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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Prägen von Schweißbuckeln in ein mit einer organischen Beschichtung versehenes Werkstück in Form eines Bleches und ein Prägewerkzeug dazu, bestehend aus einer Prägematrize und einem Prägestempel, um das Werkstück in einem nachfolgenden Fertigungsschritt mit wenigstens einem weiteren Werkstück nach dem Buckelschweißverfahren thermisch verbinden zu können.
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Aus der Praxis ist es seit langem bekannt, flächige Werkstücke, wie z. B. Bleche, nach dem Buckelschweißverfahren miteinander zu verbinden, wobei im wesentlichen wenigstens eines der Bleche auf seiner Oberfläche wenigstens einen, im Regelfall mehrere sogenannte Schweißbuckel aufweist, mit denen es an der Oberfläche des anderen Werkstücks anliegt (
DE 30 24 333 A1 ;
DE 31 00 677 A1 ;
DE 36 05 115 A1 ;
DE 31 13 754 A1 ).
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Zur Erzeugung vorstehender Schweißbuckel werden in der Praxis an sich bekannte Prägewerkzeuge verwendet, welches auch Prägezangen sein können, die ihrerseits aus einer Matrize und einem derselben gegenübergestellten Stempel bestehen. Die Matrize weist dabei die Negativform der gewünschten Form des Schweißbuckels auf, der seinerseits kegelförmig, linienförmig, gekrümmt, kreislinienförmig, zylinderförmig oder jede andere geeignete Form aufweisen kann, wobei der Stempel als Gegenlager für die Matrize fungiert.
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Bei dem den Widerstandsschweißverfahren zugehörigen Buckelschweißverfahren werden die elektrisch leitenden Werkstücke gegeneinandergedrückt und ein Schweißstromkreis geschlossen, wobei je eine Elektrode des Schweißstromkreises an den zu verbindenden Werkstücken anliegt. Die elektrischen Übergangswiderstände an den Schweißbuckeln sind derart hochohmig, dass beim Schließen des Stromkreises ein großer Teil der zur Verfügung gestellten elektrischen Energie an den durch die Schweißbuckel definierten Berührungspunkten der zu verbindenden Werkstücke in Form von Wärme freigesetzt wird. Durch diese Wärme werden die Schweißbuckel und die von ihnen berührten Oberflächenbereiche des anderen Werkstücks angeschmolzen. Durch den Anpreßdruck nähern sich die Werkstücke an und verschmelzen in den definierten Oberflächenbereichen.
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Nach dem Abkühlen der Werkstücke ist die erzeugte Schmelze erstarrt und die Werkstücke sind dauerhaft miteinander verbunden.
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Des Weiteren werden Stahlwerkstoffe in zunehmendem Maße von den Herstellen mit einer den späteren Anforderungen in der Praxis entsprechenden Oberfläche versehen und an die Verarbeiter derselben ausgeliefert.
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Eine wesentliche Bedeutung wird dabei der Oberflächenveredlung beigemessen, derart, dass auf die Oberfläche von beispielsweise Stahl- oder anderen korrosionsanfälligen Blechen eine organische Beschichtung aufgebracht wird, woraus dann wiederum Verbesserungen bezüglich der Umformeigenschaften, eine Erhöhung der Korrosionsbeständigkeit und Einsparungen von Fertigungsschritten einschließlich der Lackierung resultieren.
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Als geeignete organische Beschichtungen haben sich beispielsweise Pladur®, Polyurethan, Bonazinc® und Zincroplex® bewährt.
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Als nachteilig ist jedoch herauszustellen, dass solche Beschichtungen als elektrische Isolierung wirken und demgemäß vor einem beabsichtigten Fügen nach dem Buckelschweißverfahren abgetragen werden müssen.
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Ferner ist es aus der
DE 43 04 551 C1 bekannt, zur Entfernung organischer Beschichtungen auf Stahlrohren die Wandungen derselben auf Temperaturen zwischen 200 und 350°C und nachfolgend auf 400 bis 550°C zu erwärmen, um einen thermischen Abbau der Beschichtung zu erzielen, dem sich dann eine mechanische Reinigung der Oberfläche anschließt.
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Mit dieser aufwendigen Maßnahme können jedoch nur größere Flächen erfolgreich behandelt werden. Für kleinere, eng begrenzte und annähernd punkt- oder linienförmig sich ausdehnende Flächenbereiche scheint diese Lösung als ungeeignet.
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Hier setzt die nachfolgend beschriebene Erfindung an.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, in Verbesserung des bekannten Standes der Technik ein einfaches und kostengünstiges Verfahren zum Prägen eines mit einer organischen Beschichtung versehenen Werkstücks in Form eines Bleches sowie ein Prägewerkzeug dazu anzugeben, welche geeignet sind, in Vorbereitung des Bleches zum Fügen nach dem Buckelschweißverfahren dasselbe partiell, d. h., lediglich in dem definierten eng begrenzten Prägebereich (Schweißbuckel) von anhaftender organischer Beschichtung zu befreien.
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Erfindungsgemäß wird die Aufgabe in Verbindung mit den Merkmalen im Oberbegriff des Anspruchs 1 nach einem Verfahren gelöst, derart, dass das Prägen der Schweißbuckel bei gleichzeitigem definierten Wärmeeintrag auf den jeweils zu prägenden eng begrenzten Oberflächenbereich des Werkstücks erfolgt.
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In einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Wärmeeintrag matrizen- und/oder stempelseitig erfolgt und derselbe so hoch gewählt wird, dass die organische Beschichtung in kürzester Zeit thermisch abgebaut wird.
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Fernerhin wurde im Rahmen von Versuchen gefunden, dass in Abhängigkeit von der aktuell vorhandenen organischen Beschichtung Temperaturen zwischen 600 und 800°C, vorzugsweise eine Temperatur von 700°C in Anwendung zu bringen ist.
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In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass der Wärmeeintrag über eine beheizbare Prägematrize und/oder einem beheizbaren Prägestempel infolge direktem Kontakt mit der organischen Beschichtung realisiert wird.
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Als zweckmäßig wird dabei angesehen, die Prägematrize und/oder den Prägestempel elektrisch mittels Widerstandsdrähten oder induktiv zu beheizen.
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Die Erfindung betrifft ebenfalls ein Prägewerkzeug zum Prägen von Schweißbuckeln, wobei die Prägematrize und/oder der Prägestempel des Prägewerkzeuges beheizbar ausgeführt sind.
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Weiterhin wird als erfindungsgemäß angesehen, dass die Prägematrize und/oder der Prägestempel elektrisch mittels Widerstandsdrähten oder induktiv beheizbar sind.
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Ferner sieht eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung vor, dass der Prägematrize und/oder dem Prägestempel jeweils ein Temperaturmeßfühler und eine eigene oder gemeinsame Temperaturregeleinrichtung zugeordnet sind.
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Das vorgeschlagene Verfahren hat im Hinblick auf bekannte Verfahren insbesondere den Vorteil, dass die vorhandene organische Beschichtung außerhalb des definierten eng begrenzten Fügebereiches vollständig erhalten bleibt, da der Wärmeeintrag ausschließlich auf den Fügebereich beschränkt ist.
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Ebenso wurde ein einfaches und effektiv wirkendes Prägewerkzeug geschaffen, mit dessen Hilfe zwei Verfahrensschritte, nämlich Prägen des Schweißbuckels und Befreiung desselben von der organischen Beschichtung in Vorbereitung eines nachfolgenden Buckelschweißverfahrens, in einem Arbeitsschritt durchgeführt werden können.
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Die Erfindung wird nachstehend anhand eines in den Zeichnungen schematisch dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert.
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Es zeigen:
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1 die schematische Ansicht des erfindungsgemäßen Prägewerkzeuges in der Ausgangstellung vor dem eigentlichen Prägevorgang,
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2 das Prägewerkzeug nach 1 während des eigentlichen Prägevorganges,
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3 die schematische Ansicht des geprägten Werkstücks.
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Wie in den 1 und 2 gezeigt, besteht das Prägewerkzeug 1 zum Prägen von Schweißbuckeln 2 aus einer Prägematrize 3 und einem der Prägematrize 3 gegenübergestellten Prägestempel 4, wobei die Prägematrize 3 bekanntermaßen die Negativform der gewünschten Form des Schweißbuckels 2 aufweist und der Prägestempel 4 als Gegenlager für die Prägematrize 3 fungiert.
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Der Schweißbuckel 2 kann seinerseits wie vorliegend kegelförmig oder linienförmig, gekrümmt, kreislinienförmig, zylinderförmig ausgeführt sein oder auch jede andere geeignete Form aufweisen.
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Wie aus den 1 und 2 weiter ersichtlich ist, können die Prägematrize 3 und/oder der Prägestempel 4 mit einem Druck ”P” beaufschlagt und gegen ein zwischen diesen angeordnetes Werkstück 5 in Form eines Bleches geführt werden, woraus dann bekanntermaßen der gewünschte Schweißbuckel 2 resultiert.
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In der Praxis wird der Druck ”P” durch an sich bekannte und nicht näher dargestellte Linearantriebe bewerkstelligt. Ferner kann das Prägewerkzeug 1 auch als dargestellte Prägezange mit der an sich bekannten Funktionsweise ausgeführt sein (nicht näher dargestellt).
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Wie oben bereits ausgeführt, werden die Werkstücke 5 in zunehmenden Maße bereits von den Herstellern mit einer organischen Beschichtung 6 versehen und an die Verarbeiter ausgeliefert.
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Diese Beschichtung 6 stellt für das beabsichtigte nachfolgende Buckelschweißverfahren ein erhebliches Hemmnis dar, da sie als Isolator wirkt und somit ein qualitätsgerechtes Verschweißen dieses Werkstückes 5 mit einem anderen nach dem Buckelschweißverfahren behindert.
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Es ist somit angezeigt, diese Beschichtung 6 vor dem eigentlichen Schweißvorgang zu beseitigen.
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Erfindungsgemäß wird dieses durch die besondere Ausgestaltung des Prägewerkzeuges 1 realisiert, indem die Prägematrize 3 und/oder Prägestempel 4 beheizbar ausgeführt sind.
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In der bevorzugten Ausführungsform wird die Beheizbarkeit mittels elektrisch betriebener, an sich bekannter, jedoch nicht näher dargestellter Widerstandsdrähte realisiert.
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Eine äquivalente Möglichkeit sieht vor, Prägematrize 3 und/oder Prägestempel 4 berührungslos mittels einer nicht näher dargestellten und an sich bekannten Induktionsvorrichtung zu beheizen.
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Um eine Regelung des Wärmeeintrages vornehmen zu können, wird es als zweckmäßig angesehen, der Prägematrize 3 und/oder dem Prägestempel 4 einen nicht näher dargestellten Temperaturmeßfühler und eine eigene oder eine gemeinsame, nicht näher dargestellte Temperaturregeleinrichtung zuzuordnen, welche ihrerseits des Weiteren elektrisch mit den die Beheizung realisierenden Widerstandsdrähten bzw. der Induktionsvorrichtung verbunden ist.
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Erfindungsgemäß wird der Schweißbuckel 2 bei gleichzeitigem definierten Wärmeeintrag ”W” auf den jeweils zu prägenden eng begrenzten Oberflächenbereich des Werkstücks 5 erzeugt.
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Durch diesen Wärmeeintrag ”W” infolge des direkten Kontaktes der beheizten Prägematrize 3 und/oder des beheizten Prägestempels 4 mit der Oberfläche des Werkstücks 5 verbrennt bzw. verdampft der organische Bestandteil der Beschichtung 6 ausschließlich im Füge- bzw. Prägebereich (Schweißbuckel) – 3.
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Es hat sich in Versuchen gezeigt, dass für organische Beschichtungen 6, wie Pladur®, Polyurethan, Bonazinc® und Zincroplex® ein Wärmeeintrag ”W” im Temperaturbereich zwischen 600 und 800°C als geeignet angesehen werden kann, um den gewünschten Effekt zu erzielen.
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Konkret für Bonazinc® hat sich eine Temperatur um 700°C als effektiv erwiesen.
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Da Bonazinc® aus ca. 70% Zinkstaub und 30% Epoxydharz besteht und dieses Harz bei ca. 200°C verbrennt, ist innerhalb des vorgeschlagenen Temperaturbereiches ein schnellstmögliches Verbrennen bzw. Verdampfen des organischen Bestandteiles zu verzeichnen.
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Dem Verarbeiter von mit einer organischen Beschichtung versehenes Werkstücken 5 steht es frei, den Wärmeeintrag ”W” auf die Oberfläche des Werkstücks 5 beidseitig oder nur einseitig durchzuführen.
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Es wird jedoch vorgeschlagen, wenigstens matrizenseitig den Wärmeeintrag ”W” durchzuführen, um effektiv und qualitätsgerecht die organische Beschichtung 6 zu beseitigen.
