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Verfahren zur Punkt-oder Buckelschweißung zwischen T-förmig aneinanderstoßenden
Blechen Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Punkt-bzw. Buckelschweißung zwischen
T-förmig aneinanderstoßenden Blechen, bei dem an den sich berührenden Flächen Erhebungen
vorgesehen sind oder zwischen den Blechen querschnittsvermindernde Einlagen angeordnet
sind.
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Bei der Herstellung kräftiger Schweißstellen zwischen einer Lage aus
Blech und einem Trägerkern, beispielsweise einem Bienenwabenkern, welcher der fertiggeschweißten
Platte Starrheit verleihen soll, haben sich Schwierigkeiten ergeben. Bei der Herstellung
einer Bienenwaben-Doppelplatte aus rostfreiem Stahl ist es beispielsweise notwendig,
Häute aus rostfreietn Stahl auf einen aus Folien hergestellten Trägerkern aus rostfreiem
Stahl aufzuschweißen. Der Trägerkern kann beispielsweise aus einem Blech hergestellt
werden, das ein Drittel bis ein Achtel der Dicke der Außenhaut aufweist. Als ein
Ergebnis der größeren Dicke und der größeren Fläche der Außenhaut und ihres großflächigen
Kontaktes mit der Schweißelektrode wird diese Haut nicht so heiß wie die anliegenden
Kanten des Bienenwabenträgerkerns, woraus sich eine ungenügende Verbindung zwischen
diesen Teilen ergibt. Wenn andererseits ein genügend großer Strom eingestellt wird,
um die Außenhäute auf die gewünschte Temperatur zu erhitzen, dann haben die Kernkanten
in Anlage an der Haut die Neigung wegzuschmelzen.
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Verbesserte Widerstandsschweißverfahren und Geräte sind bereits vorgeschlagen
worden, so die Annrdnung von hochleitfähigem Metall auf dem dünnen Metallkern, wobei
diese hochleitfähigen Deckschichten es dem Kern gestatten, einen wesentlichen größeren
Strom zu leiten als vorher möglich war. Eine solche Anordnung löst viele der Schwierigkeiten,
die beim Widerstandsschweißen der in Frage stehenden Art auftreten. Weitere Verbesserungsvorschläge
beim Schweißen derartiger Aufbauten gehen dahin, voneinander im Abstand liegende
Schweißpunkte in der Berührungsebene der Metallplatten und der Kanten des dünnen
Trägerkernes zu schaffen (Buckelschweißung). Solche voneinander im Abstand liegenden
Schweißpunkte überwinden die Schwierigkeiten, die sich aus der Unebenheit der Metallplatten
und der Kanten beispielsweise des Bienenwabenträgerkernes ergeben. Zusätzlich schließt
das Buckelschweißen die Neigung des Schweißstromes aus, durch nahe nebeneinanderliegende
Schweißstellen abzufließen oder zurückzukriechen.
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Beim Schweißen der Kanten von Trägerkernen aus dünnen Metallstreifen
an Metallplatten unter Bildung von voneinander entfernt liegenden Schweißpunkten,
gleichgültig ob in gleichmäßigem Abstand oder nicht, erfordern diese einen gewissen
Mindestabstand voneinander. Es ist also unmöglich, auf diese Art durchlaufende Schweißnähte
zu erzielen und damit das Maximum an Verbindungsfestigkeit zu erreichen. Es ist
also wünschenswert, den ungeschweißten Zwischenraum zwischen den Punkt- bzw. Buckelverbindungsstellen
in irgendeiner Weise auszunutzen, um die endgültige Verbindungsfestigkeit zwischen
der Blechplatte und dem Trägerkern zu erhöhen.
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Die Erfindung besteht darin, daß zwischen die Berührungsflächen der
Bleche entweder in an sich bekannter Weise ein Löt- oder Hartlötwerkstoff in Form
von Folien, Gittern, Feilicht u. dgl. eingelegt wird oder daß ein klebender bzw.
frittender Werkstoff angebracht wird, der durch den Schweißvorgang und, wenn erforderlich,
anschließend noch durch Wärmebehandlung in einem Ofen zum Schmelzen bzw. Kleben
gebracht wird und als Verbindungsmaterial für die zwischen den einzelnen Schweißpunkten
gelegenen Abschnitte der Berührungsflächen der Bleche dient.
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Bei einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung kann eine metallische
Lötlegierung in bekannter Weise in Form eines Drahtgewebes oder eines Metallfilms
oder in Form von feingepulverten oder kolloidalen, in einem geeigneten Träger verteilter
Teilchen vorgesehen werden, die auf die Kanten des Trägerkernes vor dem Schweißen
aufgebracht werden. Die während des Schweißens erzeugte Hitze bewirkt ein örtliches
Schmelzen der Lötlegierung, und ein weiteres nachträgliches Erhitzen im Ofen vollendet
dieses Schmelzen, so daß die Legierung zwischen den Schweißverbindungen fließt.
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Bei den bekannten reinen Lötverfahren auf Widerstandsschweißmaschinen
werden zwar ebenfalls Gitter
usw. aus Lötmetall zwischen die Werkstücke
gelegt. aber es findet daneben kein Schweißprozeß statt, und infolgedessen erreichen
die bekannten Lötverfahren auch nicht die Festigkeit wie das erfindungsgemäße Verfahren.
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Bei einer anderen vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung wird
ein schmelzbares keramisches Frittermaterial auf die Kanten des Trägerkernes aufgebracht,
die an der Blechplatte anstoßen. Dieses Aufbringen erfolgt vor dem normalen Schweißvorgang.
Die während des Schweißvorganges erzeugte Hitze kann das keramische Material teilweise
schmelzen. und eine weitere Erhitzung des Arbeitsstückes nach dem Schweißen bewirkt
das Fließen des keramischen Materials und eine Verbindung der Kanten mit der Außenhaut
mit einer keramischen Verbindung. Eine solche Verbindung ergänzt die normalen Schweißnähte
und schafft durch die Bildung von keramischen Stegen zusätzlich eine weitere wesentliche
Verstärkung der mechanischen Widerstandsfähigkeit.
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Bei einer weiteren günstigen Ausführungsform der Erfindung kann ein
temperaturunempfindlicher Kunstharzklebstoff auf die Kanten des Trägerkernes vor
der Schweißoperation aufgebracht werden. Dieses Kunstharz stört den Schweißvorgang
elektrisch nicht, und der Teil des Kunstharzes, der sich nicht ini direkten Wege
der Schweißung befindet, wird nicht durch die Schweißhitze ungünstig beeinflußt,
sondern in den Bereichen zwischen den Schweißverbindungen teilweise polymerisiert.
Dementsprechend kann nach Vollendung des Schweißvorganges die gesamte Platteneinheit
in einen Ofen eingebracht werden. um eine weitere Polyrnerisation des Kunstharzklebstoftes
durchzuführen. Dieser Klebstoff erhöht die Stärke der Schweißverbindungen, indem
er mechanische Stege an den Berührungsstellen zwischen dein Trägerkern und den Blechplatten
bildet.
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Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden
Beschreibung der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele.
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Fig. 1- ist eine perspektivische Ansicht von zwei Blechpltten
und einem Trägerkern, die zur Widerstandsschweißung nach dem Verfahren der Erfindung
vorbereitet sind; Fig. 2 ist eine der Fig. 1 ähnliche, jedoch etwas vergrößerte
perspektivische Ansicht, wobei ein anderes Material verwendet wird, um die Schweißverbindungen
zwischen den Metallplatten und dem Kern zu verstärken. und Fig.3 ist eine der Fig.2
ähnliche perspektivische Ansicht, wobei eine weitere Art eines zusätzlichen Verbindungsmaterials
zwischen den Blechplatten und dem Trägerkern dargestellt ist.
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Wenn auch die Erfindung nachstehend insbesondere im Zusammenhang mit
der Herstellung einer Bienenwabendoppelplatte aus rostfreiem Stahl beschrieben -wird,
können die nachstehend beschriebenen Prinzipien ebenfalls auf die Widerstandsschweißung
verschiedener anderer Aufbauten angewendet -werden, bei denen Trägerteile mit Blechplatten
zusammengeschweißt werden müssen.
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In Fig. 1 ist ein Trägerkern 10 aus rostfreiem Stahl dadurch hergestellt,
daß in geeigneter Weise entsprechend geformte lange Streifen aus rostfreiem Stahlblech
11 an ihren Berührungspunkten 12 elektrisch zusammengeschweißt werden, wobei die
hier gezeigten Zellen viereckig sind, obwohl sie selbstverständlich auch jede beliebige
andere Form annehmen könnten. Vorzugsweise ist auf jedem Streifen 11 eine dünne
Lage eines hochleitfähigen Materials auf jeder Seite angebracht, um die Stromdurchlässigkeit
zu er höhen. Diese Lage kann auf das Kernmaterial in jeder beliebigen Art und Weise
aufgebracht werden und kann aus einem hochleitfähigen Material, wie etwa Kupfer.
Silber, Gold. Aluminium oder ähnlichen Materialien, bestehen.
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Auf beiden Seiten des Kernes 10 befinden sich zwei Außenhäute 14 und
15 aus rostfreiem Stahl, die zusamtnen mit dem Kern 10 eine Bienenwabenplatte aus
rostfreiem Stahl bilden. Üblicherweise sind die Außenhäute 14 und 15 wesentlich
dicker als die Kernfolie 11. Die Dicke der Folie 11 ist zur Erhöhung der Klarheit
der Darstellung etwas übertrieben. In der Praxis kann die Kernfolie z. B. etwa 0.051111n
dick sein, während die Außenhäute aus rostfreiem Stahl etwa drei- bis achtmal so
dick sind.
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In den Berührungslinien zwischen den Kanten des Trägerkernes 10 und
den Außenhäuten 14 und 15 ist ein zusätzliches Verbindungsmaterial 16 angebracht.
Dieses Material kann aus einem schmelzbaren keramischen Frittermaterial bestehen,
das bei einer Temperatur unterhalb der Schweißtemperatur schmilzt, die zwischen
dem Trägerkern 10 und den Außenhäuten 14 und 15 erzeugt wird. Dieses '-\.Zaterial
muß auch die Eigenschaft haben, daß es einwandfrei am Metall haftet. aus dein der
Trägerkern 10 und die Außenhäute 14 und 15 bestehen.
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Das Material 16 kann auch aus einem temperaturwiderstandsfähigen,
ursprünglich flüssigen, unpolyrnerisierten oder teilweise polymerisierten Kunstharzklebstoff
bestehen, wie beispielsweise einem Silikonharz.
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Das Material 16, gleichgültig ob es ein keramisches Frittermaterial
oder ein Kunstharz ist, kann auf die Kanten des Kernes 10 in irgendeiner üblichen
Art und Weise aufgebracht werden. etwa durch Aufstreichen, durch Tauchen od. dgl.
Wenn die Außenliäute 14 oder 15 danach gegen die gegenüberliegenden Kanten des Trägerkernes
10 gepreßt «-erden, kommt das Material 16 in innige Berührung rnit ihnen und stört
die elektrische Berührung zwischen den Kanten des Trägerkernes 10 und den inneren
Flächen der Häute 14 und 15 nicht.
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Uni den Trägerkern 10 auf die Außenhäute 14 und 15 aufzuschweißen,
werden in geeigneter Weise angeordnete Walzenelektroden 17 und 18 auf gegenüberliegenden
Seiten gegen die Außenhäute 14 und 15 gedrückt. Sie sind durch Leiter 20 und 21
mit einer geeigneten Stromduelle 19 verbunden. Die Darstellung des Schweißstromkreise:
ist stark vereinfacht, da es üblich ist, eine komplizierte Zeitsteuerungsvorrichtung
usw. zu verwenden, uni den zeitlichen Zwischenraum zwischen dem jeweiligen Einleiten
des Schweißstromes und die Stromdichte des Schweißstromes zti steuern.
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Wenn der Trägerkern 10 und die Außenhäute 14 und 15 so angeordnet
sind, wie in Fig. 1 gezeigt, dann können die Elektroden 17 und 18 an den Außenflächen
der Außenhäute 14 und 15 entlang gerollt werden, uni das Durchfließen eines starken
Schweißstromes zwischen ihnen zu verursachen, der durch den Trägerkern 10 hindurch
verläuft.
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Da die Außenhäute 14 und 15 in den Kanten des Kernes 10 eine Anzahl
von voneinander entfernt liegender Widerstandspunkte schaffen, durch die der Schweißstrom
fließt. werden an diesen Punkten Schweißverbindungen erzeugt. Vorzugsweise wird
so verfahren. daß durch entsprechende Formgebung der Oberflächen der Außenhäute
oder der Kanten des Trägerkernes oder durch Zwischenfügen entsprechend geformter
metallischer Zwischenlagen die Schweißverbindungen
in einem vorher
bestimmten Abstand voneinander liegen.
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Die an den Verbindungspunkten der Häute 14 und 15 und dem Trägerkern
während des Schweißintervalls erreichte Temperatur liegt etwas oberhalb der Schmelztemperatur
der verschweißten Metalle. Bei Verwendung eines hochwertigen rostfreien Stahls muß
z. B. die Schweißtemperatur über 1575° C hinausgehen. Diese Temperaturen sind genügend
hoch, um das Verbindungsmaterial 16 zu schmelzen, wenn es aus einem keramischen
Frittermaterial besteht. Jedoch kann die Dauer des Schweißstromes zu kurz sein,
um das gesamte keramische Fritterrnaterial zu schmelzen, so daß nur ein örtliches
Schmelzen an den Schweißstellen erfolgt. In diesem Falle ist ein weiteres Erhitzen
des Arbeitsstückes, beispielsweise in einem Ofen, notwendig, um das Schmelzen des
keramischen Frittermaterials zu vollenden. Das geschmolzene Material fließt nun
und verbindet die Kanten des Trägerkernes 10 mit den Außenhäuten 14 und 15 und bildet
gleichzeitig dabei keramische Stege bzw. Kehlen. Die sich ergebende Verbindung zwischen
dein "Trägerkern 10 und den Außenhäuten 14 und 15 besteht danach aus den Schweißverbindungsstellen
und dem keramischen 1-Zaterial, das diese Verbindungsstellen überbrückt. Das sowohl
an den Außenhäuten 14 und 15 als auch an dein Trägerkern 10 anhaftende Material
verstärkt die Schweiß-Punkt-Verbinduiig durch das Anhaften des Materials an beiden
Teilen. Zusätzlich erzeugen die keramischen Stege eine vergrößerte Widerstandsfähigkeit
gegen seitliche Scherbeanspruchungen zwischen dem Trägerkern und den Außenhäuten
14 und 15.
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Falls das Material 16 aus einem Klebstoff aus Kunstharz
besteht, wird der Teil 16 des Kunststoffklebstoffes, der sich nicht im direkten
Wege der Schweißverbindungsstellen befindet, durch die intensive Hitze nicht ungünstig
beeinflußt und kann während des Schweißvorganges teilweise polymerisiert werden.
Nach Vollendung des Schweißens kann die Doppelplatte weiterhin verbessert werden,
indem sie in einen temperaturgesteuerten Ofen eingebracht wird. um den Polymerisationsvorgang
zu ergänzen, der notwendig ist, um den Kunststoffklebstoff vollkommen auszuhärten.
Das Vorhandensein des Materials 16 ergänzt in diesem Falle die Schweißnähte und
schafft Stege, die den Aufbau verstärken, wie in Verbindung mit dein ohengenannten
keramischen Material beschrieben.
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In Fig. 2 sind ähnliche Elemente dargestellt wie in Fig. 1 und mit
gleichen Bezugszeichen bezeichnet. Die Außenhäute 14 und 15 sind wiederum auf beiden
Seiten des Trägerkernes 10 angeordnet. Zwischen diesen Bauteilen sind Lagen aus
Drahtgewebe 22 angeordnet, das in bekannter Weise aus einer 1netallischen Lötlegierung
hergestellt ist. Während des Schweißvorganges sind die an den Verbindungsstellen
zwischen Träger und Kern erzielten Temperaturen höher als die Schmelztemperaturen
der Lötlegierungen. So schmilzt eine Anzahl von Lötlegierungen bei Temperaturen,
die wesentlich niedriger liegen als die erreichten Schweißtemperaturen, die beispielsweise
in der Größenordnung von 1575° C beim Schweißen von rostfreiem Stahl liegen können.
Silberlötlegierungen schmelzen beispielsweise im ungefähren Temperaturbereich von
648 bis 787° C und Nickellötlegierungen im ungefähren Bereich von 1065 bis 1204°
C. Daher schmilzt die Lötlegierung und verbindet die Zellenkanten des Trägerkernes
10 mit den Außenhäuten 14 und 15. Wie im Zusammenhang mit dem keramischen F rittermaterial
beschrieben, kann der Schweißzyklus von so kurzer Dauer sein, daß nur ein örtliche:
Schmelzen der Lötlegierung erfolgt. Infolgedessen kann das Arbeitsstück weiterhin
in einem Ofen erhitzt werden, um die Lötlegierung vollständig zu verschmelzen, wodurch
eine weitere Verstärkung erzielt wird, indem Stege und Kehlen gebildet werden, die,
wie oben beschrieben, wirksam den seitlichen Scherbeanspruchungen zwischen dem Trägerkern
10 und den Außenhäuten 14 und 15 Widerstand leisten.
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Falls erwünscht, kann in bekannter Weise ein Metallfolienfilm 23,
wie in Fig. 3 gezeigt, der ebenfalls aus einer metallischen Lötlegierung hergestellt
wird, zwischen den Außenhäuten 14 und 15 und dem Trägerkern 10 eingebracht werden,
um die gleiche Funktion auszuüben wie das Drahtgewebe 22.
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In Verbindung mit den in Fig. 2 und 3 gezeigten Aufbauten ist es klar,
daß zunächst der Schweißstrom die Außenhäute 14 und 15, die Kanten des Trägerkernes
10 und die Lötlegierung 22 oder 23 erhitzt, um diese Teile zu schmelzen. Danach
werden der Trägerkern 10 und die Außenhäute 14 und 15 in elektrische Berührung miteinander
gepreßt, und es ergeben sich Schweißverbindungen an voneinander entfernt liegenden
Punkten, um die Schweißoperation zu vollenden. Die geschmolzene Lötlegierung verbindet
natürlich die Teile in den Zwischenräumen zwischen den Schweißverbindungen noch
weiter zusätzlich.
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Im weiteren Zusammenhang mit der Verwendung von metallischen Lötlegierungen
können diese in Form einer Suspension feiner Teilchen in einem geeigneten Trägermaterial
verwendet werden. Eine solche Mischung kann in ähnlicher Weise wie das in Fig.1
gezeigte Material 16 auf die Kanten des Trägerlcernes 10 aufgebracht werden,
die an die Außenhäute 14 und 15 stoßen.
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Die in Verbindung mit der W iderstandsschweißung der Häute 14. und
15 an den Trägerkern 10 dargelegten Prinzipien können auch dort verwendet werden,
wo ein hIetalldrahtgewebe oder 1letalltucli aus dem gleichen Material wie dem der
Außenhäute 14 und 15 und des Kernes 10 oder ein finit diesen verschweißbares Material
dazwischen eingebracht ist. So können die zusätzlichen Verbindungsmaterialien zwischen
dem Trägerkern 10 und dem Metalltuch und auch zwischen den Außenhäuten 14 und 15
und dem 1lletalltuch angeordnet sein. Wie vorstehend beschrieben. überbrückt dieses
zusätzliche Verbindungsmaterial die Zwischenräume zwischen den Schweißstellen, um
der endgültigen Doppelplatte eine zusätzliche Stärke zu verleihen.
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Bei jeder der vorstehend beschriebenenAusführungsformen ist es vorzuziehen,
einen mit einem hochleitfähigen Überzug versehenen Trägerkern 10 zu verwenden, um
den elektrischen Widerstand des Strompfades durch den Kern zu verringern. Eine solche
Verstärkung der Stromleitfähigkeit, zusammen mit der zusätzlichen von dem Verbindungsmaterial
entsprechend den Prinzipien der vorliegenden Erfindung verliehenen Festigkeitserhöhung,
gestatten die Herstellung einer äußerst starren und kräftigen Bienenwaben-Doppelplatte,
die in der Lage ist, Beanspruchungen auszuhalten, die weit über denen liegen, die
Aufbauten aufweisen, die in der Vergangenheit mit üblichen Schweißmethoden hergestellt
wurden.