WO1998048972A1

WO1998048972A1 - Method for welding metal parts and cage for use in said method

Info

Publication number: WO1998048972A1
Application number: PCT/DE1998/001093
Authority: WO
Inventors: Dieter Sobing; Manfred Otte
Original assignee: Adam Opel GmbH
Current assignee: GM Deutschland Holdings GmbH
Priority date: 1997-04-29
Filing date: 1998-04-18
Publication date: 1998-11-05
Anticipated expiration: 1999-10-29
Also published as: AU8206198A; DE19718042A1

Abstract

According to the invention, a cage (1) for accommodating a cage nut (5) is welded to a body element (2) by means of positioning the two parts at a set distance from each other so that an electric arc (6) can be formed between the parts, which then act as electrodes. A front wall part (4) of the cage (1) is configured in such a way that it overhangs the side wall parts (3) and the arc (6) is only formed on said front wall part. The weld is produced by means of the softened surfaces being joined together with a slight pressure.

Description

B e s c h r e i b u n g Description

Verfahren zum Verschweißen metallischer Bauteile und Käfig zur Verwendung bei dem VerfahrenProcess for welding metallic components and cage for use in the process

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verschweißen zweier metallischer Bauteile durch Anlegen von Schweißelektroden und Erwärmen der Bauteile mittels eines elektrischen Stromflusses von dem einen zum anderen Bauteil. Weiterhin betrifft die Erfindung einen Käfig zur Verwendung bei dem Verfahren.The invention relates to a method for welding two metallic components by applying welding electrodes and heating the components by means of an electrical current flow from one component to the other. The invention further relates to a cage for use in the method.

Solche Schweißverfahren sind unter dem Begriff "Widerstandsschweißen" allgemein bekannt und gebräuchlich. Insbesondere werden damit bei der Automobilfertigung auch Käfige zur Aufnahme von sogenannten Käfigmuttern an Karosserieelementen angeschweißt . Dabei werden die miteinander zu verschweißenden Bauteile direkt in (elektrischen) Kontakt gebracht. Für die Verschweißung ist dann ein hoher Schweißstrom erforderlich, welcher durch den erhöhten Widerstand beim Übergang vom einen zum anderen Bauteil zu einem Erwärmen der Bauteile führt. Durch hohen, mechanischen Druck kommt es dabei zum Verbinden beider Teile.Such welding processes are generally known and used under the term "resistance welding". In particular, cages for receiving so-called cage nuts are welded to body elements in automobile production. The components to be welded together are brought into direct (electrical) contact. A high welding current is then required for the welding, which leads to heating of the components due to the increased resistance during the transition from one component to the other. High mechanical pressure leads to the connection of both parts.

Nachteilig bei diesem Verfahren wirken sich die erforderlichen, hohen mechanischen Kräfte zum Verbinden der Bauteile aus. Die Käfige besitzen zur Aufnahme der Käfigmuttern eine geschlitzte Öffnung, deren sogenannte Rastnase dafür sorgt, daß die Käfigmutter nicht aus dem Käfig fallen kann, solange noch keine Schraube eingedreht ist. Das Rastnasenmaß muß einerseits weit genug sein, um ein leichtes Einführen der Käfigmuttern zu ermöglichen, andererseits muß die Mutter sicher einge- klemmt werden, um diese sicher gegen Verlieren zu schützen.A disadvantage of this method is the high mechanical forces required to connect the components. The cages have a slotted opening for receiving the cage nuts, the so-called latching lug ensures that the cage nut cannot fall out of the cage as long as no screw has been screwed in. On the one hand, the catch dimension must be wide enough to enable easy insertion of the cage nuts, on the other hand, the nut must be securely inserted. be clamped to protect them against loss.

Durch den erforderlichen mechanischen Druck bei der Verschweißung kommt es zur plastischen Verformung am Käfig, wobei sich das Rastnasenmaß verändert. Dies führt in der Praxis dazu, daß die Käfigmuttern entweder herausfallen und in den Hohlprofilen der Karosserie liegenbleiben, wo sie eine unerwünschte Geräuschquelle darstellen oder sich nicht in den Käfig einführen lassen.The required mechanical pressure during welding leads to plastic deformation of the cage, which changes the size of the catch. In practice, this leads to the cage nuts either falling out and remaining in the hollow profiles of the body, where they represent an undesirable source of noise or cannot be inserted into the cage.

Um dem entgegenzuwirken, sind Konstruktionen mit großer Blechstärke erforderlich, die konstruktionsbedingt kleine Käfigmuttern (z.B. M8) ausschließen und gleichzeitig einen erhöhten Platzbedarf haben. Dadurch sind ihre Anwendungsmöglichkeiten von vornherein stark eingeschränkt. Die größere Blechstärke zieht zwangsläufig auch einen hohen Schweißstrom nach sich, wodurch das Verfahren sehr aufwendig und teuer wird.To counteract this, constructions with large sheet thickness are required, which due to the design exclude small cage nuts (e.g. M8) and at the same time require more space. As a result, their possible uses are severely restricted from the outset. The larger sheet thickness inevitably also entails a high welding current, which makes the process very complex and expensive.

Eine andere Möglichkeit besteht darin, die beiden zu verschweißenden Teile zusammenzufügen und dann mittels einer Elektrode im Lichtbogenschweißverfahren zu ver- schweißen. Dies geschieht entweder manuell oder mit Hilfe von genau arbeitenden Schweißautomaten. Dieses Verfahren erfordert im Vergleich zum Widerstandsschweißen zusätzliche Arbeitsschritte und kommt daher in der Praxis kaum zur Anwendung.Another possibility is to join the two parts to be welded and then to weld them using an electrode using the arc welding process. This is done either manually or with the help of precisely working welding machines. This process requires additional work steps compared to resistance welding and is therefore rarely used in practice.

Der vorliegenden Erfindung liegt das Problem zugrunde, ein Schweißverfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, welches vergleichbar wenig Aufwand erfordert wie das Widerstandsschweißen, bei dem jedoch auf einen hohen mechanischen Druck verzichtet werden kann. Wei- terhin soll ein Käfig zur Verwendung bei dem Verfahren geschaffen werden.The present invention is based on the problem of creating a welding method of the type mentioned at the outset which requires as little effort as resistance welding, but which does not require a high mechanical pressure. White a cage is also to be created for use in the process.

Das erstgenannte Problem wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die mit den Schweißelektroden verbundenen Bauteile auf einen geringen Abstand zueinander gebracht werden, so daß sich ein elektrischer Lichtbogen ausbildet und sich das Metall an der Oberfläche im Lichtbogen erwärmt und aufweicht, und daß die aufgeweichten Ober- flächen anschließend mit nur geringem mechanischem Druck gegeneinander bewegt werden.The first-mentioned problem is solved according to the invention in that the components connected to the welding electrodes are brought to a small distance from one another, so that an electric arc is formed and the metal on the surface in the arc is heated and softened, and in that the softened surfaces then be moved against each other with only slight mechanical pressure.

Durch diese Verfahrensweise entfällt der beim Widerstandsschweißen erforderliche hohe mechanische Druck. Die Bauteile brauchen daher lediglich einer geringenThis procedure eliminates the high mechanical pressure required for resistance welding. The components therefore only need a small number

Belastung standzuhalten. Sie können deshalb kleiner und dünnwandiger ausgebildet sein als wenn sie durch Widerstandsschweißen miteinander verbunden werden müßten. Die Verwendung dünnwandiger Bleche ermöglicht auch un- ter Beibehaltung des Gewindemaßes eine Reduzierung des Gewichtes, was gerade im Hinblick auf die Leichtbauprämisse im Fahrzeugbau von wesentlicher Bedeutung ist. Da sich die miteinander zu verschweißenden Bauteile aufgrund des geringeren Anpreßdruckes im Gegensatz zum Wi- derstandsschweißverfahren nicht verbiegen, läßt sich bei Käfigen für Käfigmuttern das Rastnasenmaß wesentlich zuverlässiger einhalten.To withstand stress. They can therefore be made smaller and thinner than if they had to be connected to one another by resistance welding. The use of thin-walled sheet metal also enables the weight to be reduced while maintaining the thread size, which is particularly important with regard to the lightweight construction premise in vehicle construction. Since the components to be welded to one another do not bend due to the lower contact pressure, in contrast to the resistance welding process, the cage for cage nuts can be maintained much more reliably.

Die erfindungsgemäße Anwendung des Lichtbogenschweißens gestattet eine gute visuelle Kontrolle des Verfahrensfortschrittes. Fehler beim Schweißvorgang, insbesondere Schweißlücken oder Ausfall des Schweißstroms, sind sofort erkennbar. Eine anschließende Materialprüfung kann daher entfallen. Im Gegensatz zum Lichtbogenschweißen mit einer separaten Schweißelektrode wirken bei dem erfindungsgemäßen Verfahren die Bauteile selbst als Elektroden. Die Bauteile müssen daher lediglich einmal positioniert werden und können dann sofort verschweißt werden. Es entfällt der zusätzliche Arbeitsgang des Positionierens einer separaten Schweißelektrode.The use of arc welding according to the invention allows good visual control of the process progress. Errors in the welding process, in particular welding gaps or failure of the welding current, are immediately recognizable. A subsequent material test can therefore be omitted. In contrast to arc welding with a separate welding electrode, the components themselves act as electrodes in the method according to the invention. The components therefore only have to be positioned once and can then be welded immediately. There is no additional step of positioning a separate welding electrode.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn man, gemäß einer Weiterbildung des Verfahrens ein Bauteil mit einem vorspringenden Wandteil verwendet und dieses lediglich mit diesem Wandteil mit dem anderen Bauteil verbindet. Hierdurch kann man vermeiden, daß sich Nebenlichtbogen bilden und dadurch ein unerwünscht hoher Stromfluß ent- steht, was zu Schwierigkeiten beim Einleiten der elektrischen Energie in die Bauteile mittels der Schweißelektroden führen kann.It is particularly advantageous if, according to a development of the method, one component is used with a projecting wall part and this is only connected with this wall part to the other component. In this way it is possible to avoid the occurrence of secondary arcs and the resultant undesirably high current flow, which can lead to difficulties in introducing the electrical energy into the components by means of the welding electrodes.

Das Starten des Schweißvorganges ist besonders einfach zu erreichen, wenn gemäß einer anderen Weiterbildung der Erfindung das eine Bauteil zunächst auf das andere aufgesetzt wird und beide mit einer Spannung beaufschlagt werden, so daß ein "Startstrom" fließen kann und anschlies- send die Bauteile getrennt werden, so daß sich ein Lichtbogen ausbildet.The welding process can be started particularly easily if, according to another development of the invention, the one component is first placed on top of the other and both are subjected to a voltage, so that a “starting current” can flow and the components are then separated so that an arc forms.

Hierdurch entsteht zunächst örtlich ein kleiner Lichtbogen, der sich bei Erhöhung des Schweißstroms über die gesamte Breite des Bauteils ausbreitet. Der Lichtbogen wird in dieser Form gehalten bis die Oberflächen imThis initially creates a small arc locally, which spreads over the entire width of the component when the welding current is increased. The arc is held in this shape until the surfaces in the

Lichtbogen aufgeweicht sind. Dann werden die Bauteile, wie erläutert, unter leichtem Druck bis zum Erstarren der Schmelze zusammengefügt. Das zweitgenannte Problem, nämlich die Schaffung eines Käfigs, welcher zum Verschweißen mit einem Karosserieteil gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren ausgebildet ist, wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß ein stirnseitiges Wandteil des Käfigs gegenüber einem seitlichen Wandteil hervorspringend ausgebildet ist. Hierdurch läßt sich erreichen, daß nur ein Wandteil des einen Bauteils mit dem anderen Bauteil verschweißt wird und Nebenschluß-Lichtbögen, welche zu einem unerwünscht hohen Stromfluß führen würden, vermieden werden. DieArcs are softened. Then, as explained, the components are assembled under light pressure until the melt solidifies. The second-mentioned problem, namely the creation of a cage, which is designed for welding to a body part according to the method according to the invention, is solved according to the invention in that an end wall part of the cage is designed to protrude from a side wall part. In this way it can be achieved that only a wall part of one component is welded to the other component and shunt arcs, which would lead to an undesirably high current flow, are avoided. The

Bereiche, in denen sich kein Lichtbogen ausbilden soll, müssen gegenüber der Schweißkanten um mindestens 2 mm zurückversetzt sein.Areas in which an arc should not form must be set back by at least 2 mm from the welding edges.

Das erfindungsgemäße Verfahren und der Käfig zur Durchführung des Verfahrens lassen verschiedene Abwandlungen zu. Zur weiteren Verdeutlichung der Erfindung wird nachfolgend auf die Zeichnung Bezug genommen. Diese zeigt inThe method according to the invention and the cage for carrying out the method allow various modifications. To further clarify the invention, reference is made below to the drawing. This shows in

Fig. 1: einen Käfig mit eingesetzter Käfigmutter, aufgesetzt auf einem ebenen Karosserieelement,1: a cage with an inserted cage nut, placed on a flat body element,

Fig. 2: den vom Karosserieelement abgehobenenFig. 2: the lifted off the body element

Käfig mit einem ausgebildeten kleinen Lichtbogen,Cage with a trained small arc,

Fig. 3: den vom Karosserieelement abgehobenen Käfig mit einem ausgebildeten großenFig. 3: the cage lifted from the body element with a large trained

Lichtbogen,Electric arc,

Fig. 4: den mit dem Karosserieelement verschweißten Käfig. Die Figur 1 zeigt einen Käfig 1 zur Aufnahme einer Käfigmutter 5. Von dem Käfig 1 sind zwei Wandteile 3,4 und ein zu einer Seite geöffnetes Kopfteil 8 zum Einschieben einer Käfigmutter 5. zu sehen. Das seitliche, sichtbare Wandteil 3 sowie das nicht sichtbare gegenüberliegende Wandteil sind gegenüber dem stirnseitigen Wandteil 4 in der Höhe zurückversetzt, so daß sich dort kein Lichtbogen ausbilden kann. Der Kontakt zum flächigen Karosserieelement 2 wird nur durch das stirnseitige Wandteil 4 hergestellt, welches über seine gesamteFig. 4: the cage welded to the body element. FIG. 1 shows a cage 1 for receiving a cage nut 5. Two wall parts 3, 4 and a head part 8 open to one side for inserting a cage nut 5 can be seen from the cage 1. The side, visible wall part 3 and the invisible opposite wall part are set back in height relative to the front wall part 4 so that no arc can form there. The contact to the flat body element 2 is made only by the front wall part 4, which over its entire

Breite fest aufliegt. Eine Startspannung ist auf nicht gezeigte Weise angelegt, so daß ein Startstrom fließen kann.Width is fixed. A starting voltage is applied in a manner not shown so that a starting current can flow.

In Figur 2 ist der Käfig 1 vom Karosserieelement 2 abgehoben, es besteht also kein direkter Kontakt mehr. Es bildet sich nunmehr durch den Startstrom ein kleiner Lichtbogen 6 im mittleren Bereich des stirnseitigen Wandteils 4 aus. Dieser breitet sich beim Erhöhen des Schweißstroms, wie aus Figur 3 ersichtlich, über die volle Breite des stirnseitigen Wandteils 4 aus. Bei unverändertem Abstand wird der Lichtbogen 6 so lange gehalten, bis die Oberflächen im Lichtbogen 6 weich geworden sind.In Figure 2, the cage 1 is lifted off the body element 2, so there is no longer any direct contact. A small arc 6 is now formed by the starting current in the central region of the end wall part 4. When the welding current increases, as can be seen in FIG. 3, this spreads over the full width of the end wall part 4. With the distance unchanged, the arc 6 is held until the surfaces in the arc 6 have become soft.

Figur 4 zeigt die bereits zusammengefügten Teile, die mit leichtem mechanischem Druck aufeinander gepreßt werden, bis die Schweißnaht 7 erstarrt ist. FIG. 4 shows the parts which have already been joined and are pressed onto one another with slight mechanical pressure until the weld seam 7 has solidified.

Claims

P a t e n t a n s r u c h e

1. Method for welding two metallic

Components by applying welding electrodes and heating the components by means of an electrical current flow from one component to the other, characterized in that the components connected to the welding electrodes are brought to a small distance from one another, so that an electric arc is formed and the metal builds up the surface in the arc heated and softened and that the softened surfaces are then moved against each other with only slight mechanical pressure.

Method according to Claim 1, characterized in that a component with a projecting wall part is used and this is only connected with this wall part to the other component.

3. The method according to claims 1 or 2, characterized in that the one component is first placed on the other and both are subjected to a voltage so that a "start current" can flow, then the components are separated so that an arc forms.

4. Cage, which is designed for welding to a body part according to the method according to at least one of the preceding claims, characterized in that an end wall part (4) of the cage (1) is designed to protrude from a side wall part (3).