Verfahren zum Anschweissen eines Metallbestandteiles an die Aussenseite eines Blechhohlkörpers mittels zweier Presschweiss-Elektroden
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Anschweissen eines Metallbestandteiles an die Aussenseite eines Blechhohlkörpers mittels zweier Pressschweiss-Elektroden. Die Erfindung betrifft ebenfalls ein Mittel zur Durchführung, das Erzeugnis sowie eine Anwendung des Verfahrens.
Das elektrische Pressschweissen, auch Widerstandsschweissen genannt, ist bekanntlich eines der zur Auto maüsierung bestgeeigneten Schweissverfahren und hat in der Praxis bereits zur Entwicklung und Inbetriebnahme von hochleistungsfähigen Schweissautomaten geführt.
Eine Schwierigkeit engt jedoch den Anwendungsbereich des Widerstandsschweissens ein. Diese Schwie rigkeit ergibt sich aus der Notwendigkeit, dass die der Schweiss-Stelle abgekehrten Flächen der miteinander zu verschweissenden Bestandteile in unmittelbaren Kontakt mit den Strom zuführenden bzw. abführenden Elektroden zu bringen sind, damit erstens der Schweissstrom auf kürzestem Weg die den geringsten Leitungsquerschnitt aufweisende Schweissstelle erreicht und dort die notwendige Schweisstemperatur erzeugt und zweitens damit die Elektroden auch den zur Schweissung notwendigen Anpressdruck direkt auf die zu verschwei beenden Teile ausüben können.
Diese Voraussetzungen sind nicht bei allen Formen der zur Verschweissung in Frage kommenden Bestandteile gegeben, insbesondere nicht bei solchen, bei denen die der Schweissstelle abgekehrte Fläche des Bestandteiles nicht ohne weiteres zugänglich ist. Dies trifft für praktisch alle Blechhohlkörper zu. In der Tat ist bei einem Blechhohlkörper, besonders bei einem allseitig geschlossenen oder bei einem mit nur verhältnismässig kleinen Öffnungs-Stutzen, die Innenwand praktisch nicht mehr für eine grossflächige Widerstands-Schweisselektrode zugänglich, so dass es nicht möglich scheint, mittels Widerstandsschweissung einen Metallbestandteil an die Aussenseite eines derartigen Hohlkörpers aus Blech anzuschweissen.
Man musste daher in solchen Fällen z. B. zur Autogen- oder zur Lichtbogen-Schweissung greifen, was im Vergleich zur Widerstandsschweissung mit einem ganz erheblichen Mehraufwand an Arbeit und Zeit verbunden ist, ganz abgesehen davon, dass die Güte der auf diese Weise erzeugten Schweissnaht, namentlich bei dünnwandigen Blechhohlkörpern, nicht immer gewährleistet ist.
Die vorliegende Erfindung bezweckt nun die Schaffung eines Verfahrens der eingangs genannten Art, das die aufgezeigte Lücke im Anwendungsbereich des verhältnismässig leicht automatisierbaren Widerstandsschweissens zu füllen vermag.
Das vorgeschlagene Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass der Schweissstrom und die Anpresskraft quer durch den Hohlraum des Hohlkörpers zur Schweissstelle geleitet werden.
Zur Durchführung des Verfahrens wird ein Mittel vorgeschlagen, das dadurch gekennzeichnet ist, dass ein Zwischenglied mit zwei voneinander abgekehrten Kontaktflächen vorgesehen ist, welche gegeneinander druckfest abgestützt, elektrisch miteinander verbunden und dazu bestimmt sind, an gegenüberliegenden Bereichen der Innenwand des Hohlkörpers anzuliegen.
Das Zwischenglied kann zweckmässig bereits bei der Herstellung des Hohlkörpers selbst in diesen eingebracht und im Bereich der Schweissstelle, z. B. mittels einer Sicke, einer Vertiefung oder eines Schweisspunktes gehaltert werden. Das Zwischenglied stellt bei der Durchführung der nach der Fertigstellung des Hohlkörpers erfolgenden Pressschweissung des Metallbestandteiles gewissermassen eine verlorene Zwischenelektrode dar, die in Serie mit der von aussen her an den Hohlkörper angesetzten Schweisselektrode geschaltet ist und von dieser durch die Wandung des Hohlkörpers hindurch sowohl den Schweissstrom als auch den Anpressdruck übernimmt, quer durch den Hohlraum des Hohlkörpers hindurchleitet und an der gegenüberliegenden Wand des Hohlkörpers wieder abgibt.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele des Verfahrens sind nachstehend anhand der Zeichnung beschrieben.
Es zeigt:
Fig. 1 die Anfangs- (links) und die Endphase (rechts) des zum Anschweissen eines Anschlussnippels an die Flachseite eines Plattenheizkörpers angewandten Verfahrens, wobei der Heizkörper in einem Teilschnitt und der Nippel sowie das Zwischenglied im Schnitt dargestellt sind, und
Fig. 2 in ähnlicher Darstellungsweise wie in Fig. 1 die Anfangs- und die Endphase einer Anwendungsform, bei der zwei Plattenheizkörperelemente parallel zueinander mit einem Verbindungsstutzen verbunden werden.
Man erkennt in Fig. 1 einen Plattenheizkörper 1, der seinerseits durch eine obere Schale 2 und durch eine untere Schale 3 aufgebaut ist. In die Schalen 2 und 3 sind vor ihrem Zusammenfügen zum Heizkörper 1 Vertiefungen 4 und 5 eingepresst worden, so dass beim Zusammenfügen der beiden Schalen ein Hohlraum 11 entsteht. Solche Plattenheizkörper sind bekannt und finden sich z.B. im Schlatter Bulletin Nr. 12s vom Februar 1968 beschrieben. Dabei ist zu bemerken, dass bei solchen Heizkörpern die obere Schale und die untere Schale sowohl als getrennte Bestandteile gepresst und anschliessend umfangsseitig miteinander verschweisst werden können, als auch an einer Kante zusammenhängend in einem Stück gepresst und anschlie ssend längs dieser Kante aufeinandergefaltet und längs den übrigen drei Seitenkanten miteinander verschweisst werden können.
In Fig. 1 ist von allen Hohlräumen in einem solchen Heizkörper nur der Hohlraum 11 dargestellt.
Von der oberen Schale 2 ist nur eine Seitenkante 6 und von der unteren Schale 3 ebenfalls nur eine Seitenkante 7 dargestellt, die miteinander mit einer Pressschweissnaht 8 verbunden sind.
In der unteren Schale 3 ist eine Anschlussbohrung
9 ausgebildet, an der es im vorliegenden Beispiel gilt, ein T-Stück oder Anschlussnippel 14 anzuschweissen.
Nach der herkömmlichen Technik hätte dieser Anschlussnippel an seinem in Fig. 1 oben erscheinenden Ende mittels einer Autogen- oder einer Lichtbogenschweissung manuell an die untere Schale 3 geschweisst werden müssen, zumal der Hohlraum 11 bei fertiggestelltern Heizkörper 1 nicht mehr für eine Press schweiss-Elektrode zugänglich ist.
Im vorliegenden Fall wurde vor der Verbindung der beiden Schalen 2 und 3 miteinander ein den Hohlraum durchquerendes Zwischenglied in Form eines Ringes
12 eingebracht, dessen Innendurchmesser grösser als der Durchmesser der Anschlussbohrung 9 ist. Um den Ring
12 bei geschlossenem Heizkörper gegen eine Verschie bung zu sichern, ist die Anschlussbohrung 9 derart aus geführt, dass die Bobrungskanten 10 sich in den Hohl raum 11 und in den Ring 12 hineinerstrecken und somit zur genauen Positionierung des Ringes 12 in bezug auf die Bohrung 9 dienen. Ausserdem weist der Ring 12 eine Reihe von am Umfang regelmässig verteilten, durchgehenden Radialbohrungen 13 auf, die dazu be stimmt sind, das beim Betrieb des Heizkörpers 1 durch die Anschlussbohrung 9 zugeführte Medium in den den
Ring 12 umgebenden Hohlraum 11 weiterzuleiten.
Es versteht sich, dass der Gesamtquerschnitt der Bohrungen 13 zu diesem Zweck mindestens so gross, vorteilhaft aber etwas grösser als der Durchlassquerschnitt der Boh rung 9 gewählt wird.
Der bereits erwähnte Anschlussnippel 14 ist sowohl an seinem oberen wie an seinem unteren Ende auf herkömmliche Weise vorbearbeitet, um eine Pressschweissung zu ermöglichen. Diese Vorbearbeitung besteht (am oberen Ende) in der Ausbildung einer inneren Fase 19 einer an diese anschliessenden äusseren Fase 20 und an einer an die äussere oder innere Fase anschlie ssenden Anschlagschulter 18, die im vorliegenden Fall an die innere Fase anschliesst.
Die entsprechenden vorbearbeiteten Flächen an dem unteren Ende des Anschlussnippels 14 sind die innere Fase 22 und die äussere Fase 23 und die Anschlagschulter 21.
Dass im vorliegenden Beispiel die Kante zwischen den beiden Fasen 19 und 20 bzw. 22 und 23 näher am Aussendurchmesser des geraden Abschnittes 15 des Nippels 14 als am Innendurchmesser gewählt wurde, hat seinen Grund darin, dass mit bei gleichen Gesamtabmessungen des Nippels eine grössere Toleranz in der Positionierung des Nippels 14 in bezug auf die Bohrung 9 zugestanden werden kann.
Der dargestellte Nippel 14 besitzt auch einen mit einer Innenbohrung 32 mit Innengewinde 17 versehenen abzweigenden Schenkel 16, an den z. B. ein Leitungsrohr, ein Entlüftungshahn oder ein Zuführventil auf herkömmliche Weise angeschlossen werden kann. Es versteht sich aber, dass der Nippel 14 auch mehr als eine Abzweigung aufweisen kann, wodurch sich an der selben Stelle z. B. eine Leitung und zugleich ein Entlüftungshahn, oder ein Anschlussventil und ein Entlüftungshahn anschliessen lassen.
Im dargestellten Beispiel ist vorgesehen, das untere Ende des Nippels 14 mit einem anzuschweissenden Deckel 24 zu verschliessen. Dieser Deckel 24 weist eine eingepresste Vertiefung 25 auf, so dass der Deckelboden 31, etwa wie dargestellt, in den Innendurchmesser des Nippels passt. Diese Anordnung, nämlich von oben nach unten der Reihe nach, obere Schale 1, Ring 12, untere Schale 3, Nippel 14 und Deckel 24, wird nun zwischen Plattenelektroden E1 und E9 einer Press schweissmaschine (nicht dargestellt) gebracht. Die Elek troden E1 und E2 sind mittels Leistungen 28 bzw. 29 an eine gesteuerte Stromquelle P angeschlossen.
Danach wird den Elektroden El und E2 ein Stromstoss zugeführt und zugleich ein in Richtung der Pfeile
30 (Fig. 1) wirkender Druck vermittelt.
Der nun an den Scheiteln zwischen den Fasen 19 und 20 sowie 22 und 23 einsetzende Vorgang ist die bekannte Pressschweissung. Dabei entstehen die Pressschweissnähte 26 und 27, und der Nippel l4 verkürzt sich um das Mass 2h (Fig. 1 links) nämlich um jenes
Mass, bis die Anschlagschulter 18 bzw. 21 zum Auf liegen auf die zugekehrten und zugeordneten Flach seiten kommen. Damit sinkt die Stromdichte im Be reich der Schweissstelle sprungartig infolge Erhöhung der Kontaktfläche, der Schweissvorgang ist somit be endet.
In Fig. 2 ist eine Anwendungsform des Verfahrens dargestellt, bei dem in einem Arbeitsgang zwei Platten heizkörper parallel zueinander über ein Verbindungs stück aneinander angeschweisst werden.
Man erkennt in der oberen Hälfte der Fig. 2 und mit den gleichen Hinweisziffern versehen den Platten heizkörper 1. Der einzige Unterschied gegenüber Fig. 1 besteht darin, dass der als Zwischenglied dienende Ring
12 nicht mit den eingezogenen Kanten der Bohrung 9 zentriert ist, sondern mittels einer in der oberen Schale 2 eingedrückten Vertiefung 33, die in der Art eines Eindrückdeckels in den Ring 12 eingreift.
Anstelle des Nippels 14 tritt bei dieser Anwendungsform ein Verbindungsstück 114, das an seinen beiden Enden wiederum eine äussere Fase 120 bzw. 123, eine innere Fase 119 bzw. 122 und daran anschliessend, eine Anschlagschulter 118 bzw. 121 aufweist.
Der zweite Plattenheizkörper ist mit 101 bezeichnet.
Er ist aus einer oberen Schale 102 und einer unteren Schale 103 aufgebaut, welche an ihren Seitenkanten 106 bzw. 107 mittels einer Pressschweissnaht 108 dicht miteinander verschweisst sind. Durch eingepresste Vertiefungen 104, 105 umschliessen die beiden Schalen 102, 103 einen Hohlraum 111, in welchen ein Ring 112 mit Radialbohrungen 113 zu demselben Zweck wie der Ring 12 eingebracht und mittels einer Vertiefung 133 zentriert ist.
Während die obere Elektrode E1 hier wiederum auf die obere Schale des Heizkörpers 1 angesetzt ist, ist die untere Elektrode E2 an die untere Schale 103 des Heizkörpers 101 angesetzt. Nun wiederholt sich der im Zusammenhang mit Fig. 1 beschriebene Vorgang, wobei zwei Schweissnähte 126 und 127 entstehen, die das Verbindungsstück 114 mit dem oberen und mit dem unteren Heizkörper verbinden.
Zu bemerken ist hier, dass dem Verbindungsstück 114 in diesem Fall nicht nur die Aufgabe zufällt, eine dichte Verbindung zwischen den Hohlräumen 11 und 111 herzustellen, sondern auch den nach der Verschweissung verbleibende Abstand von Heizkörper zu Heizkörper zu bestimmen. Dieser Abstand entspricht im wesentlichen dem Abstand der Anschlagschulter 118 von der Anschlagschulter 121.
Da die Fig. 1 und 2 zur besseren Verdeutlichung nicht massstäblich wiedergegeben sind, seien Beispiele für die verwendeten Werkstoffe und für die Abmessungen der anhand von Fig. 1 und 2 beschriebenen Anwendungsformen einige Zahlenwerte genannt.
- Heizkörper 1 oder 101 (tiefgezogenes Eisenblech):
Blechstärke 1,25 mm - Zwischenring 12 oder 112 (Stahl oder Temperguss)
Innendurchmesser max. 23 mm
Aussendurchmesser min. 32 mm
Anzahl und Durchmesser der Radialbohrungen 13 bzw. 113 67 mm - Anschlussstück 14 oder Verbindungsstück 114 (Temperguss)
Innendurchmesser 23 mm
Aussendurchmesser 32 mm
Anschlussbohrung 32 (falls vorhanden, wie bei Anschlussstück 14, für
Zuführventil und/oder Leitungs anschluss) G 1/2" oder G 3/8"
Anschlussbohrung (nicht dargestellt) für Entlüftung G 1/8" oder G 1/4"
Abstand von Schulter 18 zu Schulter 21 37 mm
Höhe der Fasen (h) 0,7-1 mm
Breite der Schulter 18 oder 21 etwa 2,5 mm
Blechstärke Abschlussdeckel 24 (nur Fig. 1) etwa 1,25 mm - Einstellrichtwerte für Press-Schweissung (50 Hz)
Anpresskraft 1500 Kp
Schweisszeit 20 Per.
Schweiss-Strom 55000 A
Dieses Beispiel sowie weitere durchgeführte Versuche führten zu folgenden empirischen Dimensionierungsregeln, bei denen, unter Verwendung eines Hohlkörpers aus tiefgezogenem Eisenblech und Anschlussstücken aus Temperguss, beste Resultate erzielt wurden.
In den folgenden Formeln bedeuten:
L: Breite der Press-Schweissnaht (26, 27, 126, 127) s: Dicke des Blechs
S: Schweissfläche, d. h. Gesamtfläche, die an einer
Schweiss-Stelle zur Verschweissung gelangt D,d: Aussendurchmesser bzw. Innendurchmesser des anzuschweissenden Nippels oder Anschluss-Stückes
N: Querschnittsfläche des Anschluss-Stückes h: Höhe der Fasen 20, 23, 120, 123 Lmin ¯ 1,1,1.1zu1,2 s ; s: ¯ 1/2 (D + d) :r Lmin;Y2(D$d).Lmin; N = Dz - - d2 - , 3 S = 31 (D + d) 3d Lmin;
4 4
Daraus: L,, N (D-d)) und
6 D-d6,6.
. 7,2 s; L ¯L
2
Als Dimensionierungsangabe für den Innen- und Aussendurchmesser für das Zwischenglied 12 möge dienen, dass dessen nutzbare Querschnittsfläche vorteilhaft grösser als die Schweissfläche S sein soll, aber nicht die Grösse der Querschnittsfläche N zu erreichen braucht. Dabei soll unter nutzbare Querschnittsfläche im Zusammenhang mit dem Ring 12 jene Fläche verstanden werden, die bei einem Schnitt quer zur Ringachse und auf der Höhe der Achsen der Bohrungen 13 angeschnitten würde.
Es versteht sich, dass bei der anhand der Fig. 2 beschriebenen Ausführungsform das Verbindungsstück 114 ohne weiteres durch ein T-Anschlussstück 14, wie in Fig. 1 beschrieben, oder mit einem Verteilstück mit mehreren Anschlussmöglichkeiten, ersetzt werden kann, um Zuführventile, Entlüftungshahnen und/oder Leitungen zu beiden, mit der Heizkörperbatterie verbundenen Heizkörpern 1, 101 anschliessen zu können.
Diese Ausführungsvariante gestattet in einem Arbeitsgang nicht nur, die beiden Heizkörper 1 und 101 miteinander zu verbinden, d. h. parallel zu schalten, sondern zugleich auch die Anschlussmöglichkeit für Ventile, Entlüftungshahnen und/oder Anschlussleitungen zu schaffen.
Zu den vorstehend genannten Massen, Materialangaben und Einstellwerten ist zu sagen, dass sie keinesfalls einschränkend aufgefasst werden sollen. Grundsätzliche Forderungen sind lediglich die Pressverschweissbarkeit des Blechs mit dem Material des Metallteiles und eine genügend hohe Leitfähigkeit sowie mechanische Druckfestigkeit des Zwischengliedes, um unter Beibehaltung der mechanischen Werte sowohl den Schweissdruck als auch den Schweissstrom mit einem Mindestmass an Verlusten der Schweissstelle weiterzuleiten.
Das im Zusammenhang mit der Herstellung von Plattenheizkörpern beschriebene Verfahren bietet inso fern einen erheblichen Vorteil, als man, unabhängig davon, ob Heizkörperbatterien oder auch nur Einzelheizkörper hergestellt werden, mit einem Anschlussstück einer einzigen Art auskommt, was die Automatisierung schlussstück wäre vorteilhaft als Verteilstück auszubilden, d. h. als Rohrleitungsstück, in welches zwei rechtwinklig zueinander und rechtwinklig auf dem Rohrleitungsstück stehende Abzweigungen münden. Dabei würden je nach dem einzelnen Verwendungszweck des mit einem solchen Anschluss-Stück hergestellten Heizkörpers die nicht benötigten Abzweigungen nachträglich z. B. mit einem Stopfen verschlossen.
Dem Formge stalter bleibt weitgehende Freiheit bei der äusseren Formgebung des Anschlussstückes, damit der fertige Heizkörper vom Standpunkt der Ästhetik aus ein befriedigendes Ganzes bildet.