.
  • Fig. 6 shows the result of the welding process. Due to the introduction of the welding current, the welding base 16 went into a molten phase in which the welding core 14 was formed. Here, however, the two components 1, 2 were so far approximated by the electrodes F, that this now with their connecting surfaces 4, 5 lie on each other. The reason for this is the melting of the welding base 16 which was pressed completely together. As can be seen, in addition to the arrangement of the welding base 16 on the first component 1, the adhesive layer 3 on the second connecting surface 5 of the second component was now also used for this purpose 2 applied. The state shown represents the intact adhesive layer 3, wherein the two components 1, 2 are still so far apart that the tip 17 of the welding base 16 has not yet penetrated into the adhesive layer 3.
  • FIG. 8 illustrates the first step of the approach of the two connection surfaces 4, 5 via the electrode force F.
  • the welding base 16 is driven with local displacement of the adhesive layer 3 until it reaches point 17 of the welding base 16 against the second connection surface 5 of the second component 2 is applied. From this point on an electrically conductive contact is now produced and the two connecting surfaces 4, 5 are in contact with the adhesive layer 3 in a planar contact.
  • the transition of the welding base 16 into a molten phase begins in the already described manner.
  • the two connecting surfaces 4, 5 are approximated by the electrode force F locally in the region of the welding base 16.
  • the per se advantageous adhesive bonding has overall disadvantages in obtaining a specifically adjustable adhesive gap 15.
  • the variable courses of the adhesive layer 3 can In this case, areas arise which do not have a sufficiently strong connection via the adhesive layer 3. This is where the invention starts.
  • FIGS. 10 to 19 serves to explain the present invention.
  • FIG. 10 shows an embodiment according to the invention in the region of the welded connection to be produced as a detail on the example of the component 1 in a plan view.
  • the already known in the prior art arrangement of the shit base 16 can be seen.
  • this has an elongate configuration which extends in the manner of a beam over a partial region of the connecting surface 4.
  • a spacer 18 is further arranged on the connecting surface 4.
  • the spacer 18 has an elongated configuration which extends in the manner of a beam over a partial region of the connecting surface 4.
  • welding base 16 and spacers 18 are aligned with each other so that they intersect each other. Welding base 16 and spacers 18 enclose an angle w between them, which in the present case is 90 °.
  • the welding base 16 projects beyond the spacer 18, which in FIG. 1 1 again better clarified.
  • FIG. 1 the inventive arrangement of welding base 16 and spacer 18 of FIG. 1 0 is shown in a longitudinal section of the first component 1 through the spacer 18 therethrough.
  • the welding base 16 projects beyond the spacing 18.
  • the tip 17 of the welding base 16 facing downwards in FIG. 11 is spaced from the first connecting surface 4 by a distance x1.
  • a head portion 19 of the spacer 18 is spaced from the first connection surface 4 by a distance x 2.
  • the distance X1 of the tip 17 from the first connection surface 4 is greater than the distance x2 of the head region 19 from the first connection surface 4.
  • projecting in the sense of the invention means just this ratio of the two previously named distances x1, x2 , FIG.
  • FIG. 12 again shows the first component 1 according to the invention from FIG. 11, which is to be connected to the second component 2 by incorporating the adhesive layer 3.
  • the illustration essentially corresponds to the state already shown in FIG. 8, according to which the tip 17 of the welding base 16 bears against a partial region of the second connecting surface 5 of the second component 2 with local displacement of the adhesive layer 3.
  • the welding current is introduced in a manner not shown via the circuit 10 and in particular via the two electrodes 7, 9.
  • the welding base 16 starting at its tip 17, begins a molten phase.
  • the electrodes are moved towards each other in a manner not shown via the electrode force F, so that the two connecting surfaces 4, 5 are brought closer to one another. This approach takes place until the first component 1 rests on a partial area of the second connection surface 5 of the second component 2 via the spacer 18, as can be seen in FIG. 13.
  • FIG. 13 shows the result of the method according to the invention, according to which, in addition to the adhesive bond via the adhesive layer 3, the welded connection 13 was produced to form the welding core 14. Good to see is the uniform formation of the welding gap between the connecting surfaces 4, 5. In this way, the adhesive layer 3 has a substantially uniform course. In this case, the adhesive layer 3 extends to the welded joint 13, without a wedge-shaped inflow having set by a local deformation of one of the components 1, 2.
  • FIG. 14 shows an alternative embodiment or arrangement of welding base 16 and spacers 18 to each other in a plan view of the first connection surface 4 of the first component 1. In contrast to the embodiment of FIG. 10, these are not arranged at an angle w, but run parallel to one another. In their parallel arrangement, welding socket 16 and spacers 18 are spaced from each other. In this case, welding base 16 and spacer 18 are also bar-shaped. With reference to the illustration of FIG. 14, in the present case, the welding base 16 is arranged on the right, while the spacer 18 is located on the left of the fucking base 16.
  • FIG. 15 shows the alternative arrangement of welding base 16 and spacer 18 of FIG. 14 in a section through it as well as the first component 1. As can already be seen, the welding base 16 projects beyond the spacer 18.
  • FIG. 16 shows the state of the welding base 16 which is applied with its tip 17 to a partial region of the second connecting surface 5 of the second component 2. This corresponds largely to the illustration in FIG. 12, only with the alternative arrangement of welding base 16 and spacer 18. It can also be clearly recognized here that the electrically conductive contact necessary for the subsequent welding process is given only via the tip 17 of the welding base 16, while the spacer 18 is initially spaced with its head portion 19 from the second interface 5.
  • FIG. 17 shows the result of the welding process, which essentially corresponds to that of the result in FIG. 13.
  • the approach of the two connecting surfaces 4, 5 was also stopped by the arrangement of the spacer 18, wherein the welded joint 13 is formed in the region of the welding base 16.
  • the remaining quantity of welding base 16 can be adjusted to the first connecting surface 4 via the difference between its two distances x1, x2.
  • a certain part of the welding base 16 remains with the formation of the welding core 14.
  • the welding base 16 in Fig. 13 is pressed almost completely together.
  • FIG. 18 shows a larger arrangement of two interconnected components 1, 2, which have been welded via a total of four welded connections 13 in the present case.
  • the welding process is shown at a point in time at which the two connecting surfaces 4, 5 have already approached each other, the approaching stopped and the welding cores 14 are formed.
  • this schematic representation of the advantage of the method according to the invention in combination with a large first electrode 7 is to be clarified, especially in a one-sided introduction of the electrodes force F.
  • this reduces the second electrode 9 to a small portion between two welded joints 13, It takes only a contact closure and not the task of an abutment against the electrode force F of the first electrode 7.
  • the two components 1, 2 are supported at their end regions via suitable bearings 20, which apply necessary reaction forces F / 2 to the electrodes force F, to establish a static equilibrium.
  • FIG. 19 shows various alternative embodiments of the inventive arrangement of welding base 16 and spacers 18 in a schematic plan view. In the present case, a total of four variants are shown simultaneously. For the purposes of the invention, however, the arrangement possibilities are not reduced to those shown here, but also include other meaningful and, as a result, equivalent forms.
  • FIG. 19 a variant is shown on the far left, which has already been described in connection with FIGS. 10 to 13.
  • welding base 16 and spacers 18 intersect, enclosing the angle w between them. This is presently also 90 °, as already shown in Fig. 10.
  • the welding base 16 has been formed as a beam as before.
  • the spacer 18 has a punctiform configuration.
  • the diameter of the spacer 18 substantially corresponds to the cross-sectional width of the bar-shaped welding base 16.
  • a total of two spacers 18 are combined with a welding base 16 in this embodiment.
  • the point-shaped spacers 18 are arranged next to the longitudinal sides of the bar-shaped welding base 16 and spaced therefrom. Its position is mirrored with respect to the longitudinal direction of the bar-shaped welding base 16.
  • FIG. 19 On the right-hand side in FIG. 19, an embodiment is shown, which in each case comprises two welding pedestals 16 and two spacers 18. These are arranged around an imaginary center and curved around it flatly. In this way, spacers 18 and welding base 16 together form a circular arrangement which is interrupted in the respective changes between spacer 18 and welding base 16. In the circumferential direction of this circular arrangement, spacers 18 and welding base 16 each alternate.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verbinden von Bauteilen (1, 2) oder Bauteilbereichensowie eine so hergestellte unlösbare Verbindung. Hierzu werden zwei Verbindungsflächen (4, 5) unter Eingliederung einer Klebeschicht (3) mit den folgenden Schritten bereichsweise miteinander verschweißt: - Anordnen eines Schweißsockels (16) auf einer Verbindungsfläche (4), - Auftragen der Klebeschicht (3) auf eine Verbindungsfläche (5), - Annähern der Verbindungsflächen (4, 5) derart, dass der Schweißsockel (16) an die jeweils andere Verbindungsfläche (5) angelegt wird, - Einleiten von Schweißstrom im Bereich der angelegten Schweißsockels (16). Erfindungsgemäß wird vor dem Annähern der Verbindungsflächen (4, 5) ein Abstandhalter (18) zwischen diesen angeordnet, wobei der Schweißsockel (16) den Abstandhalter (18) überragt. Hierdurch sind die Verbindungsflächen (4, 5) im Bereich des Schweißsockels (16) voneinander beabstandet.

Description

Verfahren zum unlösbaren Verbinden von Bauteilen oder Bauteilbereichen sowie unlösbare Verbindung
Beschreibung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum unlösbaren Verbinden von Bauteilen oder Bauteilbereichen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie eine unlösbare Verbindung nach Anspruch 6.
Schweiß- oder Klebeverbindungen dienen der unlösbaren Verbindung wenigstens zweier Bauteile oder Bauteilbereiche eines einzelnen Bauteils. Ziel ist ein dauerhaftes Zusammenfügen durch deren stoffschlüssige Vereinigung. Bei Schweißverbindungen wird der jeweilige Grundwerkstoff zunächst bereichsweise durch Schweißwärme aufgeschmolzen. Die eigentliche Verbindung bildet sich erst beim Verlassen der schmelzflüssigen Phase durch anschließende Abkühlung aus. Somit können grundsätzlich all jene Werkstoffe miteinander verschweißt werden, welche in eine schmelzflüssige Phase überführbar sind. In Abhängigkeit von dem eingesetzten Schweißverfahren kann der Stoffschluss dabei mit oder ohne einen geeigneten Schweißzusatz erfolgen.
Um die erforderliche Schweißwärme zu erhalten, muss Energie von außen zugeführt werden. Neben der beim Reibschweißen hierfür aufzubringenden Bewegungsenergie kann diese beispielsweise auch über eine geeignete Wärmequelle erzeugt werden. Demgegenüber kann beim Verschweißen metallischer Werkstoffe deren elektrischer Widerstand genutzt werden, um durch die Einleitung von Schweißstrom direkt eine lokale Erwärmung zu erhalten. Insbesondere bei dünnwandigen Elementen, wie beispielsweise bei Karosseriebauteilen, hat sich das Widerstandspunktschweißen etabliert. Dieses erfolgt beispielsweise unter Verwendung einer Schweißzange, mit welcher die zu verbindenden Bleche oder Blechbereiche umgriffen werden. Dabei werden sie von gegenüberliegenden Seiten aus durch Elektroden lokal aufeinandergepresst, bis ein elektrisch leitfähiger Kontakt zwischen den zu verschweißenden Bereichen entsteht. Anschließend fließt der Schweißstrom über die Elektroden durch den lokalen Kontaktbereich, um eine Schweißverbindung auszubilden.
Neben der stoffschlüssigen Verbindung von Bauteilflächen mittels Schweißen werden vielfach auch reine Klebeverfahren eingesetzt. Durch die zwischen den Bauteilflächen vorhandene Klebeschicht wird ebenfalls eine stoffschlüssige Vereinigung erzeugt, welche eine unlösbare Klebeverbindung erzeugt.
Hierzu beschreibt die DE 44 31 991 A1 ein Verfahren zum Verbinden flächiger Bauteile. Die zu verbindenden Bauteilen können aus gleichen oder voneinander unterschiedlichen Werkstoffen bestehen. Insbesondere kann es sich dabei um eisenhaltige und nicht-eisenhaltige Werkstoffe handeln. Die eigentliche Verbindung wird durch den vorherigen Auftrag eines Klebstoffs erreicht, welcher unter Wärmeeinfluss aushärtet. Hierzu wird der Klebstoff großflächig auf wenigstens eine Anlagefläche der zu verbindenden Bauteile aufgetragen. Anschließend werden die Bauteile mit ihren Anlageflächen aufeinandergelegt. Im ersten Schritt erfolgt eine nur punktuelle Klebeverbindung zwischen den Bauteilen. Hierzu werden zunächst nur Teilbereiche der mit Klebstoff versehenen Anlageflächen erwärmt. Auf diese Weise wird der Klebstoff lokal ausgehärtet, um eine zunächst ausreichend tragfähige Verbindung bzw. Fixierung zwischen den Bauteilen zu erhalten. Anschließend werden die Bauteile einer längeren Wärmeeinwirkung zugeführt, um den restlichen Klebstoff bis zur Endfestigkeit der Verbindung auszuhärten. Auf diese Weise ist eine möglichst schnelle Vor-Fixierung der zu verbindenden Bauteile ermöglicht, während die abschließende durchgehende Verfestigung in einem nachfolgenden Prozess erfolgt. So kann die abschließende Wärmeeinwirkung beispielsweise im Rahmen einer Aushärtung eines aufgetragenen Lackes in einem Härteofen erfolgen. Hierdurch ergibt sich ein entsprechend effizienter Einsatz der erforderlichen Zeit sowie Energie. Auf dem konventionellen Widerstandspunktschweißen aufbauend, ist auch der Einsatz einer zusätzlichen Klebstoffschicht zwischen den zu verbindenden Bauteilbereichen bekannt. Über die Klebstoffschicht wird eine zusätzliche stoffschlüssige Verbindung zwischen den Bauteilbereichen geschaffen. Der Vorteil dieses als Klebschweißen benannten Verfahrens liegt in der Herstellung einer hoch belastbaren Verbindung. Dies liegt insbesondere darin begründet, dass sich hierdurch die zur Kraftübertragung dienende Verbindungsfläche über den Schweißbereich hinaus bis zur Größe der Klebstoffschicht ausdehnen lässt. Die im Zusammenhang mit Klebschweißen bekannten Probleme liegen in der Herstellung der Schweißverbindung selbst. So stellt die Klebstoffschicht zunächst ein anfängliches Hindernis dar, um einen ausreichenden, elektrisch leitfähigen Kontakt zwischen den Stoßflächen der zu verbindenden Bauteilbereichen herzustellen. Dies liegt unter anderem darin begründet, dass es sich beispielsweise bei dem in der Automobilindustrie eingesetzten Kleber um einen Nichtleiter handelt. Folglich muss die Klebstoffschicht im miteinander zu verschweißenden Verbindungsbereich entweder ausgespart oder verdrängt werden. Da es sich hierbei um hoch viskose und somit dickflüssige Kleber handelt, sind entsprechend hohe Kräfte notwendig, um die zu verbindenden Bauteilbereiche unter Verdrängung des Klebers aufeinander zu pressen. Da die hierfür erforderlichen Druckkräfte über Elektroden aufgebracht werden, weisen diese einen entsprechend hohen Verschleiß auf. Überdies sind hohe Druckkräfte insbesondere dann nicht geeignet, wenn diese ohne ausreichendes Gegenlager von nur einer Seite aus aufgebracht werden müssen. Eine unzureichende Verdrängung des Klebers führt letztlich zu unerwünschten Schweißfehlern. Zudem sind viele der eingesetzten Kleber nur unter Zuhilfenahme eines zusätzlichen Nebenanschlussstromkreises lokal verdrängbar. Dieser dient der temporären Vorerwärmung des Klebers, um dessen Viskosität herabzusetzen. Allerdings wird die Prozesssicherheit des Klebschweißens durch den Einsatz eines zusätzlichen Nebenanschlussstromkreises reduziert. Aufgrund der beim Klebschweißen typischen Wechsel zwischen miteinander verklebten und verschweißten Bereichen ist der so entstehende Klebespalt uneinheitlich. Zudem weist dieser in den Schweißbereichen keinerlei Abstand mehr zwischen den miteinander verbundenen Bauteilbereichen auf. Infolgedessen variiert die Dicke der Klebstoffschicht über die Verbindungsfläche hinweg. Insgesamt ist der Klebespalt somit nicht einstellbar.
Um eine Einstellbarkeit des Klebespalts zu erreichen, ist ferner das Buckelschweißverfahren bekannt. Hierbei wird der zum Schweißen notwendige Kontakt zwischen den zu verbindenden Bauteilflächen über sogenannte Schweißbuckel hergestellt. Bei einem Schweißbuckel handelt es sich zumeist um eine in mindestens ein dünnwandiges Bauteil eingeprägte Deformation. Während hierdurch auf einer Seite des Bauteils eine Vertiefung entsteht, weist die gegenüberliegende Seite die erforderliche Erhebung in Form eines Buckels auf. Das Verschweißen der so konfektionierten Bauteilflächen erfolgt ebenfalls über Elektroden. Diese können Bestandteil einer Schweißzange sein, wie sie auch im konventionellen Widerstandspunktschweißen oder Klebschweißen eingesetzt werden.
Aufgrund der über den Schweißbuckel vorgegebenen Größe der Kontaktfläche ist die so erreichbare elektrische Stromdichte unabhängig von der Größe der Elektroden. Mit anderen Worten müssen hierbei nicht dünn zulaufende und somit schnell verschleißende Elektroden eingesetzt werden, um einen begrenzten Kontaktbereich zu erhalten. Folglich ist beim Buckelschweißverfahren die Verwendung flacher Elektroden möglich, welche einen entsprechend geringeren Elektrodenverschleiß besitzen. In diesem Zusammenhang sind Verfahren bekannt, welche das besagte Buckelschweißverfahren mit dem Einsatz einer Klebeschicht kombinieren. Die DE 33 26 612 A1 beschreibt hierzu ein Verfahren zum Verbinden zweier Platten aus Metall mittels eines Widerstandspunktschweißes. Vor dem eigentlichen Verschweißen wird zunächst eine buckeiförmige Deformation in eine erste Platte eingeprägt. Der Buckel ist dazu vorgesehen, den zum Schweißen notwendigen elektrisch leitfähigen Kontakt zu einer zweiten Platte herzustellen. Zur Verbesserung der herzustellenden Verbindung wird wenigstens eine der beiden Platten im Deformationsbereich mit einer Klebstoffschicht versehen. Die Klebstoffschicht wird dabei auf der Seite der Platte aufgetragen, welche eine Erhebung im Deformationsbereich aufweist. Anschließend wird die erste Platte mit ihrer Erhebung an einen Anlagebereich der zweiten Platte angelegt und in die Klebstoffschicht sowie die zweite Platte eingepresst. Durch das Anlegen von Elektroden im Deformationsbereich wird letztlich ein Schweißstrom an die Platten angelegt, welcher von der einen Platte durch die Erhebung in die andere Platte fließt. Im Ergebnis wird das Metall der Platten lokal im Deformationsbereich aufgeschmolzen, wodurch eine stoffschlüssige Verbindung entsteht. Der Stoffschluss setzt sich folglich aus der Schweißverbindung und der Klebeverbindung zusammen.
Die Kombination des Buckelschweißverfahrens zusammen mit der Anordnung einer Klebeschicht bietet bereits viele Vorteile. Durch die vorhandenen Ausprägung des Schweißbuckels ist die Klebeschicht deutlich leichter lokal verdrängbar, da die über die Elektroden einleitbare Druckkraft auf eine nur geringe Fläche verteilt wird. Die so erreichbare hohe Druckspannung unterhalb des Schweißbuckels führt wiederum dazu, dass die erforderliche Druckkraft insgesamt reduziert werden kann. Aufgrund der einfachen lokalen Verdrängbarkeit der Klebeschicht ist ein verbesserter elektrisch leitfähiger Kontakt erreichbar. Zudem entfällt die mitunter erforderliche Anordnung eines Nebenanschlussstromkreises, so dass die Prozesssicherheit insgesamt erhöht ist. Gleichwohl ist auch hierbei der Verlauf des Klebespalts nicht einstellbar. So startet der Schmelzprozess während des Schweißvorgangs zunächst an der Spitze des Schweißbuckels und leitet das Wachstum eines Schweißkerns ein. Dabei geht der Schweißbuckel vollständig in die schmelzflüssige Phase über. Im Ergebnis ist die anfängliche Erhebung des Schweißbuckels nach dem Verschweißen zusammengedrückt und somit nicht mehr vorhanden. Hierdurch liegen die miteinander verbundenen Bauteilflächen auch weiterhin flach aufeinander.
Somit bieten die bekannten Schweißverfahren und die damit erzeugbaren Schweißverbindungen durchaus noch Raum für Verbesserungen.
Vor diesem Hintergrund liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum unlösbaren Verbinden von Bauteilen oder Bauteilbereichen dahingehend zu verbessern, dass eine kombinierte Verbindung aus Schweißen und Kleben prozesssicher realisierbar ist, wobei der notwendige Klebespalt einstellbar ist. Weiterhin soll eine verbesserte unlösbare Verbindung aufgezeigt werden, welche sich aus einer Kombination von Schweißung und Klebung zusammensetzt, wobei der notwendige Klebespalt auch im Bereich der Schweißung ausgebildet ist. Die Lösung des verfahrensmäßigen Teils dieser Aufgabe ist Inhalt des Verfahrens mit den Merkmalen des Anspruchs 1 . Der gegenständliche Teil dieser Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 6 gelöst. Weitere, besonders vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung offenbaren die jeweiligen Unteransprüche.
Es ist darauf hinzuweisen, dass die in der nachfolgenden Beschreibung einzeln aufgeführten Merkmale in beliebiger, technisch sinnvoller Weise miteinander kombiniert werden können und weitere Ausgestaltungen der Erfindung aufzeigen. Die Beschreibung charakterisiert und spezifiziert die Erfindung insbesondere im Zusammenhang mit den Figuren zusätzlich.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren zum unlösbaren Verbinden von Bauteilen oder Bauteilbereichen werden zwei Verbindungsflächen unter Eingliederung einer Klebeschicht zumindest bereichsweise miteinander verschweißt. Hierzu sind die folgenden Schritte angedacht:
- Anordnen eines Schweißsockels auf einer Verbindungsfläche,
- Auftragen der Klebeschicht auf eine Verbindungsfläche,
- Annähern der Verbindungsflächen, wobei der Schweißsockel an die jeweils andere Verbindungsfläche angelegt wird und
- Einleiten von Schweißstrom im Bereich des angelegten Schweißsockels.
Es ist zu erwähnen, dass das Anordnen des wenigstens einen Schweißsockels sowohl vor als auch nach dem Auftragen der Klebeschicht erfolgen kann. Demgemäß kann das Auftragen der Klebeschicht vor oder nach dem Anordnen des wenigstens einen Schweißsockels durchgeführt werden. Selbstverständlich ist auch ein paralleles Vorgehen durch gleichzeitiges Anordnen von Schweißsockel und Auftragen der Klebeschicht denkbar. Bevorzugt erfolgt das Auftragen der Klebeschicht erst nachdem der wenigstens eine Schweißsockel auf einer der Verbindungsflächen angeordnet ist.
In Bezug auf den angedachten Aufbau der Verbindung können Schweißsockel und Klebeschicht gemeinsam auf ein und derselben Verbindungsfläche angeordnet sowie aufgetragen werden. Demgegenüber kann der wenigstens eine Schweißsockel auf einer ersten Verbindungsfläche angeordnet werden, während die Klebeschicht auf eine zweite und somit auf der entsprechend anderen Verbindungsfläche aufgetragen wird. Bevorzugt werden Klebeschicht und Schweißsockel auf jeweils unterschiedlichen Verbindungsflächen angeordnet. Hierdurch erfolgt das Annähern der beiden so vorkonfektionierten Verbindungsflächen derart, dass der Schweißsockel unter lokaler Verdrängung der Klebeschicht an die jeweils andere Verbindungsfläche angelegt wird. Die Anlage des Schweißsockels an die gegenüberliegende Verbindungsfläche dient dabei der Herstellung eines elektrisch leitfähigen Kontakts, um das mit der Einleitung von Schweißstrom verwendete Widerstandsschweißen überhaupt durchführen zu können.
Erfindungsgemäß wird vor dem Annähern der miteinander unlösbar zu verbindenden Verbindungsflächen ein Abstandhalter zwischen diesen angeordnet. Hierbei ist darauf zu achten, dass der Schweißsockel den Abstandhalter überragt. Mit anderen Worten ist die sich zwischen den angenäherten Verbindungsflächen erstreckende Ausdehnung des Abstandhalters so zu wählen, dass im Zustand des bereits angelegten Schweißsockels ein Abstand zwischen Abstandhalter und wenigstens einer Verbindungsfläche verbleibt.
Der besondere Vorteil besteht hierbei in der zusätzlichen Anordnung des Abstandhalters. Durch diesen wird der verbleibende Abstand zwischen den aufeinander liegenden und im Zuge des Schweißvorgangs im Bereich des Schweißsockels aufeinander gepressten Verbindungsflächen kontrollierbar. In bekannter Weise startet auch hier der durch das Einleiten des Schweißstroms beginnende Schmelzprozess des Schweißsockels zunächst an dessen Spitze. Während des hierdurch eingeleiteten Wachstums eines Schweißkerns geht der Schweißbuckel auch hierbei vollständig in die schmelzflüssige Phase über. Allerdings ist es aufgrund des erfindungsgemäßen Abstandhalters nun nicht mehr möglich, den Schweißbuckel vollständig zusammen zu drücken. Ein Annähern der Verbindungsflächen ist somit nur noch bis zu dem Moment möglich, in dem der Abstandhalter ein weiteres Zusammendrücken blockiert. Im Ergebnis kann es folglich nicht mehr passieren, dass die Verbindungsflächen flach aufeinander liegen. Der Abstandhalter selbst wird nicht aufgeschmolzen. Dank des problemlos realisierbaren Anlegens des Schweißbuckels an die jeweils andere Verbindungsfläche ist ein ausreichender elektrisch leitfähiger Kontakt gegeben. Somit ist vorliegend keine Anordnung eines Nebenanschlussstromkreises notwendig, wodurch die geforderte Prozesssicherheit gegeben ist. Überdies ergibt sich der verbleibende Klebespalt zwischen den Verbindungsflächen nun nicht mehr unkontrolliert. Hierzu ist der sich anfänglich einstellende Abstand zwischen Abstandhalter und Verbindungsfläche oder Verbindungsflächen durch die Ausgestaltung des Abstandhalters zu definieren. Auf diese Weise kann der während des Verbindungsprozesses und insbesondere während des Schweißvorgangs verbleibende Klebespalt zwischen den Verbindungsflächen eingestellt werden. Die zum Einstellen des Klebespalts notwendige Größe ist folglich das Maß, um welches der Schweißsockel den Abstandhalter überragt bzw. der Abstandhalter die Höhe des Schweißsockels unterschreitet. Besagtes Maß steht für die Differenz, um welche die Verbindungsflächen während des Schweißvorgangs im Bereich des Schweißsockels weiter angenähert werden können.
Die Anordnung des Schweißsockels erlaubt den Einsatz größer Elektroden. Je nach Anforderung können hierbei auch Elektroden eingesetzt werden, die aufgrund ihrer flächigen Ausdehnung geeignet sind, zwei oder mehr Schweißsockel in einem einzelnen Vorgang zu verschweißen. Durch die nur geringen erforderlichen Anpresskräfte für das Anlegen des Schweißbuckels eignet sich das vorgestellte Verfahren auch für das Verschweißen mit einseitig aufgelegten Elektroden. Insbesondere beim gleichzeitigen Verschweißen von zwei oder mehr Schweißsockeln kann der benötigte Kurzschluss des Schweißstroms über die Schweißsockel erfolgen. Durch den Einsatz großer, insbesondere flacher Elektroden ergibt sich der vorteilhafte Nebeneffekt, dass die Klebeschicht im Klebespalt zwischen mehreren Schweißsockeln während des Schweißprozesses über die Elektroden komprimiert werden kann. Hierdurch wird eine im hohen Maße prozesssichere unlösbare Verbindung realisiert. Weiterhin bewirkt der Einsatz großer Elektroden einen nur geringen Elektrodenverschleiß. Insbesondere im Zusammenhang mit hohen Schweißströmen, wie beispielsweise beim Verschweißen von Bauteilen oder Bauteilflächen aus Aluminium, ergibt sich beim Einsatz großer Elektroden deren lange Nutzbarkeit aufgrund des verringerten Verschleißes. Durch die Wahl eines geeigneten Abstandhalters kann der Klebespalt nun gezielt eingestellt werden und insbesondere an die Anforderungen des verwendeten Klebemittels angepasst werden. Bei dem für den Abstandhalter verwendeten Werkstoff kann es sich um einen elektrisch leitfähigen oder um einen elektrisch nicht leitfähigen Werkstoff handeln. Bevorzugt wird der Abstandhalter durch einen elektrisch leitfähigen Werkstoff gebildet oder weist zumindest einen solchen auf. Zu Beginn des Schweißprozesses weist der Abstandhalter zu wenigstens einer der Verbindungsflächen keinen physikalischen Kontakt auf. Durch den zu Beginn des Schweißprozesses somit fehlenden elektrisch leitfähigen Kontakt geht der Abstandhalter folglich auch nicht in eine schmelzflüssige Phase über. Aufgrund der somit auch während des Schweißvorgangs vorhandenen Festigkeit des Abstandhalters ist ein kontrollierter Stopp einer weiteren Annäherung der Verbindungsflächen gegeben.
Weiterhin kann beim Stoppen einer weiteren Annäherung der Verbindungsflächen gleichzeitig der Schweißvorgang gestoppt werden. Ursächlich hierfür ist die in diesem Moment eintretende augenblickliche Zunahme der elektrisch leitfähigen Fläche, welche sich beim Kontakt des Abstandhalters mit den Verbindungsflächen ergibt. Besagte Fläche setzt sich in diesem Moment zumindest aus einem Teil des Abstandhalters und des Schweißsockels zusammen. Durch die sofortige Flächenvergrößerung nimmt die Stromdichte des eingeleiteten Schweißstroms schlagartig ab, so dass der Schweißprozess augenblicklich zum Erliegen kommt. Im Rahmen der Erfindung ist denkbar, dass der Schweißsockel und/oder der Abstandhalter als von den Verbindungsflächen zunächst unabhängige Elemente vorliegen. So kann der Schweißsockel beispielsweise über eine Klebe-, Schraub-, Steck- oder Schweißverbindung stoff-, form- und/oder kraftschlüssig an einer der Verbindungsflächen angeordnet werden. Im Falle einer Klebeverbindung kann der Schweißsockel beispielsweise im Rahmen des Auftragens der Klebeschicht über diese an einer der Verbindungsflächen angeordnet werden. Die zuvor erwähnten Verbindungsarten gelten für die Anordnung des Abstandhalters entsprechend. In einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass der Schweißsockel als Erhebung aus der zugehörigen Verbindungsfläche heraus geprägt wird. Alternativ oder ergänzend hierzu kann auch der Abstandhalter als Erhebung aus der zugehörigen Verbindungsfläche heraus geprägt werden. Hierdurch kann es sich bei dem Schweißsockel und/oder dem Abstandhalter um einen materialeinheitlich einstückigen Bestandteil der miteinander zu verbindenden Bauteile oder Bauteilflächen handeln.
Der sich hieraus ergebende Vorteil liegt in der überaus einfachen Herstellung des Schweißsockels und/oder des Abstandhalters. Insbesondere dünnwandige Bauteile oder Bauteilflächen weisen eine leichte Umformbarkeit im vorliegenden Sinne auf. So können/kann der Schweißsockel und/oder der Abstandhalter in vorteilhafter Weise von einer der jeweiligen Verbindungsfläche abgewandten Rückseite des jeweiligen Bauteils oder der jeweiligen Bauteilfläche aus als in diese hinein gerichtete Auswölbung oder Erhebung ausgebildet werden. Im Ergebnis wird der so verdrängte Teilbereich des Bauteils oder der Bauteilfläche über die Verbindungsfläche hinaus als Schweißsockel und/oder als Abstandhalter ausgestellt. Je nach Dicke des verwendeten Materials in dem besagten Teilbereich können so überaus präzise Ausgestaltungen des Schweißsockels und/oder Abstandhalters hergestellt werden.
Wie zuvor bereits im Zusammenhang mit der Anordnung des Schweißsockels aufgezeigt, kann selbstverständlich auch der Abstandhalter zusammen mit der Klebeschicht auf eine der Verbindungsflächen aufgetragen werden. Denkbar wäre hierbei eine Integration des Abstandhalters in der an sich formlosen Masse des Klebemittels, welcher dann gleichzeitig mit dem Auftragen der Klebeschicht auf der entsprechenden Verbindungsfläche angeordnet wird. Demgegenüber kann der Abstandhalter auch erst nach dem Auftragen der Klebeschicht gezielt angeordnet werden. Dabei verbleibt der Abstandhalter aufgrund der Hafteigenschaften der Klebeschicht an dem erforderlichen Bereich der Verbindungsfläche.
Auf diese Weise kann der Abstandhalter aus einem von dem Bauteil oder Bauteilbereich abweichenden Werkstoff gebildet sein. Denkbar wären hierbei nicht leitende Werkstoffe oder aber solche, welche beispielsweise elastisch ausgebildet sind. Um dennoch den notwendigen Stopp in der Annäherung der Verbindungsflächen durch den so ausgebildeten Abstandhalter zu erhalten, kann dessen Nachgiebigkeit beispielsweise progressiv eingestellt sein. Hierdurch würde sich dessen Widerstand gegenüber seinem elastischen Verhalten mit zunehmender Verformung erhöhen, bis die Annäherung gestoppt ist. Weiterhin denkbar wäre auch die Verwendung eines zunächst festen aber aufschmelzbaren Klebemittels als Abstandhalter. Auf diese Weise kann ein anfänglicher Stopp der in Rede stehenden Annäherung während des Schweißprozesses erfolgen, wobei der so ausgebildete Abstandhalter in einer anschließenden Wärmebehandlung aufschmelzen kann. Dies ist insbesondere dann interessant, wenn die verwendete Klebeschicht durch eine solche Wärmebehandlung ausgehärtet wird.
In Bezug auf die Lage von Abstandhalter und Schweißsockel zueinander sieht eine Maßnahme der Erfindung vor, dass diese voneinander beabstandet angeordnet werden können. Hierdurch ließe sich im Wesentlichen sicherstellen, dass der in die schmelzflüssige Phase übergehende Schweißsockel während des Schweißprozesses keinen Einfluss auf den Abstandhalter ausübt. So kann auf diese Weise gezielt verhindert werden, dass der Abstandhalter während des Schweißprozesses ebenfalls zumindest teilweise in eine schmelzflüssige Phase übergeht oder zumindest geschwächt wird. Überdies können durch die voneinander beabstandete Anordnung gezielt solche Bereiche zwischen den Verbindungsflächen durch den Abstandhalter unterstützt werden, welche ansonsten eine zu große Annäherung der Verbindungsflächen erfahren könnten. Derartige Ausgestaltungen können beispielsweise bei räumlich geformten Bauteilen oder Bauteilflächen notwendig sein, um eine kontrollierte Endlage der Verbindungsbereiche zueinander zu erreichen. Hierdurch wird in vorteilhafter Weise ein im Wesentlichen gleichmäßiger Klebespalt ausgebildet.
Als bevorzugte alternative Ausgestaltung können der Abstandhalter und der Schweißsockel selbstverständlich auch zusammen als eine Einheit auf einer der Verbindungsflächen angeordnet werden. Einheit im Sinne der Erfindung meint, dass deren jeweiligen Formen und/oder Konturen ineinander übergehen. Der besondere Vorteil besteht hierbei in der einfachen gemeinsamen Anordnung von Schweißsockel und Abstandhalter in einem einzelnen Arbeitsgang. Insbesondere dann, wenn Schweißsockel und Abstandhalter aus einer der Verbindungsflächen heraus geprägt werden, könne diese dann gemeinsam mit einem einzelnen Umform Werkzeug, insbesondere mit einem entsprechenden Prägestempel erzeugt werden. Durch die unmittelbare Nähe von Abstandhalter und Schweißsockel ergibt zudem in vorteilhafter Weise genau da ein gezielter Stopp der Annäherung, wo eine Krafteinleitung während des Schweißprozesses erfolgt. Hierdurch wird eine prozesssichere und präzise Ausbildung des über den Abstandhalter einzustellenden Klebespalts ermöglicht.
Je nach Anforderung und Ausgestaltung der zu verbindenden Bauteile oder Bauteilflächen kann auch eine Kombination der zuvor aufgezeigten Lagemöglichkeiten von Schweißsockel und Abstandhalter zueinander vorteilhaft sein. Hierbei wären Schweißsockel und Abstandhalter in einigen Bereichen als Einheit angeordnet, während in anderen Bereichen eine Beabstandung von Schweißsockel und Abstandhalter vorläge.
Das zuvor erläuterte Verfahren zum unlösbaren Verbinden von Bauteilen oder Bauteilbereichen stellt eine überaus vorteilhafte Möglichkeit dar, neben einer prozesssicheren Verbindung eine präzise Einstellbarkeit des Klebespalts zu erreichen. Durch die Anordnung des Abstandhalters wird dabei sichergestellt, dass der ansonsten unzugängliche Klebespalt zwischen den Verbindungsflächen genau den Verlauf aufweist, welcher ein Höchstmaß an Festigkeit für die flächige Verklebung durch die Klebeschicht ermöglicht. Ein flaches Aufeinanderdrücken der Verbindungsflächen im Bereich des Schweißsockels gehört damit der Vergangenheit an. Durch die im Wesentlichen gleichmäßige Ausgestaltung des sich ergebenden Klebespalts ist das Risiko, dass die Verbindung aufgrund einer zu geringen oder nicht vorhandenen Dicke der Klebeschicht nicht durchgängig ausreichend tragfähig ist, ausgeräumt.
Die Erfindung sieht ferner eine durch das vorstehend beschriebene Verfahren hergestellte unlösbare Verbindung zwischen zwei Bauteilen oder Bauteilbereichen vor. Hierbei sind zwei Verbindungsflächen unter Eingliederung einer Klebeschicht über einen auf einer Verbindungsfläche angeordneten Schweißsockel durch Widerstandsschweißen miteinander verschweißt. Erfindungsgemäß ist zwischen den Verbindungsflächen ein Abstandhalter angeordnet. Als wesentlich ist dabei zu nennen, dass die Verbindungsflächen im Bereich des Schweißsockels voneinander beabstandet sind. Mit anderen Worten weisen die Verbindungsflächen auch im Bereich des verschweißten Schweißsockels einen Klebespalt zwischen sich auf, welcher in seiner Dicke im Wesentlichen dem restlichen Klebespalt entspricht.
Die sich hieraus ergebenden Vorteile wurden bereits im Rahmen des vorgestellten Verfahrens erläutert, so dass an dieser Stelle auf die entsprechenden Ausführungen innerhalb der vorliegenden Beschreibung verwiesen wird. Dies gilt im Übrigen auch für die nachfolgenden Erläuterungen in Bezug auf den gegenständlichen Teil der Erfindung.
In einer vorteilhaften Weiterbildung ist vorgesehen, dass der Schweißsockel und/oder der Abstandhalter als Erhebungen/Erhebung aus der zugehörigen Verbindungsfläche heraus geprägt sind/ist. Selbstverständlich kann es sich bei dem Abstandhalter und/oder dem Schweißsockel auch jeweils um ein zusätzliches Element handeln, welches keinen materialeinheitlich einstückigen Bestandteil der zu verbindenden Bauteile oder Bauteilflächen darstellt. Insofern kann insbesondere der Abstandhalter als gesondertes Element auf einer der Verbindungsflächen angeordnet sein.
Im Rahmen der Erfindung ist ferner angedacht, dass der Abstandhalter gegenüber dem Schweißsockel beabstandet angeordnet sein kann. In einer alternativen Ausgestaltung können der Abstandhalter und der Schweißsockel als eine Einheit ausgebildet sein.
Das vorstehend beschriebene erfindungsgemäße Verfahren zum unlösbaren Verbinden von Bauteilen oder Bauteilbereichen sowie die erfindungsgemäße unlösbare Verbindung sind nicht auf die hierin offenbarten Maßnahmen und Ausführungsformen beschränkt, sondern umfassen selbstverständlich auch gleich wirkende weitere Maßnahmen und Ausführungsformen.
Zum bekannten Stand der Technik zeigen: Fig. 1 einen schematische Darstellung eines im Stand der Technik bekannten
Verfahrens zur Widerstandspunktschweißung in Form von Klebschweißen kurz vor der Einleitung des notwendigen Schweißstroms im Schnitt;
Fig. 2 die im Stand der Technik bekannte Widerstandspunktschweißung aus
Fig. 1 nach beendetem Schweißprozess in selber Darstellungsweise;
Fig. 3 das Ergebnis der im Stand der Technik bekannten
Widerstandspunktschweißung aus Fig. 2 kurz vor der Durchführung einer weiteren Widerstandspunktschweißung in selber Darstellungsweise;
Fig. 4 das Ergebnis der beiden im Stand der Technik bekannten
Widerstandspunktschweißungen aus Fig. 3 nach beendetem Schweißprozess in selber Darstellungsweise;
Fig. 5 einen schematische Darstellung eines im Stand der Technik bekannten konventionellen Buckelschweißverfahrens kurz vor der Einleitung des notwendigen Schweißstroms im Schnitt;
Fig. 6 das Ergebnis des im Stand der Technik bekannten
Buckelschweißverfahrens aus Fig. 5 nach beendetem Schweißprozess in selber Darstellungsweise;
Fig. 7 einen schematische Darstellung eines im Stand der Technik bekannten
Verfahrens zum Buckelschweißen in Form von Klebschweißen kurz vor der Annäherung der zu verbindenden Bauteile im Schnitt;
Fig. 8 das im Stand der Technik bekannten Verfahren zum Klebschweißen aus Fig. 7 kurz vor der Einleitung des notwendigen Schweißstroms im Schnitt, und Fig. 9 das Ergebnis des im Stand der Technik bekannten Verfahrens zum Klebschweißen aus den Fig. 7 und 8 nach beendetem Schweißprozess in selber Darstellungsweise
Weitere vorteilhafte Einzelheiten und Wirkungen der Erfindung sind im Folgenden anhand von in den nachfolgenden Figuren dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 10 einen schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen
Schweißsockels in Kombination mit einem erfindungsgemäßen Abstandhalter in einer Aufsicht;
Fig. 1 1 die erfindungsgemäße Kombination von Schweißsockel und
Abstandhalter aus Fig. 10 in einem Schnitt;
Fig. 12 einen schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Verbinden von Bauteilen oder Bauteilflächen unter Einsatz der Kombination aus den Fig. 10 und 1 1 während der Annäherung im Schnitt;
Fig. 13 das Ergebnis des erfindungsgemäßen Verfahrens aus den Fig. 10 bis
12 nach beendetem Schweißprozess in selber Darstellungsweise;
Fig. 14 einen schematische Darstellung einer gegenüber Fig. 10 alternativen erfindungsgemäßen Kombination aus Schweißsockel und Abstandhalter in einer Aufsicht;
Fig. 15 die erfindungsgemäße alternative Kombination von Schweißsockel und
Abstandhalter aus Fig. 14 in einem Schnitt;
Fig. 16 einen schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Verbinden von Bauteilen oder Bauteilflächen unter Einsatz der Kombination aus den Fig. 14 und 15 während der Annäherung im Schnitt; Fig. 17 das Ergebnis des erfindungsgemäßen Verfahrens aus den Fig. 14 bis 16 nach beendetem Schweißprozess in selber Darstellungsweise; Fig. 18 das Ergebnis des erfindungsgemäßen Verfahrens aus den Fig. 10 bis
13 unter Einsatz einer großen Elektrode nach beendetem Schweißprozess in selber Darstellungsweise sowie
Fig. 19 eine Auswahl schematisch dargestellter erfindungsgemäßer
Kombinationen aus Schweißsockel und Abstandhalter in einer Aufsicht.
Die nachfolgenden Beschreibungen zu den Fig. 1 bis 9 beziehen sich auf aus dem Stand der Technik bekannte Schweißverfahren. Die zugehörigen Erläuterungen dienen dem Aufzeigen der damit einhergehenden Nachteile in Bezug auf das Verbinden zweier Bauteile. Hierdurch soll ein besseres Verständnis für das erfindungsgemäße Verfahren sowie die so herstellbare erfindungsgemäße unlösbare Verbindung geschaffen werden.
Fig. 1 zeigt zunächst den Stand der Technik für ein bekanntes Verfahren zur Widerstandspunktschweißung in Form eines Klebschweißens. Vorliegend sollen ein erstes Bauteil 1 und ein zweites Bauteil 2 unter Eingliederung einer Klebeschicht 3 bereichsweise miteinander verschweißt werden.
Zuvor wurde die Klebeschicht 3 in nicht näher dargestellter Weise wenigstens auf eine erste Verbindungsfläche 4 des ersten Bauteils 1 oder auf eine zweite Verbindungsfläche 5 des zweiten Bauteils 2 aufgetragen. Selbstverständlich kann die Klebeschicht 3 auch auf beiden Verbindungsflächen 4, 5 aufgetragen sein. Anschließend wurden die beiden Bauteile 1 , 2 aufeinander gelegt, wie in Fig. 1 im Ergebnis ersichtlich. Während die beiden Verbindungsflächen 4, 5 in nicht dargestellter Weise einander angenähert wurden, konnte sich ein flächiger Kontakt der Klebeschicht 3 zu diesen einstellen.
Um nun eine lokale Schweißstelle zu erhalten, werden an eine der ersten Verbindungsfläche 4 abgewandten ersten Rückseite 6 des ersten Bauteils 1 eine erste Elektrode 7 und an eine der zweiten Verbindungsfläche 5 abgewandten zweiten Rückseite 8 des ersten Bauteils 1 eine zweite Elektrode 9 angelegt. Dabei liegen sich die beiden Elektroden 7, 9 unmittelbar gegenüber. Die Elektroden 7, 9 sind dafür vorgesehen, einen Schweißstrom durch die beiden Bauteile 1 , 2 hindurch zu leiten. Hierzu sind die beiden Bauteile 1 , 2 aus einem elektrisch leitenden Werkstoff gebildet. Um den Schweißstrom über die Elektroden 7, 9 einleiten zu können, sind diese an einen Stromkreis 10 angeschlossen. Hierfür sind die beiden Elektroden 7, 9 über physikalische Leitungen 1 1 an eine Stromquelle 12 angeschlossen.
Der eigentliche Schweißvorgang erfolgt über einen hier nicht dargestellten Kurzschluss des Stromkreises 10. Vorliegend ist der Stromkreis 10 geöffnet, wie durch die Symbolik der Leitungen 1 1 zwischen den beiden Elektroden 7, 9 verdeutlicht. Der Kurzschluss und somit das Schließen des Stromkreises 10 erfolgt über ein in Fig. 2 dargestelltes Annähern der beiden Verbindungsflächen 4, 5 durch deren lokales Zusammenpressen über die sich aufeinander zu bewegenden Elektroden 7, 9. Diese Bewegung erfolgt so lange, bis die Verbindungsflächen 4, 5 bereichsweise aufeinander liegen und so einen lokalen, elektrisch leitfähigen Kontakt zwischen sich aufweisen. Hierzu sind hohe Elektrodenkräfte F notwendig, um die Klebeschicht 3 im Bereich zwischen den beiden Elektroden 7, 9 zu verdrängen.
Fig. 2 zeigt nun den kurzgeschlossenen Zustand, in welchem der Schweißstrom von einer der Elektroden 7, 9 durch die sich berührenden Verbindungsflächen 4, 5 der beiden Bauteile 1 , 2 hindurch in eine der anderen Elektroden 7, 9 fließt. Hierdurch kommt es zu einer lokalen Erwärmung, durch welche die sich berührenden Verbindungsflächen 4, 5 bereichsweise aufgeschmolzen werden. Nach dem Abschalten des Schweißstroms gehen die aufgeschmolzenen und sich anschließend abkühlenden Bereiche in eine materialeinheitliche stoffschlüssige Verbindung über. Hierdurch wurde eine lokale Schweißverbindung 13 zwischen den beiden Bauteilen 1 , 2 geschaffen. Wie zu erkennen, wurde die Klebeschicht 3 im Bereich der Schweißverbindung 13 nahezu vollständig verdrängt. Aufgrund der dabei entstandenen Deformation der Bauteile 1 , 2 gegenüber der umliegend verbliebenen Klebeschicht 3 ist eine Art Krater entstanden, so dass sich die Klebeschicht 3 in ihrem Verlauf keilförmig zu der Schweißverbindung 13 hin verjüngt. Fig. 3 stellt die über die Schweißverbindung 13 und die Klebeschicht 3 miteinander verbundenen Bauteile 1 , 2 dar. Innerhalb der Schweißverbindung 13 ist ein sich beim Schwei ßprozess ausbildende Schweißkern 14 als Oval angedeutet. Vorliegend soll in einem Abstand zu der Schweißverbindung 13 eine weitere Schweißverbindung 13 auf die zuvor beschriebene Weise erzeugt werden. Zu den einzelnen hierfür notwendigen Maßnahmen wird auf die Ausführungen zu den Fig. 1 und 2 verwiesen.
In Fig. 4 ist das Ergebnis aus nunmehr zwei zueinander beabstandeten Schweißverbindungen 13 gezeigt. Aufgrund der zuvor geschilderten Problematik durch das Verdrängen der Klebeschicht 3 ist diese nun rautenförmig zwischen den beiden Schweißverbindungen 13 ausgebildet. Im Ergebnis ein mit der Klebeschicht 3 ausgefüllter Klebespalt 15 überaus uneinheitlich in Bezug auf den Verlauf der beiden Verbindungsflächen 4, 5 zueinander.
Der Fig. 5 ist nunmehr eine Anordnung zu entnehmen, mit welcher ein Buckelschweißverfahren durchführbar ist. Im Unterschied zu dem zuvor aufgezeigten konventionellen Widerstandsschweißen zeichnet sich dieses durch die Anordnung eines Schweißsockels 16 aus. Der Schweißsockel 16 kann vorliegend auch als Schweißbuckel bezeichnet werden. Wie zu erkennen, ist der Schweißsockel 16 vorliegend aus dem ersten Bauteil 1 heraus geformt. Hierfür wurde das Bauteil 1 bereichsweise von seiner ersten Rückseite 6 aus zu seiner ersten Verbindungsfläche 4 hin ausgestellt. Durch den Schweißsockel 16 wird ein einfacher elektrisch leitfähiger Kontakt ermöglicht, welcher sich quasi von selbst über eine Spitze 17 des Schweißsockels 16 einstellt. Somit müssen die beiden Bauteile 1 , 2 nur noch mit deutlich weniger Elektroden kraft F während des Schweißprozesses aufeinander gepresst werden. Insofern sind gegenüber dem konventionellen Widerstandsschweißen auch deutlich größere Elektroden 7, 9 einsetzbar, da keine punktuelle Einleitung der Elektroden kraft F erforderlich ist.
Aus Fig. 6 geht das Ergebnis des Schweißprozesses hervor. Durch die Einleitung des Schweißstroms ging der Schweißsockel 16 in eine schmelzflüssige Phase über, in der sich der Schweißkern 14 ausgebildet hat. Hierbei wurden die beiden Bauteile 1 , 2 über die Elektroden kraft F allerdings so weit angenähert, dass diese nunmehr mit ihren Verbindungsflächen 4, 5 aufeinander liegen. Ursächlich hierfür ist die Aufschmelzung des Schweißsockels 16 welcher vollständig zusammen gedrückt wurde. Die Kombination des in den Fig. 5 und 6 gezeigten Buckelschweißverfahrens mit Klebschweißen stellt nun Fig. 7 dar. Wie ersichtlich, wurde hierfür neben der Anordnung des Schweißsockels 16 an dem ersten Bauteil 1 nunmehr auch die Klebeschicht 3 auf die zweite Verbindungsfläche 5 des zweiten Bauteils 2 aufgetragen. Der gezeigte Zustand stellt die intakte Klebeschicht 3 dar, wobei die beiden Bauteile 1 , 2 noch so weit voneinander beabstandet sind, dass die Spitze 17 des Schweißsockels 16 noch nicht in die Klebeschicht 3 eingedrungen ist.
Fig. 8 stellt den ersten Schritt der Annäherung der beiden Verbindungsflächen 4, 5 über die Elektrodenkraft F dar. Hierbei wird der Schweißsockel 16 unter lokaler Verdrängung der Klebeschicht 3 so weit durch diese hindurch getrieben, bis sie Spitze 17 des Schweißsockels 16 an die zweite Verbindungsfläche 5 des zweiten Bauteils 2 angelegt ist. Ab diesem Zeitpunkt ist nun ein elektrisch leitfähiger Kontakt hergestellt und die beiden Verbindungsflächen 4, 5 stehen mit dem Klebeschicht 3 in einer flächiger Berührung. Nach dem Einleiten des Schweißstroms über den Stromkreis 10 beginnt nun in bereits geschilderter Art und Weise der Übergang des Schweißsockels 16 in eine schmelzflüssige Phase. Gleichzeitig werden die beiden Verbindungsflächen 4, 5 über die Elektrodenkraft F lokal im Bereich des Schweißsockels 16 einander angenähert. Dem in Fig . 9 dargestellten Ergebnis des Schweißprozesses ist zu entnehmen, dass die beiden Bauteile 1 , 2 ähnlich wie beim konventionellen Widerstandsschweißen in Form des Klebschweißens kraterförmig deformiert sind. Zwar ist mitunter noch eine Restmenge der Klebeschicht 3 bis zum ausgebildeten Schweißkern 14 vorhanden, allerdings ist diese auch hier keilförmig zu der geschaffenen Schweißverbindung 13 hin verdrängt.
Vor diesem Hintergrund wird deutlich, dass das an sich vorteilhafte Klebschweißen insgesamt Nachteile in dem Erhalt eines gezielt einstellbaren Klebespalts 15 aufweist. Insbesondere durch die veränderlichen Verläufe der Klebeschicht 3 können hierbei Bereiche entstehen, welche keine ausreichend belastbare Verbindung über die Klebeschicht 3 besitzen. Genau hier setzt die Erfindung an.
Die nachfolgende Beschreibung zu den Fig. 10 bis 19 dient der Erläuterung der hiermit vorliegenden Erfindung.
Fig. 10 zeigt eine erfindungsgemäße Ausgestaltung im Bereich der zu erzeugenden Schweißverbindung als Ausschnitt am Beispiel des Bauteils 1 in einer Aufsicht. Mit Blick auf die erste Verbindungsfläche 4 ist die im Stand der Technik bereits bekannte Anordnung des Scheißsockels 16 erkennbar. Diese weist vorliegend eine längliche Ausgestaltung auf, welche sich balkenförmig über einen Teilbereich der Verbindungsfläche 4 hinweg erstreckt. Erfindungsgemäß ist weiterhin ein Abstandhalter 18 auf der Verbindungsfläche 4 angeordnet. Der Abstandhalter 18 weist vorliegend ebenfalls eine längliche Ausgestaltung auf, welche sich balkenförmig über einen Teilbereich der Verbindungsfläche 4 hinweg erstreckt. Dabei sind Schweißsockel 16 und Abstandhalter 18 so zueinander ausgerichtet, dass diese sich einander kreuzen. Dabei schließen Schweißsockel 16 und Abstandhalter 18 einen Winkel w zwischen sich ein, welcher vorliegend 90° beträgt. Wie bereits hier angedeutet, überragt der Schweißsockel 16 dabei den Abstandhalter 18, was in Fig . 1 1 nochmals besser verdeutlicht wird.
In Fig. 1 1 ist die erfindungsgemäße Anordnung von Schweißsockel 16 und Abstandhalter 18 aus Fig. 1 0 in einem Längsschnitt des ersten Bauteils 1 durch den Abstandhalter 18 hindurch dargestellt. Wie bereits erwähnt, überragt der Schweißsockel 16 den Abstandalter 18. Hierbei ist die in Fig. 1 1 nach unten weisende Spitze 17 des Schweißsockels 16 mit einem Abstand x1 von der ersten Verbindungsfläche 4 beabstandet. Demgegenüber ist ein Kopfbereich 19 des Abstandhalters 18 mit einem Abstand x2 von der ersten Verbindungsfläche 4 beabstandet. Wie ersichtlich, ist der Abstand X1 der Spitze 17 von der ersten Verbindungsfläche 4 größer als der Abstand x2 des Kopfbereichs 19 von der ersten Verbindungsfläche 4. Der Begriff „Überragen" meint im Sinne der Erfindung eben dieses Verhältnis der beiden zuvor benannten Abstände x1 , x2. Der Fig. 12 ist nochmals das erfindungsgemäß vorkonfektionierte erste Bauteil 1 aus Fig. 1 1 zu entnehmen, welches nunmehr mit dem zweiten Bauteil 2 unter Eingliederung der Klebeschicht 3 verbunden werden soll. Die Darstellung entspricht im Wesentlichen dem bereits in Fig. 8 gezeigten Zustand, wonach die Spitze 17 des Schweißsockels 16 unter lokaler Verdrängung der Klebeschicht 3 an einem Teilbereich der zweiten Verbindungsfläche 5 des zweiten Bauteils 2 anliegt. Anschließend wird in nicht dargestellter Weise über den Stromkreis 10 und insbesondere über die beiden Elektroden 7, 9 der Schweißstrom eingeleitet. Wie bereits in den vorherigen Zusammenhängen beschrieben, geht hierbei der Schweißsockel 16 an seiner Spitze 17 beginnend in eine schmelzflüssige Phase über. Gleichzeitig werden die Elektroden in nicht gezeigter Weise über die Elektrodenkraft F aufeinander zu bewegt, so dass die beiden Verbindungsflächen 4, 5 weiter angenähert werden. Dier Annäherung erfolgt so lange, bis das erste Bauteil 1 über den Abstandhalter 18 an einem Teilbereich der zweiten Verbindungsfläche 5 des zweiten Bauteils 2 anliegt, wie in Fig. 13 ersichtlich.
Der Fig. 13 ist das Ergebnis des erfindungsgemäßen Verfahrens zu entnehmen, wonach neben der Klebeverbindung über die Klebeschicht 3 die Schweißverbindung 13 unter Ausbildung des Schweißkerns 14 hergestellt wurde. Gut zu erkennen ist die gleichmäßige Ausbildung des Schweißspalts zwischen den Verbindungsflächen 4, 5. Hierdurch weist die Klebeschicht 3 einen im Wesentlichen gleichmäßigen Verlauf auf. Dabei reicht die Klebeschicht 3 bis an die Schweißverbindung 13 heran, ohne dass sich ein keilförmiges Zulaufen durch eine lokale Deformation eines der Bauteile 1 , 2 eingestellt hat.
Fig. 14 zeigt eine alternative Ausgestaltung bzw. Anordnung von Schweißsockel 16 und Abstandhalter 18 zueinander in einer Aufsicht auf die erste Verbindungsfläche 4 des ersten Bauteils 1 . Im Unterschied zu der Ausführung der Fig. 10 sind diese vorliegend nicht in einem Winkel w angeordnet, sondern verlaufen parallel zueinander. In ihrer parallelen Anordnung sind Schweißsockel 16 und Abstandhalter 18 voneinander beabstandet. Hierbei sind Schweißsockel 16 und Abstandhalter 18 ebenfalls balkenförmig ausgebildet. Mit Bezug auf die Darstellung von Fig. 14 sind vorliegend der Schweißsockel 16 rechts angeordnet, während sich der Abstandhalter 18 links von dem Scheißsockel 16 befindet. Der Fig. 15 ist die alternative Anordnung von Schweißsockel 16 und Abstandhalter 18 der Fig. 14 in einem Schnitt durch diese sowie das erste Bauteil 1 hindurch zu entnehmen. Wie zu erkennen, überragt der Schweißsockel 16 auch hierbei den Abstandhalter 18. Wie bereits zu Fig. 1 1 ausgeführt, ist auch hier der Kopfbereich 19 des Abstandhalters 18 mit einem Abstand x2 von der ersten Verbindungsfläche 4 des ersten Bauteils 1 beabstandet, welcher kleiner als der Abstand x1 der Spitze 17 des Schweißsockels 16 von der ersten Verbindungsfläche 4 ist. Aus Fig. 16 ist der Zustand des mit seiner Spitze 17 an einen Teilbereich der zweiten Verbindungsfläche 5 des zweiten Bauteils 2 angelegten Schweißsockels 16 gezeigt. Dieser entspricht weitestgehend der Darstellung in Fig. 12, lediglich mit der alternativen Anordnung von Schweißsockel 16 und Abstandhalter 18. Gut zu erkennen ist auch hierbei, dass der für den anschließenden Schweißprozess notwendige elektrisch leitfähige Kontakt nur über die Spitze 17 des Schweißsockels 16 gegeben ist, während der Abstandhalter 18 mit seinem Kopfbereich 19 von der zweiten Verbindungsfläche 5 anfänglich beabstandet ist.
In der Fig. 17 ist das Ergebnis des Schweißprozesses gezeigt, welches im Wesentlichen dem des Ergebnisses in Fig. 13 entspricht. Die Annäherung der beiden Verbindungsflächen 4, 5 wurde auch hierbei durch die Anordnung des Abstandhalters 18 gestoppt, wobei die Schweißverbindung 13 im Bereich des Schweißsockels 16 ausgebildet ist. Wie zu erkennen ist die verbleibende Restmenge an Schweißsockel 16 über die Differenz zwischen deren beiden Abständen x1 , x2 zu der ersten Verbindungsfläche 4 einstellbar. So ist vorliegend ein gewisser Teil des Schweißsockels 16 unter Ausbildung des Schweißkerns 14 verblieben. Demgegenüber ist der Schweißsockel 16 in Fig. 13 nahezu vollständig zusammen gedrückt. Aus der Fig . 18 geht eine größere Anordnung zweier miteinander verbundener Bauteile 1 , 2 hervor, welche über vorliegend insgesamt vier Schweißverbindungen 13 verschweißt wurden. Vorliegend ist der Schweißprozess zu einem Zeitpunkt dargestellt, an dem die beiden Verbindungsflächen 4, 5 bereits einander angenähert, das Annähern gestoppt und die Schweißkerne 14 ausgebildet sind. In dieser schematischen Darstellung soll der Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens in Kombination mit einer großen ersten Elektrode 7 verdeutlicht werden, insbesondere bei einer einseitigen Einleitung der Elektroden kraft F. Wie zu erkennen, reduziert sich hierbei die zweite Elektrode 9 auf einen kleinen Teilbereich zwischen zwei Schweißverbindungen 13, wobei sie nur einen Kontaktschluss und nicht die Aufgabe eines Widerlagers gegenüber der Elektrodenkraft F der ersten Elektrode 7 übernimmt. Hierfür sind die beiden Bauteile 1 , 2 an ihren Endbereichen über geeignete Lager 20 abgestützt, welche notwendige Reaktionskräfte F/2 zu der Elektroden kraft F aufbringen, um ein statisches Gleichgewicht herzustellen. Durch die wenigstens zwei Schweißverbindungen 13 überspannende erste Elektrode 7 konnten diese innerhalb eines einzelnen Arbeitsgangs erzeugt werden, indem über den Stromkreis 10 der Schweißstrom zwischen den Elektroden 7, 9 fließen konnte. Aufgrund der Ausdehnung der ersten Elektrode 7 konnten ferner auch einige Teilbereiche der Klebeschicht 3 zwischen den Schweißverbindungen 13 in vorteilhafter Weise komprimiert werden. Hierdurch konnte ein überaus präziser Klebespalt 15 zwischen den Verbindungsflächen 4, 5 ausgebildet werden. Fig. 19 zeigt diverse alternative Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Anordnung von Schweißsockel 16 und Abstandhalter 18 in einer schematischen Aufsicht. Vorliegend sind insgesamt vier Ausführungsvarianten gleichzeitig gezeigt. Im Sinne der Erfindung sind die Anordnungsmöglichkeiten allerdings nicht auf die hier gezeigten reduziert, sondern umfassen auch weitere sinnvolle und im Ergebnis gleichwertige Formen.
Mit Bezug auf die Darstellung von Fig. 19 ist ganz links eine Variante gezeigt, welche bereits im Zusammenhang mit den Fig. 10 bis 13 beschrieben wurde. Hierbei kreuzen sich Schweißsockel 16 und Abstandhalter 18, wobei sie den Winkel w zwischen sich einschließen. Dieser beträgt vorliegend ebenfalls 90°, wie bereits in Fig. 10 gezeigt.
Rechts neben der gekreuzten Ausführung ist eine Variante gezeigt, bei welcher der Schweißsockel 16 wie bereits zuvor als Balken ausgebildet wurde. Demgegenüber weist der Abstandhalter 18 eine punktförmige Ausgestaltung auf. Der Durchmesser des Abstandhalters 18 entspricht dabei im Wesentlichen der Querschnittsbreite des balkenförmigen Schweißsockels 16. Weiterhin sind in dieser Ausführungsform insgesamt zwei Abstandhalter 18 mit einem Schweißsockel 16 kombiniert. Dabei sind die punktförmigen Abstandhalter 18 neben den Längsseiten des balkenförmigen Schweißsockels 16 angeordnet und zu diesem beabstandet. Deren Lage ist in Bezug auf die Längsrichtung des balkenförmigen Schweißsockels 16 gespiegelt.
Weiterhin rechts neben der zuvor beschriebenen Ausführungsform findet sich nochmals die parallele Anordnung von Schweißsockel 16 und Abstandhalter 18, wie sie bereits aus den Fig. 14 bis 17 hervorgeht.
Ganz rechts in Fig. 19 ist eine Ausführungsform dargestellt, welche jeweils zwei Schweißsockel 16 und zwei Abstandhalter 18 umfasst. Diese sind um ein imaginäres Zentrum herum angeordnet und flächig um dieses herum gekrümmt. Auf diese Weise bilden Abstandhalter 18 und Schweißsockel 16 miteinander eine kreisförmige Anordnung, welche in den jeweiligen Wechseln zwischen Abstandhalter 18 und Schweißsockel 16 unterbrochen ist. In Umfangsrichtung dieser kreisförmigen Anordnung wechseln sich Abstandhalter 18 und Schweißsockel 16 jeweils ab.
Bezugszeichenliste
1 erstes Bauteil
2 zweite Bauteil
3 Klebeschicht zwischen 1 und 2
4 erste Verbindungsfläche von 1
5 zweite Verbindungsfläche von 2
6 erste Rückseite von 1
7 erste Elektrode
8 zweite Rückseite von 2
9 zweite Elektrode
10 Stromkreis
1 1 Leitung von 10
12 Stromquelle von 10
13 Schweißverbindung zwischen 1
14 Schweißkern von 13
15 Klebespalt zwischen 4 und 5
16 Schweißsockel
17 Spitze von 16
18 Abstandhalter
19 Kopfbereich von 18
20 Lager
F Elektrodenkraft
F/2 Reaktionskraft
w Winkel zwischen 16 und 18 x1 Abstand zwischen 17 und 4 x2 Abstand zwischen 19 und 4

Claims

Patentansprüche
1 . Verfahren zum unlösbaren Verbinden von Bauteilen (1 , 2) oder
Bauteilbereichen, wobei zwei Verbindungsflächen (4, 5) unter Eingliederung einer Klebeschicht (3) bereichsweise miteinander verschweißt werden mit folgenden Schritten:
Anordnen eines Schweißsockels (16) auf einer Verbindungsfläche (4), Auftragen der Klebeschicht (3) auf eine Verbindungsfläche (5),
Annähern der Verbindungsflächen (4, 5), wobei der Schweißsockel (16) an die jeweils andere Verbindungsfläche (5) angelegt wird,
Einleiten von Schweißstrom im Bereich der angelegten Schweißsockels (16), dadurch gekennzeichnet, dass
vor dem Annähern der Verbindungsflächen (4, 5) ein Abstandhalter (18) zwischen diesen angeordnet wird, wobei der Schweißsockel (16) den
Abstandhalter (18) überragt.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass
der Schweißsockel (16) und/oder der Abstandhalter (18) als
Erhebung/Erhebungen aus der zugehörigen Verbindungsfläche (4) heraus geprägt werden/wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass
der Abstandhalter (18) zusammen mit der Klebeschicht (3) auf eine der Verbindungsflächen (4, 5) aufgetragen wird.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass
der Abstandhalter (18) gegenüber dem Schweißsockel (16) beabstandet angeordnet wird.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass der Abstandhalter (18) und der Schweißsockel (16) als eine Einheit angeordnet werden.
6. Unlösbare Verbindung zwischen zwei Bauteilen (1 , 2) oder Bauteilbereichen, insbesondere hergestellt mit einem Verfahren gemäß einem der
vorhergehenden Ansprüche, wobei zwei Verbindungsflächen (4, 5) unter Eingliederung einer Klebeschicht (3) über einen auf einer Verbindungsfläche (4) angeordneten Schweißsockel (16) durch Widerstandsschweißen miteinander verschweißt sind,
dadurch gekennzeichnet, dass
zwischen den Verbindungsflächen (4, 5) ein Abstandhalter (18) angeordnet ist, wobei die Verbindungsflächen (4, 5) im Bereich des Schweißsockels (16) voneinander beabstandet sind.
7. Unlösbare Verbindung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass
der Schweißsockel (16) und/oder der Abstandhalter (18) als
Erhebungen/Erhebung aus der zugehörigen Verbindungsfläche (4) heraus geprägt sind/ist.
8. Unlösbare Verbindung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstandhalter (18) als gesondertes Element auf einer der
Verbindungsflächen (4, 5) angeordnet ist.
9. Unlösbare Verbindung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch
gekennzeichnet, dass
der Abstandhalter (18) gegenüber dem Schweißsockel (16) beabstandet angeordnet ist.
10. Unlösbare Verbindung nach einem der Ansprüche 6 bis 9,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Abstandhalter (18) und der Schweißsockel (16) als eine Einheit ausgebildet sind.
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