DE69206346T2

DE69206346T2 - Lichtbogenschweissen zum Verbinden an einem Träger ein metallisches Element.

Info

Publication number: DE69206346T2
Application number: DE69206346T
Authority: DE
Inventors: Dieterlambda Mauer; Wolflambda Renner
Original assignee: Newfrey LLC
Current assignee: Newfrey LLC
Priority date: 1991-08-02
Filing date: 1992-07-28
Publication date: 1996-07-04
Anticipated expiration: 2012-07-29
Also published as: JPH05200557A; CZ231092A3; US5541383A; EP0526164B1; DE69206346D1; US5393164A; ES2079801T3; EP0526164A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer Lichtbogenschweißverbindung zwischen einem Tragteil als die eine Elektrode und einem Metall-Bauteil mit einer durchgehenden Ausnehmung, in die ein bolzenartiges Einschweißteil als die andere Elektrode eingeführt ist, das durch Lichtbogenschweißung mit dem Tragteil und dem Bauteil fest verbunden ist.
Ein Verfahren dieser Art ist aus der DE-AS 1 565 563 bekannt. Bei diesem Verfahren wird an einem Stahlträger ein Schalungsblech angeordnet, wozu das Schalungsblech mittels einer an dem Stahlträger angeschweißten Stahlscheibe gegen den Stahlträger gedrückt wird. Die Verschweißung zwischen der Stahlplatte und dem Stahlträger erfolgt mittels eines die Stahlplatte durchsetzenden Bolzens, der außerdem durch ein Loch in dem Schalungsblech geführt ist. Der Bolzen wird durch Lichtbogen-Stumpfschweißung mit dem Stahlträger verschweißt, wobei sich eine durchgehende Schweißverbindung zwischen dem Stahlträger; dem Bolzen und der Stahlplatte ergibt. Diese Schweißverbindung wird durch das Schalungsblech darum nicht gestört, weil dessen Loch ausreichend groß ist, so daß seine Ränder noch einen erheblichen Abstand von der Schweißverbindung aufweisen. Weiterhin darf das Schalungsblech auch nicht in die Schweißverbindung einbezogen werden, weil es üblicherweise mit einem eine Korrosion verhindernden Überzug versehen ist, z.B. Verzinkung oder Kunststoff. Diese Überzüge, insbesondere Zink, würden beim Schweißvorgang verdampfen. Der dabei in die Schweißverbindung eindringende Dampf beeinträchtigt die das Schweißbad bildende Legierung. Weiterhin bildet das Schalungsblech insofern eine Erschwerung des Schweißvorganges, als es notwendigerweise einen Abstand zwischen dem Stahlträger und der Stahlplatte schafft, der dann von dem Schmelzbad und der daraus entstehenden Schweißverbindung zu überbrücken ist.
Ein Ziel der Erfindung ist es, den durch die Schweißverbindung hergestellten Verbund zwischen einem Tragteil, einem Metall-Bauteil und einem bolzenartigen Einschweißteil besonders innig und mit vergleichbar hoher Festigkeit zu gestalten.
Die Erfindung schafft ein Verfahren zum Herstellen einer Lichtbogenschweißverbindung zwischen einem Tragteil als die eine Elektrode und einem Metallbauteil mit einer durchgehenden Ausnehmung, in welche ein bolzenartiges Einschweißteil als die andere Elektrode eingeführt wird, das mit dem Tragteil und dem Bauteil durch Lichtbogenverschweißung starr verbunden wird, wobei das Einschweißteil aus einem Schaft und einem Kopf besteht, der in bezug auf den Schaftdurchmesser über eine Stufe vergrößert ist, wobei der Kopf in die Ausnehmung in dem auf dem Träger liegenden Bauteil dringt, ein Schmelzbad auf dem Tragteil gebildet wird und das Einschweißteil in das Schmelzbad derart gedrückt wird, daß das Schmelzbad benachbart zur Wand der Ausnehmung den Außenrand des Kopfes und der Stufe umfaßt, wobei das Schmelzbad das Bauteil zumindest in dem Bereich des Randes der Wand der Ausnehmung, die zum Tragteil weist, direkt mit dem benachbarten Tragteil verbindet.
Auf Grund der Gestaltung des Einschweißteiles aus einem Schaft mit demgegenüber vergrößertem Kopf und der Ausnutzung des über den äußeren Rand des Kopfes hochgedrückten Schmelzbades wird einerseits der Raum zwischen der Stirnfläche des Kopfes und dem Bauteil sicher und vollständig dem Schmelzbad ausgefüllt, das in das Tragteil, die Wand der Ausnehmung und das Einschweißteil eindringt und benachbart zur Wand der Ausnehmung hochsteigt, wobei es andererseits über den äußeren Rand des Kopfes und der Stufe strömt. Hierdurch ergibt sich vor allem eine intensive Schweißverbindung in dem Bereich der dem Tragteil zugewandten Kante der Wand der Ausnehmung und dem am Bauteil anliegenden Tragteil und - ähnlich einer Nietverbindung - ein Umgeben des Kopfes im Bereich der Stufe, so daß sowohl das direkt auf dem Tragteil liegende Bauteil an der kritischen Stelle der dem Tragteil zugewandten Kante der Wand der Ausnehmung sicher verschweißt wird und andererseits das Einschweißteil durch das die Stufe übergreifende Schmelzbad ständig an das Tragteil herangezogen wird, wobei das Einschweißteil die über das Schmelzbad mit ihm verbundenen Wandteile der Ausnehmung gegen das Tragteil drückt.
Vorzugsweise besteht das Tragteil aus einem Schaft und einem Kopf, der in bezug auf den Schaftdurchmesser über eine Stufe vergrößert ist und mit seinem Außenrand etwas über das Bauteil hinausragt und in die Ausnehmung in dem Bauteil eindringt, das auf dem Tragteil ruht, und zwar mit einem Vorsprung derart, daß auf Grund der Ausbildung eines Lichtbogens, der sich zu dem vom Träger entfernten Rand der Wand der Ausnehmung erstreckt, der Vorsprung in das Schmelzbad gedrückt werden kann, um die gesamte Wand der Ausnehmung einschließlich ihrer beiden Ränder als auch das Tragteil und den Kopf zu seinem Außenrand bedeckt.
Auf Grund der Ausbildung des Einschweißteiles aus einem Schaft mit einem Kopf, der in bezug auf letzteren vergrößert ist und sich mit seinem Außenrand etwas über das Bauteil hinaus erstreckt, wird der Effekt erreicht, daß der Lichtbogen von der Stirnfläche des Kopfes zu seinem Außenrand wandert, bis er die von dem Tragteil abgewandte Kante der Wand der Ausnehmung erreicht und diese Kante in das Schmelzbad, welches gebildet wird, einbezieht. Das Schmelzbad wird demzufolge zu einem beträchtlichen Maß aus dem Vorsprung oder der Stufe des Einschweißteiles beliefert, das in die Ausnehmung des Bauteiles eindringt, so daß ein Schmelzbad gebildet wird, welches die gesamte Wand der Ausnehmung einschließlich ihrer beiden Ränder und auch das Tragteil und den Kopf im wesentlichen bis zu dessen äußeren Rand bedeckt, wobei die Stufe hinter dem Außenrand des Kopfes verhindert, daß der elektrische Lichtbogen über den Außenrand hinwegwandert. Auf Grund des leichten Vorspringens des Außenrandes über die entsprechende Kante der Ausnehmung ist diese Kante bzw. dieser Rand zuverlässig in dem Schmelzbad eingeschlossen, woraus sich ein zuverlässiges Verschweißen ergibt, das die gesamte Wand der Ausnehmung einschließlich ihrer beiden Ränder und auch das Tragteil und den Kopf bis zu seinem Außenrand bedeckt.
Der Kopf ist vorzugsweise so konstruiert, daß er im wesentlichen in seiner Ausbildung um seinen Außenrand linsenformig ist und der Vorsprung im wesentlichen zylindrisch um die Tiefe der Ausnehmung ragt. Der Vorsprung füllt demzufolge die Ausnehmung und macht eine ausreichende Materialmenge für das Ausbilden eines gleichförmigen Schmelzbades beim Einschmelzen verfügbar.
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist das Ausbilden des Einschweißteiles derart, daß ein automatisches Zentrieren des Einschweißteiles in der Ausnehmung in dem Metallbauteil eintritt, wenn Einschweißteil und Metallbauteil zusammengebracht werden.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird dies dadurch erreicht, daß der Rand des Kopfes als radialer Schmelzrand ausgebildet ist, der vollständig innerhalb der Ausnehmung in dem Bauteil ist und einen im wesentlichen messerförmigen Querschnitt aufweist.
Wenn das Einschweißteil und das Bauteil zusammengebracht werden, wird der messerartige Rand des Kopfes vollständig innerhalb der Ausnehmung des Bauteiles aufgenommen, so daß gewährleistet ist, daß das Einschweißteil nicht etwas seitlich in der Nähe oder teilweise in der Nähe der Ausnehmung des Bauteiles ruht. Ein vollständiges Einführen des Randes des Kopfes des Einschweißteiles in die Ausnehmung garantiert demzufolge ein Zentrieren des Einschweißteiles und der Ausnehmung, so daß ein koaxiales Zentrieren nicht erforderlich ist. Selbst wenn der Rand des Einschweißteiles tatsächlich an der Innenfläche der Ausnehmung ruht, findet eine Lichtbogenausbildung anfänglich an dem Kontaktpunkt statt, wenn der Lichtbogen eingeschaltet ist, und ein radialer Abstand ist zwischen dem Kopf und der Ausnehmung gebildet, wenn der Rand dort abschmilzt, so daß der Lichtbogen zwischen dem Kopf und dem Bauteil abschließend über den gesamten Rand des Einschweißteiles verteilt ist und der gesamte Rand schmelzen wird. Hierdurch wird ein Abstand zwischen dem Kopf und der Ausnehmung erzeugt, welcher derart ist, daß der Lichtbogen über die Krümmung verläuft und sich dort konzentriert. Diese Verteilung des Lichtbogens über den gesamten Rand des Kopfes des Einschweißteiles verursacht ein Abschmelzen, welches sich über den gesamten Rand auf Grund dessen messerförmigen Querschnitt erstreckt, und demzufolge ergibt sich ein Schmelzbad in dem Bereich des Bodens der Ausnehmung, in welches das Einschweißteil abschließend zum Verschweißen des Bauteiles mit dem Tragteil gedrückt werden kann, wie dies beschrieben ist.
Der messerartige Querschnitt in dem Bereich des Randes des Kopfes gewährleistet ein schnelles Abschmelzen dieses Randes und demzufolge das direkte Ausbilden des Schmelzbades. Der messerförmige Querschnitt wird im Prinzip noch dann aufrechterhalten, wenn der Schmelzrand als eine dünne Scheibe geformt ist, die sich radial von dem Kopf erstreckt, wenn sich die dünne Scheibe radial von dem Kopf ragt, da diese dünne Scheibe schnell abgeschmolzen werden kann und das Schmelzbad sich folglich entsprechend schnell ausbildet.
Ein weiteres Ziel ist es, das Einschweißteil so auszubilden, daß während des Schweißvorganges eine im wesentlichen gleichmäßige Wärmeverteilung über das Einschweißteil geschaffen wird. Gemäß der Erfindung wird dies dadurch erreicht, daß das Einschweißteil mit einer Bohrung versehen wird, die sich durch den Schaft in den Kopf erstreckt und derart ist, daß die Wanddicke des Schaftes in dem Bohrungsbereich annähernd der Dicke der Stirnwand der Bohrung der Schweißzone im verschweißten Zustand entspricht.
Die sich in den Kopf erstreckende Bohrung ergibt einerseits einen Wärmeverlust, der beträchtlich in bezug auf ein kompaktes Einschweißteil während des Schweißvorganges reduziert ist, die einen bedeutsamen Einfluß auf die Energieanforderung für das Schweißverfahren hat und andererseits eine Wärmeverteilung über alle zu verschweißenden Teile, die sich im wesentlichen gleichmäßig über die Teile ausdehnt, so daß ein extremes Erhitzen an besonderen Punkten der zu verschweißenden Teile verhindert ist. Die Wärmekapazität des Einschweißteiles, die auf Grund der sich in den Kopf erstreckenden Bohrung reduziert ist, führt ebenfalls zu einer im wesentlichen gleichförmigen Abkühlungsgeschwindigkeit über den gesamten Schweißbereich während des Abkühlens, so daß die Schweißverbindung von inneren Spannungen freigehalten ist.
Es ist zweckmäßig, den Durchmesser der Bohrung an den Umfang der Spreizbacken eines Setzwerkzeuges anzupassen, das als Schweißwerkzeug ausgebildet ist, so daß das Einschweißteil auf gewünschte Weise gefördert werden kann, d.h. von einem Magazin entnommen, zu der Schweißstelle transportiert und dort positioniert wird. Das Ergreifen des Einschweißteiles über die Wand der Bohrung gestattet beträchtliche Spreizkräfte und folglich einen guten Kontakt, so daß im wesentlichen kein schädlicher Transmissionswiderstand an dem Kontaktpunkt aufgebaut werden kann. Das Ergreifen des Einschweißteiles vom Inneren her gestattet ein besonders genaues Positionieren, da im wesentlichen keine Verschiebung eintreten kann, wenn das Einschweißteil von den Spreizbacken ergriffen wird.
Zur Vervollständigung sei auf folgenden Stand der Technik hingewiesen.
In der DE-OS 3 149 513 ist ein Verfahren zum Befestigen von Platten an Aluminiumblechen beschrieben, bei dem die Platten im Sinne des vorstehend genannten Metallbauteiles mit einem Loch versehen sind, in das ein Aluminiumbolzen als Elektrode für einen Lichtbogen-Schweißvorgang eingesetzt wird. Der Bolzen soll damit nur mit seiner Stirnfläche (im Sinne des vorstehenden Tragteiles) verbunden werden, da die an dem Blech zu befestigende Platte auf der dem Blech zugewandten Seite mit einer Einsenkung versehen ist, die während des Schweißvorganges herausspritzendes Metall aufnimmt und damit verhindert, daß dieses Metall zwischen Platte und Blech gelangt. Die Befestigung der Platte am Blech erfolgt durch den Aluminiumbolzen, der pilzartig ausgebildet ist und mit seinem an seiner Unterseite schwach konisch ausgebildeten Kopf auf die Platte drückt. Die dabei auftretenden Zugkräfte werden dann allein von der Verschweißung an der Stirnfläche des Bolzens aufgefangen, da eine umfassende Verschweißung, die auch die Platte einbezieht, bei dem Verfahren nicht beabsichtigt ist. Der bei der erläuterten Erfindung herausragende Gedanke der Einbeziehung der Wand der Ausnehmung in die Verschweißung und vor allem das Übergreifen des Schmelzbades über die Stufe fehlt also bei der sich mit dem bekannten Verfahren ergebenden Gestaltung vollständig.
Bei einem weiteren bekannten Verfahren zum Anschweißen von Bolzen an einen Träger mit zwischengeschaltetem verzinktem Blech unter Anwendung des Bolzenschweißverfahrens wird so vorgegangen, daß das in dem Blech notwendige Loch für die Durchführung des Bolzens und seine Verschweißung mit dem Träger mittels Durchbrennen des Bleches während des Brennens des für das Schweißen erforderlichen Lichtbogens ausgebildet werden. Dieses Brennen des Lichtbogens während des Durchbrennens des Bleches wird so eingestellt, daß dabei entstehende Zinkdämpfe vor dem Einsetzen des eigentlichen Schweißstromes für die Verbindung von Bolzen und Träger bereits entfernt sind. Schließlich sei noch auf die GB-PS 1 000 577 verwiesen, in welcher ein Schweißbolzen offenbart ist, der aus einem Schaft und einem demgegenüber erweiterten Kopf besteht, dessen Stirnfläche die Schweißstelle bildet. Die Stirnfläche kann konisch oder gewölbt ausgebildet sein. Im Falle der Ausbildung mit einem erweiterten Kopf geht die Wölbung über eine scharfe Kante in einen sich in Richtung zum Schaft verjüngenden Konus über, an den sich dann der zylindrische Schaft anschließt. Darüber hinaus ist dieser Druckschrift hinsichtlich der Verwendung dieses Schweißbolzens nichts zu entnehmen.
Die Erfindung wird nachfolgend an Ausführungsbeispielen an Hand der beigefügten Zeichnung näher erläutert.
In der Zeichnung zeigen:
Fig. 1 die Anordnung von Tragteil, Metallbauteil und Einschweißteil in der Kontaktposition zwischen Tragteil und Einschweißteil;
Fig. 2 die Anordnung nach Fig. 1, wobei das Einschweißteil von dem Tragteil angehoben ist und ein Lichtbogen gebildet ist;
Fig. 3 die Anordnung nach Fig. 1 mit einem erstarrten Schmelzbad;
Fig. 4 perspektivisch zwei Metallbleche, die unter Verwendung der Ausführungsform nach Fig. 1 und des Einschweißteiles zusammengeschweißt sind, welches von dem oberen Metallblech abragt;
Fig. 5 eine Seitenansicht eines anderen Einschweißteiles;
Fig. 6 das in Fig. 5 gezeigte Einschweißteil, das von einem Setzwerkzeug ergriffen und in die Schweißposition gebracht ist;
Fig. 7 das Einschweißteil nach Fig. 5, welches mit einem Tragteil und einem Metallbauteil verschweißt ist;
Fig. 8 die Anordnung von Tragteil mit Metallbauteil und einem modifizierten Einschweißteil in der Kontaktlage zwischen Träger und Einschweißteil;
Fig. 9 die Anordnung nach Fig. 8 nach dem elektrischen Lichtbogenschweißen mit einem verfestigten Schmelzbad;
Fig. 10 eine vierte Variante des Einschweißteiles, das in ein Metallbauteil eingesetzt ist, mit einem seitlichen Kontakt des Randes des Einschweißteiles an der Innenfläche der Ausnehmung;
Fig. 11 eine Draufsicht auf das Einschweißteil nach Fig. 10;
Fig. 12 das Einschweißteil nach Fig. 10 mit einem Zündlichtbogen;
Fig. 13 eine Abänderung der Ausbildung des Randes des Einschweißteiles nach Fig. 10 mit einer scharf auslaufenden Kante;
Fig. 14 eine weitere Abänderung der Ausbildung des Randes des Einschweißteiles nach Fig. 10.
Unter Bezugnahme auf die Ausführungsform nach Fig. 1 bis 4 ist in Fig. 1 das Tragteil 1 gezeigt, welches aus einem Metallblechstück gebildet ist und auf welchem direkt ein Metallbauteil 2 angeordnet ist, das beispielsweise aus einem Metallblechstreifen geformt sein kann. Das Metallbauteil ist mit einer Ausnehmung 3 versehen, die im einfachsten Fall eine runde Bohrung ist, in die das Einschweißteil 4 eingesetzt ist. Das Einschweißteil 4 wird von einem Schweißwerkzeug gehalten, von dem lediglich Haltebacken 5 und 6 schematisch dargestellt sind. Da das Lichtbogenschweißverfahren, welches in diesem Zusammenhang eingesetzt wird, ein bekanntes Verfahren ist, wird Bezug genommen auf bekannte Schweißwerkzeuge, die mit entsprechenden Klemmbacken versehen sind.
Das Einschweißteil 4 weist einen Schaft 7 auf, der vorzugsweise zylindrisch ausgebildet ist. Der Schaft 7 führt über den Konus 8 in den Rand 9, der ebenfalls vorzugsweise zylindrisch ausgebildet ist. Die ballig geformte Wölbung 10 schließt sich an den Rand 9 an. Demzufolge bilden der Konus 8, der Rand 9 und die Wölbung 10 einen Kopf 11, dessen durch den Rand 9 vorgegebener Außendurchmesser größer als der Durchmesser des Schaftes 7 ist. Der Durchmesser des Kopfes 11 ist kleiner als die Öffnung der Ausnehmung 3, so daß der Kopf 11 in der Ausnehmung 3 in bezug auf das Bauteil 2 im wesentlichen ohne Kontakt gehalten ist. Der Konus 8 bildet die oben erwähnte Stufe, die ebenfalls als eine Radialfläche ausgebildet sein kann. Eine Bohrung 16 ist in dem Schaft 7 vorgesehen und kann dazu dienen, Teile aufzunehmen.
Das Einschweißteil 4 wird gegen das Tragteil 1 mit Hilfe der Haltebakken 5 und 6 gedrückt. Das Tragteil 1 bildet die eine Elektrode und das Einschweißteil 4 die andere Elektrode für eine Spannung, die dazu dient, um einen Schweißlichtbogen zu zünden und wird auf bekannte Weise bei einem Schweißwerkzeug (nicht gezeigt) und dem Tragteil 1 angewandt. Der Schweißlichtbogen wird dann in bekannter Weise gezogen, indem das Einschweißteil 4 von dem Tragteil 1 angehoben wird.
Fig. 2 zeigt die gleiche Anordnung mit dem gezogenen Lichtbogen, der hier durch gestrichelte Linien 12 angedeutet ist, die von der Wölbung 10 ausgehen. Auf Grund des Kontaktes in der Mitte der Wölbung nach Fig. 1 wird der Schweißlichtbogen anfänglich an diesem Punkt gezündet, der nach dem Anheben des Einschweißteiles 4 von dem Tragteil 1 den kürzesten Weg für den Lichtbogen bildet, so daß durch den Lichtbogen verursacht wird, daß das Tragteil in dem Bereich des vordersten Teiles der Wölbung 10 in bezug auf das Tragteil 1 schmilzt. Durch das nachfolgende Erhöhen des Schweißstromes auf bekannte Weise umgibt der Lichtbogen ebenfalls die äußeren Bereiche der Wölbung 10 und führt schließlich in den Bereich des oberen Randes 13 der Ausnehmung 3, wodurch ein Schmelzbad erzeugt wird, welches die gesamte Oberfläche des Tragteils 1 gegenüberliegend der Wölbung 10, die Wölbung 10 und die Wand der Ausnehmung 3 deckt. Ein flacher Konus kann ebenfalls anstelle der Wölbung 10 vorgesehen sein.
Wenn das Einschweißteil 4 wiederum zu dem Tragteil 1 hingebracht wird, taucht das Einschweißteil 4 mit seiner Wölbung 10 in das Schmelzbad und verdrängt dabei die Schmelze, die, wie dies in Fig. 3 gezeigt ist, zwischen dem Rand 9 und der Wand der Ausnehmung 3 ansteigt und schließlich über den Rand 9 und den Konus 8 tritt, wobei der Saum bzw. die Raupe 14 gebildet wird. Bei dem Aufschmelzen und Bilden des Schmelzbades ist der untere Rand 15 der Wand der Ausnehmung 3, der auf dem Träger 1 ruht, im wesentlichen eingeschlossen, so daß das Schmelzbad auch an dieser Stelle gebildet wird, was besonders wichtig für die starre Verbindung ist, wobei das Schmelzbad in das Tragteil 1, das Bauteil 2 und das Einschweißteil 4 eindringt, um somit zwischen diesen Teilen eine innige Verbindung zu schaffen, die besonders durch den Saum 14 verstärkt wird, der wie beim Nietvorgang den Kopf 11 des Einschweißteiles 4 gegen das Bauteil drückt.
In Fig. 4 ist die Schweißverbindung zwischen dem Tragteil 1 und dem Bauteil 2 perspektivisch dargestellt. Das Schweißteil 4 ragt von dem Bauteil 2, um welches sich der durch das angestiegene Schmelzbad gebildete Saum 14 erstreckt und zusätzlich das Einschweißteil 4 umfaßt.
Das Tragteil und das Metallbauteil können Metallbleche o.dgl. sein. Es ist auch möglich, das Metallbauteil als ein stärkeres Konstruktionsteil auszubilden, welches dann lediglich mit der oben beschriebenen Ausnehmung versehen werden muß, in welche der Kopf des Einschweißteiles eindringen muß. Die beschriebene Lichtbogenschweißverbindung ist ebenfalls insbesondere für das Verschweißen von Aluminiumteilen geeignet, bei denen ein Verschweißen bekanntlich schwierig ist. Insbesondere können Aluminiumbleche miteinander nur mit Schwierigkeiten mit dem bekannten Punktschweißverfahren verbunden werden, da die auf den Aluminiumblechen vorhandene Oxidhaut durchbrochen werden muß. Abgesehen davon ist beim Punktschweißen darauf zu achten, daß die auf die Bleche aufgesetzten Elektroden relativ schnell verschmutzen und demzufolge ständig gereinigt werden müssen. Mit der Lichtbogenschweißverbindung gemäß der Erfindung liegen andererseits ständig neue Elektroden vor, nämlich einerseits in der Form des Tragteils und andererseits in der Form des Einschweißteiles.
Unter Bezugnahme auf die Ausführungsform nach Fig. 8 und 9 zeigt Fig. 8 das Tragteil 1, das aus einem Metallblechstück gebildet ist und auf welches das Metallbauteil 2 direkt aufgelegt ist, das beispielsweise aus einem Metallblechstreifen geformt sein kann. Das Metallbauteil 2 ist mit der Ausnehmung 3, im einfachsten Fall einer runden Bohrung versehen, in die das Einschweißteil 4 eingesetzt ist. Das Einschweißteil 4 wird in bekannter Weise von einem Schweißwerkzeug gehalten.
Das Einschweißteil 4 weist einen Schaft 7 auf, der vorzugsweise zylindrisch ausgebildet ist. Der Schaft 7 geht in den linsenförmig ausgebildeten Kopf 11 über, der über die konische Stufe 8 bis zu seinem äußeren Rand 9 reicht. Der äußere Rand 9 steht geringfügig über das Bauteil 2 vor, d.h. bei zylindrischer Ausbildung weist der Rand 9 einen etwas größeren Durchmesser als die Ausnehmung 3 auf. An den linsenförmigen Kopf 11 schließt sich dann eine Stufe 17 an, welche in die Ausnehmung 3 eindringt und schließlich in den Konus 10 führt, der mit seiner Spitze 18A auf dem Tragteil 1 aufliegt. Das Einschweißteil 4 und das Tragteil 1 bilden die beiden Elektroden für den elektrischen Lichtbogen, der gebildet wird, wobei ein elektrischer Kontakt zwischen dem Tragteil 1 und dem Bauteil 2 ebenfalls auf Grund des Aufliegens des Metallbauteiles 2 auf dem Tragteil 1 vorhanden ist.
Die Stufe 17 hat einen etwas geringeren Durchmesser als die Ausnehmung 3, so daß nach Zurückziehen des Einschweißteiles 4 von dem Tragteil 1 ein elektrischer Lichtbogen zwischen dem Konus 10 und dem Tragteil 1 gebildet wird, der sich unter entsprechender Zunahme des Schweißstromes über den gesamten Vorsprung 3 und den Kopf 11 zu dessen äußeren Rand 9 ausdehnt. Der elektrische Lichtbogen verursacht das Schmelzen des oberen Randes 13 in dem Bereich zwischen dem äußeren Rand 9 und dem oberen Rand 13 des Bauteiles 2. Das gebildete Schmelzbad zwischen dem Konus 10 und dem Tragteil 1 wird ebenfalls von Material von der Stufe 17 beliefert, so daß ein Eindrücken des Einschweißteiles 4 in das Schmelzbad ein Verschweißen über den oberen Rand 13 hinaus erfolgt, der dabei teilweise abgeschmolzen wird, wobei eine innige starre Verbindung zwischen dem Einschweißteil 4, dem Bauteil 2 und dem Tragteil 1 gebildet wird.
In Fig. 9 ist das Einschweißteil 4 eingeschweißt gezeigt. Eine Schweißzone 19A ist ausgebildet, die sich zu dem äußeren Rand 9 erstreckt und diesen mit einbezieht. Der geschmolzene äußere Rand 9 liegt im wesentlichen in der Höhe der vom Tragteil 1 abgewandten Oberfläche des Bauteiles 2, wobei die Schweißzone 19A als schwache Erhebung an der Oberfläche des Bauteiles gezeigt ist.
Unter Bezugnahme auf die in Fig. 10, 11, 12 und 13 gezeigte Ausführungsform zeigt Fig. 10 das Tragteil 1, welches aus einem Metallblechstück gebildet ist und auf welchem das Metallbauteil 2 direkt angeordnet ist, das beispielsweise aus einem Metallblechstreifen gebildet sein kann.
Das Metallbauteil 2 ist mit der Ausnehmung 3, im einfachsten Fall einer runden Bohrung ausgebildet, in welche das Einschweißteil 4 eingesetzt ist. Wie oben beschrieben ist, wird das Einschweißteil 4 von einem geeigneten Schweißwerkzeug gehalten und ist in die Ausnehmung 3 eingeführt.
Das Einschweißteil 4 weist einen Schaft 7 auf, der vorzugsweise zylindrisch ausgebildet ist. Der Kopf 11 ist von dem Konus 8, der dünnen Scheibe 9A und der Wölbung 10 gebildet und ist an dem Schaft 7 angesetzt. In diesem Fall ragt die dünne Scheibe 9A in der Form eines Messers oder einer Scheibe von dem Kopf 11 radial auswärts. Der Durchmesser der dünnen Scheibe 9A ist geringer als der Durchmesser der Ausnehmung 3, so daß die dünne Scheibe 9A vollständig innerhalb der Ausnehmung 3 liegt, wenn das Einschweißteil 4 und das Bauteil 2 zusammengebracht sind. Die Höhe der Wölbung 10 und die Dicke des Bauteiles 2 sind entsprechend aufeinander abgestimmt.
Das Einschweißteil 4 wird automatisch in bezug auf das Bauteil 2 zentriert, wenn das Einschweißteil 4 und das Bauteil 2 zusammengebracht werden, weil die dünne Scheibe 9A einen geringeren Durchmesser als die Ausnehmung 3 aufweist, wobei es durchaus möglich ist, daß die dünne Scheibe 9A in Kontakt mit der Wand der Ausnehmung 3 in Berührung kommt, wie dies an der Stelle 12A gezeigt ist.
In Fig. 11 ist das Einschweißteil 4 nach Fig. 10 zusammen mit dem Bauteil 2 insbesondere von der Seite der Wölbung 10 her gezeigt. In Fig. 11 ist der Vorsprung der dünnen Scheibe 9A gezeigt, der sich über den oberen Rand 13 gegenüber der Wölbung 10 hinaus erstreckt. In Fig. 11 ist ebenfalls der Abstand D von dem Kontaktpunkt 12A gezeigt. In dieser Lage des Einschweißteiles 4 in bezug auf das Bauteil 2 entspricht der Abstand D ungefähr der doppelten Durchmesserdifferenz von Einschweißteil 4 und Ausnehmung 3.
In Fig. 12 ist gezeigt, wie der Schmelzvorgang anfänglich in dem Bereich des Kontaktpunktes 12A (siehe Fig. 10) abläuft, und zwar nach Einschalten des Lichtbogens (dargestellt durch die gestrichelten Linien 14). Die dünne Scheibe 9A ist hier durch Abschmelzen verkürzt, bis sie in den Bereich des Konus 8 und der Wölbung 10 übergeht, und da der Abstand zwischen dem Rest der dünnen Scheibe 9A und der Innenwand der Ausnehmung 3 zunimmt, wird der Lichtbogen insbesondere oberhalb der Wölbung 10 verteilt, die demzufolge abschmilzt und zu einem Schmelzbad auf dem Grund des Bauteiles 2 an der Oberfläche des Tragteiles 1 führt, wobei in dieses Schmelzbad das Einschweißteil abschließend eintaucht, wobei sich das Schmelzbad über die gesamte Wölbung 10, dem gegenüberliegenden Bereich des Tragteils 1 und der Innenwand der Ausnehmung 3 erstreckt. Eine sichere Schweißverbindung zwischen dem Bauteil 2 und dem Tragteil 1 wird auf diese Weise durch das geschmolzene Material abschließend erzeugt, das von der dünnen Scheibe 9A abgeschmolzen ist.
Fig. 13 zeigt eine Abänderung der Ausbildung des Einschweißteiles. In diesem Fall geht das Einschweißteil über den Konus 11 in eine scharf auslaufende Schneidkante 15A über, wobei die Wölbung 10 zum Konus 11 auf der anderen Seite der Schneidkante 15A weist. Die Schneidkante 15A, die ähnlich der dünnen Scheibe 9A nach Fig. 10 vorspringt, gewährleistet, daß ein schnelles Abschmelzen des Materials des Einschweißteiles 4 in diesem Bereich erfolgen kann. Die Wirkung des Einschweißteiles 4 nach Fig. 13 ist im Prinzip die gleiche wie diejenige des Einschweißteiles 4 nach Fig. 10.
Eine weitere Ausbildung des Einschweißteiles 4 ist in Fig. 14 gezeigt. In diesem Fall läuft der Konus 8 des Einschweißteiles 4 auf eine radiale Fläche 16A auf, die nach außen durch die Kante 17 begrenzt ist, von der sich die Wölbung 10 erstreckt. In Abhängigkeit von der Höhe der Wölbung 10 wird ein mehr oder minder dünner schneidenartiger Rand mit der relativ scharfen Kante 17 ausgebildet und kann in der gleichen Weise zum Abschmelzen gebracht werden, wie dies in den obigen Ausführungsbeispielen beschrieben ist.
Unter Bezugnahme auf die in Fig. 5, 6 und 7 gezeigte Ausführungsform weist das in Fig. 5 gezeigte Einschweißteil 5 einen Schaft 7 auf, der zylindrisch ausgebildet ist. Der Schaft 7 geht über den Konus 8 in den Rand 9 über, der ebenfalls im allgemeinen zylindrische Form aufweist. An den Rand 9 schließt sich die ballig geformte Wölbung 10 an.
Der Konus 8, der Rand 9 und die Wölbung 10 bilden somit einen Kopf 11, dessen durch den Rand 9 gegebener Außendurchmesser größer als der Durchmesser des Schaftes 7 ist. Der Durchmesser des Kopfes 11 ist geringer als die Öffnung der in Fig. 6 gezeigten Ausnehmung 3. Der Konus 8 bildet eine Stufe, die auch als radiale Fläche ausgebildet sein kann. Die Bohrung 16 ist in dem Einschweißteil im Schaft 7 ausgebildet und erstreckt sich in den Kopf 11. Die Stirn- bzw. Endwand 17A der Bohrung 16 weist eine Dicke auf, die annähernd der Dicke der Wand 18 des Schaftes 7 entspricht.
In Fig. 6 ist das Einschweißteil 4 nach Fig. 5 im Schnitt gezeigt, das in die Ausnehmung 3 in dem Metallbauteil 2 eingesetzt ist. Im einfachsten Fall besteht die Ausnehmung 3 aus einer Rundbohrung. Das Metallbauteil 2 liegt direkt an dem Tragteil 1, das aus einem Metallblechstück besteht. Das Metallbauteil 2 wird zusätzlich gegen das Tragteil 1 durch die beiden Preßteile 19, 20 gedrückt.
Gemäß Fig. 6 erfolgt das Fördern und Positionieren des Einschweißteiles 4 durch ein Setzwerkzeug 21, welches die Bohrung 16 mit seinen Spreizbacken 22, 23 ergreift; während dieses Spreizens wird das Einschweißteil 4 vom Innern gespannt gehalten. Die Spreizbacken werden mit Hilfe eines Spreizdornes 14 gespreizt, welcher wie bei bekannten Spreizwerkzeugen die Spreizbacken 22 und 23 auswärts drückt, wenn er zwischen die Spreizbacken 22 und 23 getrieben wird. Das Setzwerkzeug 21 weist insgesamt vier symmetrische angeordnete Spreizbacken auf, von denen die gezeigten Spreizbacken 22, 23 voneinander durch einen Schlitz 25 getrennt sind. Das Setzwerkzeug 21 ist als Schweißwerkzeug ausgebildet, d.h. es ist an einem Pol einer Spannungswelle für Lichtbogenschweißung befestigt. Der andere Pol ist mit dem Tragteil 1 verbunden. Das Einschweißteil 4 und das Tragteil 1 bilden demzufolge die beiden Elektroden für das Lichtbogenschweißen, wobei ein guter Kontakt mit dem Einschweißteil 4 auf Grund der leicht erzeugten beträchtlichen Spreizkraft der Spreizbacken 22, 23 hervorgerufen wird.
Das Einschweißteil 4 wird von dem Setzwerkzeug 21 gegen das Tragteil 1 gedrückt, wobei die Spannungsquelle für das Lichtbogenschweißen mit dem Einschweißteil 4 und dem Tragteil 1 verbunden ist, wie dies oben erwähnt ist. Der Lichtbogen wird dann in bekannter Weise gezogen; für diesen Zweck wird das Setzwerkzeug 21 von dem Tragteil 21 zusammen mit dem Einschweißteil 4 angehoben.
Ein Lichtbogen wird demzufolge zwischen dem Tragteil 1 und dem Einschweißteil 4 gezogen, das zur Ausbildung eines Schmelzbades und gegebenenfalls dem Verschweißen der entsprechenden Teile führt, wie dies bereits erläutert ist.
Die abschließende Schweißverbindung ist perspektivisch in Fig. 7 gezeigt. Sie zeigt den Träger 1 mit dem Bauteil 2, von welchem das Einschweißteil 4 abragt. Eine Raupe bzw. ein Saum 14, der von dem angestiegenen Schmelzbad erzeugt ist, erstreckt sich um das Einschweißteil 4 und umfaßt dieses zusätzlich.
Auf Grund der sich in den Kopf 11 erstreckenden Bohrung 16 bildet das Einschweißteil 4 einen Hohlkörper mit einer Wand, die im wesentlichen die gleiche Dicke insbesondere in dem Bereich der Wand der Bohrung 16 und der Endwand 17A aufweist. Als Ergebnis weist das Einschweißteil eine relativ geringe Wärmekapazität auf, d.h. es kann relativ schnell und gut erhitzt werden. Während des Abkühlens des Einschweißteiles 4 erfolgt dieser Vorgang ebenfalls ohne besonders hohe Wärmekonzentration an einzelnen Punkten des Einschweißteiles, so daß eine im wesentlichen spannungsfreie Schweißzone nach erfolgter Abkühlung vorhanden ist.
Das Tragteil und das Metallbauteil können Metallbleche o.dgl. sein. Es ist auch möglich, das Metallbauteil als festeres Konstruktionselement auszubilden, das dann lediglich mit der obenerwähnten Ausnehmung zu versehen ist, in welche der Kopf des Einschweißteiles einzudringen hat. Die beschriebene Lichtbogenschweißverbindung ist insbesondere auch für das Verschweißen von Aluminiumteilen geeignet, deren Verschweißen bekannterweise schwierig ist. Insbesondere können Aluminiumbleche mittels des bekannten Punktschweißverfahrens nur unter Schwierigkeit miteinander verbunden werden, da die an den Aluminiumblechen vorhandene Oxidhaut aufgebrochen werden muß. Zusätzlich sei hervorgehoben, daß beim Punktschweißen die an die Metallbleche angesetzten Elektroden relativ schnell verschmutzen und demzufolge ständig gereinigt werden müssen. Bei der Lichtbogenschweißverbindung gemäß Erfindung sind andererseits kontinuierlich neue Elektroden vorhanden, nämlich in der Form des Tragteils einerseits und in der Form des Einschweißteiles andererseits. Da beim Verschweißen von Aluminium relativ hohe Ströme erforderlich sind, hat der Kontakt des Einschweißteiles über die Innenwand seiner Bohrung mit den leicht aufgebrachten hohen Kontaktdrücken einen besonders wünschenswerten Effekt.

Claims

1. Verfahren zum Herstellen einer Lichtbogenschweißverbindung zwischen einem Tragteil (1) als die eine Elektrode und einem Metallbauteil (2), welches eine durchgehende Ausnehmung aufweist, in welche ein bolzenartiges Einschweißteil (4) als die andere Elektrode eingeführt wird, das starr mit dem Tragteil (1) und dem Bauteil (2) mittels Lichtbogenverschweißens verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Einschweißteil (4) aus einem Schaft (7) und einem Kopf besteht, der in bezug auf den Schaftdurchmesser über eine Stufe (8) vergrößert ist, wobei der Kopf in die Ausnehmung (3) in dem Bauteil (2) eindringt, welches an dem Tragteil liegt, wobei ein Schmelzbad (14) an dem Tragteil (1) ausgebildet wird und das Einschweißteil (4) in das Schmelzbad (14) derart gedrückt wird, daß das Schmelzbad (14) neben der Wand der Ausnehmung (3) den Außenrand des Kopfes (11) und die Stufe (8) umgibt, wobei das Schmelzbad (14) das Bauteil (2) zumindest in dem Bereich des Randes (15) der Wand der Ausnehmung (3), welcher zum Tragteil (1) weist, direkt mit dem benachbarten Tragteil (1) verbindet.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Einschweißteil (4) aus einem Schaft (7) und einem Kopf (11) besteht, der in bezug auf den Schaftdurchmesser über eine Stufe (8) vergrößert ist, mit seinem Außenrand (9) etwas über das Bauteil (2) hinaus vorspringt und in die Ausnehmung (3) in dem Bauteil (2), welches auf dem Tragteil (1) ruht, mit einem Vorsprung (17) derart eindringt, daß im Abstand von dem Tragteil (1) und der Wand der Ausnehmung (3) der Vorsprung (17) in das Schmelzbad (14) gedrückt werden kann, welches die gesamte Wand der Ausnehmung (3) einschließlich ihrer beiden Ränder (13, 15) und das Tragteil (1) und den Kopf (11) bis zu seinem äußeren Rand (9) bedeckt.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Rand (9, 15, 7) des Kopfes (11) als ein radialer Abschmelzrand ausgebildet ist, der vollständig innerhalb der Ausnehmung (3) des Bauteiles (2) angeordnet ist und einen messerähnlichen Querschnitt aufweist.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Abschmelzrand des Einschweißteiles (4) als eine dünne Scheibe (9a) von dem Kopf (11) vorspringt.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Tragteil (1) aus einem Metallblech besteht.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Einschweißteil (4) aus einem sich mit dem Metall des Tragteiles (1) und des Bauteiles (2) legierenden Metallteil besteht.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die den Lichtbogen zündende Stirnfläche des Einschweißteiles (4) als ein Konus ausgebildet ist.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die den Lichtbogen zündende Stirnfläche des Einschweißteiles als eine Wölbung (10) ausgebildet ist.

9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Stirnfläche mit einer Zündspitze versehen ist.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Stufe (8) in den Schaft (7) übergeht, während sie sich konisch verjüngt.

11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Kopf (11) um seinen äußeren Rand (9) im wesentlichen linsenförmig ausgebildet ist und daß sich die Stufe (17) im wesentlichen zylindrisch um die Tiefe der Ausnehmung (3) erstreckt.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaft (7) zum Befestigen von Bauteilen dient.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Einschweißteil (4) mit einer axialen nicht durchgehenden und zum Kopf weisenden Bohrung (16) versehen ist.

14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrung (16), die sich von dem Schaft (7) in den Kopf (11) erstreckt, derart ausgebildet ist, daß die Wanddicke des Schaftes (7) in den Bereich der Bohrung (16) annähernd der Dicke der Stirnwand (17a) der Bohrung (16) der Schweißzone im geschweißten Zustand entspricht.

15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser der Bohrung (16) dem Umfang von Spreizbacken (22, 23) eines Setzwerkzeuges (21) angepaßt ist, das als Schweißwerkzeug ausgebildet ist und dazu dient, das Schweißteil (4) von einem Magazin aufzunehmen, zu transportieren und es zu positionieren.