DE102006016553A1

DE102006016553A1 - Verfahren und System zum Lichtbogenbolzenschweißen

Info

Publication number: DE102006016553A1
Application number: DE200610016553
Authority: DE
Inventors: Thomas Dr. Reiter; Heinz Soyer Jun.
Original assignee: HEINZ SOYER BOLZENSCHWEISSTECHNIK GmbH; HEINZ SOYER BOLZENSCHWEISTECHN
Current assignee: BOLZENSCHWEISSTECHNIK HEINZ SOYER GMBH, 82237 , DE
Priority date: 2006-04-07
Filing date: 2006-04-07
Publication date: 2007-10-18
Anticipated expiration: 2026-04-08
Also published as: DE102006016553B4

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verschweißen eines Bolzens mit einem Träger. Dabei wird zur Erzeugung eines Lichtbogens (12) zwischen den Bolzen (1) und dem Träger (20) der Bolzen (1) zunächst senkrecht zu der Oberfläche des Trägers (20) angesetzt und anschließend um ein bestimmtes Abhubmaß von der Oberfläche des Trägers (20) abgezogen. Zumindest nach der Zündung des Lichtbogens (12) wird dieser einem Quermagnetfeld (14) ausgesetzt. Der Bolzen (1) weist eine vollflächige, im Wesentlichen plane Stirnfläche (2) mit einem konusartigen Randbereich (3) auf. Durch die geometrische Gestaltung der Stirnfläche (2) und ihres Randbereichs (3) wird bewirkt, dass das Aufschmelzvolumen minimal gehalten werden kann. Außerdem wirkt die gewählte Form des Randbereiches (3) der magnetischen Blaswirkung entgegen. Auf diese Weise kann auch eine gleichmäßige Schweißwulst und ein insgesamt sehr gut reproduzierbares Schweißergebnis erzielt werden.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren sowie ein System zum Verschweißen eines Bolzens mit einem Träger, wobei zur Erzeugung eines Lichtbogens zwischen dem Bolzen und dem Träger der Bolzen zunächst senkrecht zu der Oberfläche des Trägers angesetzt und anschließend um ein bestimmtes Abhubmaß von der Oberfläche des Trägers abgezogen wird, wobei zumindest nach der Zündung des Lichtbogens dieser einem Quermagnetfeld ausgesetzt wird. Weiterhin bezieht sich die Erfindung auf einen Bolzen für ein derartiges Schweißverfahren.
Im Bereich des Bolzenschweißens werden überwiegend Gewindebolzen auf Bleche unterschiedlicher Stärke verschweißt. In der Praxis hat insbesondere das automatisierte Schweißen von Bolzen eine große wirtschaftliche Bedeutung. Aus dem Stand der Technik des Bolzenschweißens sind das Kondensatorentladungsschweißen und das Hubzündungsschweißen bekannt. Dabei hat insbesondere das Kurzzeitlichtbogenschweißen, eine Form des Hubzündungsschweißens, mit und ohne Schutzgas wirtschaftliche Bedeutung.
Bei einem automatisierten Schweißen ist es erforderlich, dass die Bolzen automatisch zugeführt werden. Diese automatische Zuführung ist für Bolzen, die nur einseitig verschweißt werden können, besonders aufwändig, weil hierfür entsprechend ausgelegte Vereinzeler erforderlich sind. Außerdem kann durch eine statistisch ungünstige, aber mögliche Verteilung die Zuführung von Schweißelementen in hoher Taktfolge eingeschränkt sein.
Das Kondensatorentladungsschweißen und das Hubzündungsschweißen sowie die entsprechenden Schweißelemente, also Bolzen, sind in den Schriften EN ISO 13918 und EN ISO 14555 beschrieben. Bei diesen Verfahren wird ein Schweißelement in Form eines Bolzens auf einen Grundwerkstoff, im Folgenden kurz als „Träger" bezeichnet, aufgeschweißt. Beim Hubzündungsschweißen werden als Bolzen gemäß DIN ISO 13918 Gewindebolzen, Gewindebolzen mit Flansch, Gewindebolzen mit reduziertem Schaft und Stifte verwendet.
Im Allgemeinen entsteht bei der Schweißung mit zunehmendem Bolzendurchmesser ein zunehmend größeres und unruhigeres Schweißbad. Daher kommen, vor allem für Bolzen mit einem Durchmesser von mehr als ca. 5 mm zum Schweißbadschutz neben Schutzgas insbesondere Keramikringe zur Anwendung. Durch einen solchen Keramikring wird auch der Lichtbogen während des Schweißvorgangs stabilisiert. Die Verwendung von Keramikringen erfordert jedoch ein Nacharbeiten und ist daher sehr aufwändig. Außerdem ist der Einsatz von Keramikringen kostenintensiv.
Wird ein Bolzen verwendet, bei dem am Endbereich der Mantelfläche unmittelbar eine plane Stirnfläche angrenzt, so dass also der Rand der Stirnfläche durch eine 90°-Kante gebildet ist, erfolgt die Zündung des Lichtbogens stets an einer Stelle am Rand dieser Stirnfläche. Dies ist durch den Verlauf des Magnetfeldes bei der Zündung bedingt, genauer gesagt dadurch, dass die Felddichte im Bereich der Stirnfläche höher ist als im benachbarten äußeren Bereich. Hierdurch wird der Lichtbogen einseitig nach außen gezogen (magnetische Blaswirkung). Daher schmilzt in diesem Fall der Lichtbogen den Bolzen nur einseitig an, so dass eine gleichmäßige flächige Verschweißung nicht möglich ist.
Aus diesem Grund werden beim Bolzenschweißen Bolzen mit einer konisch zulaufenden Spitze verwendet, so wie sie in EN ISO 13918 beschrieben sind. Die konische Spitze bewirkt dabei eine Zentrierung des Lichtbogens bei der Zündung, so dass also die Zündung längs der Rotationsachse bzw. Hauptachse des Bolzens hervorgerufen wird. Dies ist wiederum durch den Verlauf des magnetischen Feldes bedingt. Auf diese Weise ist ein Aufschmelzen auch des mittleren Bereichs der Stirnfläche möglich. Durch die konisch zulaufende Spitze soll dabei ermöglicht werden, dass auch ohne Schweißbadschutz eine möglichst homogene Schweißwulstausbildung um den Bolzen erzielt werden kann. Die Erfahrungen in der Praxis zeigen jedoch, dass dies auf diesem Wege nicht in befriedigendem Maße erreicht werden kann. Dies ist insbesondere der Fall, wenn ein Schweißen in einer „Zwangslage" durchgeführt wird, wenn also der Bolzen beim Schweißvorgang nicht lotrecht von oben nach unten auf den Träger bewegt wird. Ein Schweißen in Zwangslage findet also beispielsweise bei einem Schweißen eines Bolzens an eine Wand oder an eine Decke statt.
Die genannten Bolzen aus dem Stand der Technik haben dabei konische Spitzen mit unterschiedlichen „Neigungswinkeln". Mit „Neigungswinkel" oder kurz „Neigung" wird im Folgenden derjenige Winkel bezeichnet, der sich zwischen der Hauptachse des Bolzens und einer Flächennormalen der Spitze aufspannt. Gemäß EN ISO 13918 werden beim Hubzündungsschweißen Bolzen eingesetzt, deren Neigungswinkel der Spitzen zwischen 7° und 22,5° betragen.
Wird ein Bolzen verwendet dessen Spitze einen vergleichsweise großen Neigungswinkel aufweist, also beispielsweise 22,5°, ist zwar die Blaswirkung auf Grund des Feldverlaufs vermindert, es erweist sich in diesem Fall jedoch als nachteilig, dass auf Grund der Form der Spitze ein verhältnismäßig großes Schmelzbadvolumen entsteht und dadurch die Gefahr von Tropfenbildung und Tropfenkurzschluss besteht. Auch ist auf Grund des vergleichsweise hohen Schmelzvolumens ein entsprechend hoher Energieeintrag nötig. Dies führt auch zu einer entsprechend hohen thermischen Belastung des Trägers. Schließlich ergibt sich bei Verzicht auf Keramikringe auf Grund des großen Schmelzvolumens ein verhältnismäßig großer, ungleichförmiger Schweißwulst. Wird andererseits eine verhältnismäßig geringe Spitzenneigung gewählt, also beispielsweise 7°, ist wiederum die Blaswirkung und somit die Gefahr eines nur einseitigen Aufschmelzens des Bolzens vergrößert.
Die Verwendung von Bolzen mit reduziertem Schaft verbessert zwar die Montageeigenschaften am Träger bzw. Bauteil, kann aber das eigentliche Problem einer nicht reproduzierbaren Schweißwulst nicht beseitigen.
Das Hauptproblem liegt in der großen Menge an angeschmolzenem Material, das beim Erstarrungsprozess in die gewünschte Form gebracht werden soll. Bei den Bolzen mit einer 7° geneigten Spitze wird zwar ein kleineres Schmelzbadvolumen und damit eine bessere Reproduzierbarkeit der Schweißwulst erzielt, als bei entsprechenden Bolzen mit 22,5° geneigter Spitze, aber die Güte des Schweißergebnisses ist in jedem Fall verbesserungsfähig.
Beim Kondensatorentladungsschweißen werden gemäß EN ISO 13198 Bolzen mit konischen Spitzen mit einer Neigung von nur 3° verwendet. Allerdings erweist sich bei dieser Technik als problematisch, dass auf Grund der Verwendung eines Kondensators nur vergleichsweise sehr kurze Schweißzeiten (< 10 ms) möglich sind. Diese Technik ist damit auf Bolzen beschränkt, die einen Durchmesser von maximal ca. 8 bis 10 mm aufweisen. Weiterhin ist diese Technik für vergleichsweise dicke Träger nicht einsetzbar, da auf Grund der Wärmeableitung in das Trägermaterial kein ausreichendes Aufschmelzen möglich ist. Schließlich ist die Technik besonders anfällig gegen Oberflächenverschmutzungen.
Weiterhin ist aus dem Stand der Technik das Schweißen mit magnetisch bewegtem Lichtbogen bekannt. Hierbei wird der Lichtbogen durch ein äußeres Magnetfeld radial bewegt. Bei dieser Technik wird nach der Lichtbogenzündung durch ein äußeres Magnetfeld der Lichtbogen zur Rotation gebracht. Der Lichtbogen bewegt sich dabei längs des Randes der Stirnfläche. Die Blaswirkung kann mit dieser Technik auf Grund der hervorgerufenen Umlaufbewegung des Lichtbogens vermindert werden. Allerdings kommt diese Technik ausschließlich für Bolzen in Betracht, die rohr- oder hülsenförmig sind, also keine vollflächige, sondern nur eine ringförmige Stirnfläche aufweisen. Wird hierbei ein Bolzen mit einer vollflächigen Stirnfläche verwendet, besteht im Allgemeinen die Gefahr, dass das Zentrum nicht aufgeschmolzen wird und damit der Bolzen mit dem unangeschmolzenen mittleren Bereich der Stirnfläche auf dem Träger bzw. Werkstück aufsetzt. Insgesamt wäre also keine umlaufend geschlossene Schweißwulst erzielbar. Dies trifft insbesondere für Bolzen zu, deren Durchmesser einen gewissen Grenzwert überschreitet.
Eine Reduzierung des Füge- bzw. Schweißvolumens wird in der Patentliteratur in der DE 44 01 881 A1 für Aluminiumbolzen beschrieben. Der Bolzen weist dabei eine konische Spitze mit einer Neigung von 6° bis 10° auf. Um eine befriedigende Gesamtfestigkeit zu erreichen, hat der Bolzen einen erweiterten Schaftdurchmesser im Schweißbereich. Hierdurch wird auch ein Gewinde des Bolzens vor möglichen Schweißspritzern geschützt. Allerdings ist die Herstellung derartiger Bolzen sehr aufwändig. Weiterhin ist eine beidseitige Verschweißung des Bolzens auf Grund seiner asymmetrischen Form nicht möglich.
In der DE 197 49 383 A1 wird ein Schweißelement beschrieben, das als Erdungsbolzen in der Fahrzeugindustrie verwendet wird. Auch dieser Bolzen weist eine konische Spitze mit einer verhältnismäßig kleinen Neigung auf, so dass ein vergleichsweise kleines Schweißvolumen erzielt wird. Eine gleichmäßige Ausbildung der Schweißwulst ist jedoch auch in diesem Fall nicht möglich. Um ein Eindringen von Schweißspritzern in das Gewinde zu verhindern, wird ein zusätzlicher Flansch und eine Schutzkappe über dem Gewinde verwendet. Dieser Bolzen wird in der Fahrzeugindustrie trotz seiner erheblichen Herstellungskosten verwendet. Eine beidseitige Verschweißbarkeit ist auch für diesen Bolzen nicht möglich. Daher sind hierfür aufwändige Zuführeinrichtungen zum Schweißkopf erforderlich.
In der DE 295 04 042 wird ein symmetrisches Schweißelement vorgestellt, bei dem eine beidseitige Verschweißung mit dem Grundmaterial möglich ist. Eine qualitativ hochwertige Verschweißung ist mit dem hier angeführten Kurzzeitbolzenschweißen jedoch nicht möglich. Der Lichtbogen zündet am äußeren Rand der Stirnfläche und verbleibt in dieser Position, so dass der Bolzen nur einseitig aufgeschmolzen wird. Weiterhin ist eine Zentrierung des Bauteils auf dem Träger nicht möglich.
In der DE 296 11 534 wird ein weiteres symmetrisches Schweißelement vorgestellt, das durch seine Schaftausführung in einer Bohrung zentriert werden kann. Schweißtechnisch bestehen jedoch die gleichen Probleme wie im Fall der vorgenannten Schrift.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Bolzenschweißverfahren anzugeben, mit dem bei Erzielung ausreichender Festigkeit der Schweißverbindung und auf kostengünstige Weise ein möglichst gut reproduzierbares Schweißergebnis erzielt werden kann. Weiterhin soll ein entsprechendes System zum Verschweißen, sowie ein entsprechendes Schweißelement angegeben werden.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Die abhängigen Ansprüche bilden den zentralen Gedanken der Erfindung in besonders vorteilhafter Weise weiter.
Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung ist ein Verfahren zum Verschweißen eines Bolzens mit einem Träger vorgesehen, wobei zur Erzeugung eines Lichtbogens zwischen dem Bolzen und dem Träger der Bolzen zunächst senkrecht zu der Oberfläche des Trägers angesetzt und anschließend um ein bestimmtes Abhubmaß von der Oberfläche des Trägers abgezogen wird. Dabei wird zumindest nach der Zündung des Lichtbogens dieser einem Quermagnetfeld ausgesetzt. Erfindungsgemäß weist der Bolzen eine vollflächige, im Wesentlichen plane Stirnfläche mit einem konusartigen Randbereich auf.
Hierdurch wird erzielt, dass das Aufschmelzvolumen auf ein für die gewünschte Fügeverbindung notwendiges Mindestmaß reduziert werden kann. Außerdem kann dementsprechend der Wärmeeintrag und somit die Einbrandtiefe im Grundwerkstoff bzw. Träger reduziert werden. Die Feldabschwächung wird durch die konusartige Ausbildung des Randbereichs im Vergleich zu einem Rand mit einer „scharfen" Kante, also beispielsweise einer 90°-Kante, abgeschwächt, wodurch die Blaswirkung im Verhältnis deutlich reduziert werden kann. Weiterhin kann durch die flache Ausführung der Stirnfläche des Bolzens und der dadurch entsprechend hervorgerufenen vergleichsweise großen Oberflächenspannung der Schmelze eine Ausbildung von Tropfen an der geschmolzenen Fläche verhindert werden. Ein Tropfenkurzschluss kann somit effektiv vermieden werden.
Da nur verhältnismäßig wenig Material aufgeschmolzen werden muss, kann der Fügevorgang bereits nach sehr kurzer Schweißzeit und nur wenigen Umläufen des Lichtbogens eingeleitet werden.
Weiterhin kann erzielt werden, dass sich die Schmelze gleichmäßig über die Fläche verteilt, überschüssiges Material aus dem Spalt verdrängt wird und sich innerhalb des konusartigen Randbereichs eine gleichmäßige Außenwulst bzw. Schweißwulst bildet. Der Außendurchmesser der Schweißwulst kann dabei durch geeignete Wahl der Schweißenergie und der Geometrie des konusartigen Randbereichs eingestellt werden.
Außerdem kann durch die Nutzung des konusartigen Randbereichs bei Gewindebolzen eine Beschädigung des Gewindes vermieden werden. Durch geeignete Einstellung der Schweißparameter und der geometrischen Konfiguration des konischen Randbereichs kann der sich bildende äußere Schmelzring derart gestaltet werden, dass sein Durchmesser kleiner ist als der Außendurchmesser des Bolzens. Damit wird eine durchgängige Verschraubung des Bolzens mit Muttern bis auf den Grundwerkstoff, also beispielsweise ein Grundblech bzw. den Träger möglich.
Durch den konusartigen Randbereich ist zum Hochlaufen des Lichtbogens an der Außenfläche eine deutliche Lichtbogenverlängerung erforderlich. Da der Lichtbogen jedoch an der Stirnfläche mit deutlich geringerem Spalt brennen kann, bleibt er auf den Bereich der Stirnfläche begrenzt.
Schließlich kann durch den konusartigen Randbereich eine Zentrierung des Bolzens erleichtert werden.
Mit „vollflächiger" Stirnfläche soll ausgedrückt werden, dass es sich insbesondere nicht um eine ringförmige Stirnfläche handelt, sondern um eine zumindest im Wesentlichen durchgängig geschlossene Fläche. Mit „im Wesentlichen plan" soll zum Ausdruck gebracht werden, dass die Stirnfläche entweder gänzlich plan gestaltet sein kann oder nur unwesentliche Erhebungen bzw. Vertiefungen aufweist, durch die der prinzipielle Ablauf des Verfahrens nicht beeinträchtigt wird. Insbesondere kann die Stirnfläche eine Zentrierspitze aufweisen. Die Stirnfläche kann insbesondere derart geformt sein, dass sie eine Flächennormale aufweist, die parallel zur Hauptachse des Bolzens orientiert ist.
Mit „konusartiger Randbereich" soll ausgedrückt werden, dass der Rand der Stirnfläche eine Kante aufweist, die einen Winkel von mehr als 90° einschließt. Insbesondere kann eine Kante vorgesehen sein, die in jedem Punkt ihrer gesamten Länge einen Winkel von mehr als 90° einschließt. Bei dem konusartigen Randbereich kann es sich beispielsweise um einen kegelstumpfförmigen Bereich handeln, insbesondere um einen kreiskegelstumpfförmigen Bereich. Dabei kann dieser Bereich rotationssymmetrisch gestaltet sein, wobei die Rotationsachse parallel zur Flächennormalen der Stirnfläche verläuft oder identisch mit der Hauptachse des Bolzens ist. Insbesondere kann also eine kreisförmige Stirnfläche vorgesehen sein.
Vorteilhaft führt der Lichtbogen bei dem erfindungsgemäßen Verfahren eine kreisförmige Bewegung aus und überstreicht dabei die Stirnfläche vollständig.
Vorteilhaft werden die Schweißparameter, also insbesondere der Schweißstrom, die Schweißzeit und die Stärke und Richtung des Quermagnetfeldes derart gewählt, dass der Lichtbogen eine Querschnittfläche ausbildet, die sich vom Zentrum der Stirnfläche bis an eine Randstelle der Stirnfläche erstreckt.
Vorteilhaft werden die Schweißparameter derart gewählt, dass der Lichtbogen eine Querschnittfläche ausbildet, deren Größe etwa zwischen 20% bis 40%, beispielsweise etwa 30% oder zwischen 30% und 40% der Stirnfläche beträgt.
Insbesondere kann die Intensität des Quermagnetfelds vergleichsweise schwach gewählt werden.
Vorteilhaft ist der Bolzen mit oder ohne Gewinde ausgebildet. Bei einem Gewindebolzen kann vorteilhaft die Erstreckung des konusartigen Randbereichs in Richtung der Hauptachse des Bolzens im Bereich von ein bis zwei Gewindegängen gewählt werden, und zwar insbesondere bei einer Neigung des konusartigen Randbereichs von etwa 30° bis 60°. Unter Neigung wird hierbei der Winkel bzw. „Neigungswinkel" verstanden, der sich zwischen der Hauptachse des Bolzens und einer Flächennormalen des konusartigen Randbereichs aufspannt.
Der Bolzen kann ohne Gewinde gestaltet sein, beispielsweise als Zylinderstift.
Vorteilhaft beträgt der Durchmesser des Bolzens etwa zwischen 5 mm und 20 mm.
Vorteilhaft weist der konische Randbereich eine Neigung von etwa zwischen 20° und 60° auf.
Vorteilhaft beträgt das Größenverhältnis von der Stirnfläche zu einer Querschnittfläche des Bolzens jenseits des Randbereichs etwa zwischen 0,5 bis 0,8. Der Bolzen kann also beispielsweise jenseits des konischen Randbereichs einen mittleren Bereich aufweisen, wobei dieser mittlere Bereich eine zylindrische, insbesondere kreiszylindrische, Mantelfläche aufweist. Unter der Querschnittfläche des Bolzens soll in diesem Fall die Querschnittfläche dieses mittleren Bereichs verstanden werden.
Vorteilhaft besteht der Bolzen aus Stahl, Edelstahl, Aluminium oder Titan.
Vorteilhaft ist auf der Stirnfläche eine Zentrierspitze oder ein Zentrierkonus angeformt. Insbesondere für ein manuelles Schweißen kann eine solche Zentrierspitze im Zentrum der Stirnfläche vorgesehen sein. Dadurch kann der Bolzen auf einer Zentrierkörnung sicher positioniert werden. In diesem Fall zündet der Lichtbogen an der Zentrierspitze und läuft durch das Magnetfeld an den äußeren Rand der Stirnfläche. Die Zündspitze wird dabei vollständig aufgeschmolzen.
Vorteilhaft weist der Bolzen eine zweite Stirnfläche mit einem zweiten Randbereich auf, wobei die zweite Stirnfläche und der zweite Randbereich spiegelsymmetrisch zu der ersten Stirnfläche und dem ersten Randbereich geformt sind.
Vorteilhaft ist der Bolzen symmetrisch zu einer Ebene geformt, die normal zu der Hauptachse des Bolzens ausgerichtet ist.
Durch eine entsprechende symmetrische Ausbildung des Bolzens ist dieser beidseitig verschweißbar. Damit lässt sich der Bolzen mithilfe einer automatischen Zuführungsvorrichtung auch ohne entsprechende Lageausrichtung der Schweißstelle zuführen. Wird eine Zentrierspitze vorgesehen, so kann diese dementsprechend bei symmetrischer Ausgestaltung des Bolzens vorteilhaft auf beiden Stirnflächen in spiegelsymmetrischer Weise vorgesehen werden.
Vorteilhaft weist der Bolzen eine zylindrische Mantelfläche auf, die unmittelbar an den konusartigen Randbereich angrenzt.
Vorteilhaft wird während des Schweißvorganges ein Schutzgas zu der Schweißstelle gefördert.
Mit dem Verfahren ist es möglich, Bolzen mit Durchmessern bis etwa 20 mm zu verschweißen. Zweckmäßig erscheint der Einsatz ab einem Bolzendurchmesser von ca. 5 mm. Grundsätzlich eignet sich das Verfahren auch für Bolzen mit größerem Durchmesser, jedoch sind hierfür Stromquellen mit sehr hohen Schweißströmen erforderlich, die zur Zeit nicht einfach verfügbar sind. Die Schweißzeiten können dabei je nach Bolzendurchmesser bei etwa 30 ms bis 500 ms liegen. Die verwendeten Schweißströme können je nach Durchmesser bis zu etwa 2500 A betragen. Grundsätzlich ist die Verwendung des Verfahrens auch für Kopfbolzen möglich, bei denen bisher überwiegend Keramikringe eingesetzt werden. Das Verfahren eignet sich auch für ein Schweißen in einer Zwangslage.
Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung ist ein System zum Verschweißen eines Bolzens mit einem Träger, bestehend aus einer Schweißvorrichtung sowie einem Bolzen vorgesehen, wobei die Schweißvorrichtung Folgendes aufweist: (a) Mittel zum Anlegen eines Schweißstroms, (b) einen Bolzenhalter, welcher dazu ausgebildet ist, zur Erzeugung eines Lichtbogens zwischen dem Bolzen und dem Träger den Bolzen zunächst senkrecht zu der Oberfläche des Trägers anzusetzen und anschließend um ein bestimmtes Abhubmaß von der Oberfläche des Trägers abzuziehen, sowie (c) eine Magnetspule zur Erzeugung eines auf den Lichtbogen einwirkenden Quermagnetfelds, welches derart ausgestaltet ist, dass der Lichtbogen während des Schweißvorgangs seitlich abgelenkt wird und hierdurch die Stirnfläche des Bolzens überstreicht. Dabei weist der Bolzen eine im Wesentlichen plane Stirnfläche mit einem konusartigen Randbereich auf.
Vorteilhaft weist das System Mittel auf, mit denen der Schweißstrom und die Schweißzeit und das Quermagnetfeld derart einstellbar sind, dass der Lichtbogen eine kreisförmige Bewegung ausführt und dabei die Stirnfläche vollständig überstreicht.
Vorteilhaft weist das System Mittel auf, mit denen der Schweißstrom und die Schweißzeit und das Quermagnetfeld derart einstellbar sind, dass der Lichtbogen eine Querschnittfläche ausbildet, die sich vom Zentrum der Stirnfläche bis an eine Randstelle der Stirnfläche erstreckt.
Vorteilhaft weist das System Mittel auf, mit denen der Schweißstrom und die Schweißzeit und das Quermagnetfeld derart einstellbar sind, dass der Lichtbogen eine Querschnittfläche ausbildet, deren Größe etwa zwischen 20% und 40%, beispielsweise etwa 30% der Stirnfläche beträgt.
Vorteilhaft weist der Bolzen eine zylindrische Mantelfläche auf, die unmittelbar an den konusartigen Randbereich angrenzt. Im Fall einer symmetrischen Ausbildung des Bolzens kann vorteilhaft vorgesehen sein, dass diese zylindrische Mantelfläche an beide konusartigen Randbereiche unmittelbar angrenzt.
Vorteilhaft umfasst die Schweißvorrichtung weiterhin Mittel zum Zuführen eines Schutzgases zu der Schweißstelle.
Vorteilhaft umfasst das System weiterhin eine Vorrichtung zur automatisierten Zuführung von Bolzen zu dem Bolzenhalter.
Gemäß einem dritten Aspekt der Erfindung ist ein Bolzen für ein Schweißen mit Hubzündung vorgesehen, insbesondere für ein erfindungsgemäßes Verfahren, wobei der Bolzen eine vollflächige, im Wesentlichen plane Stirnfläche mit einem konusartigen Randbereich aufweist. Dabei beträgt das Größenverhältnis von der Stirnfläche zu der Querschnittfläche des Bolzens jenseits des konusartigen Randbereichs mehr als etwa 0,5, insbesondere etwa zwischen 0,5 und 0,8.
Im Falle der symmetrischen Ausbildung können vorteilhaft an beiden Stirnflächen in spiegelsymmetrischer Weise ausgebildete Zentrierspitzen angeformt sein.
Weitere Merkmale, Vorteile und Eigenschaften sollen nunmehr anhand einer detaillierten Beschreibung von Ausführungsbeispielen und mit Bezug auf die Figuren der beigefügten Zeichnungen erläutert werden. Es zeigen:
1 eine schematische Schnittdarstellung durch einen erfindungsgemäßen Bolzen,
2 bis 8 Schritte eines erfindungsgemäßen Schweißverfahrens bei Verwendung eines Bolzens mit planer Stirnfläche, und
9 bis 12 Schritte eines erfindungsgemäßen Schweißverfahrens bei Verwendung eines Bolzens mit einer Stirnfläche, die eine Zentrierspitze aufweist.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein neuartiges Bolzenschweißverfahren. Zunächst wird mit Bezug auf 1 das hierzu vorgesehene Schweißelement in Form eines Bolzens erläutert.
1 zeigt eine schematische Querschnittdarstellung durch einen erfindungsgemäßen Schweißbolzen oder kurz Bolzen 1. Der Bolzen 1 weist eine kreisförmige Stirnfläche 2 auf, die gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel gänzlich plan geformt ist. Die Stirnfläche 2 wird von einer Randkante, im Folgenden kurz Rand 4 genannt, begrenzt, an dem sich unmittelbar ein konusartiger Randbereich 3 anschließt, der bei diesem Ausführungsbeispiel kegelstumpfförmig, insbesondere kreiskegelstumpfförmig ausgebildet ist. Jenseits der Stirnfläche 2 schließt sich an den konusartigen Randbereich 3 unmittelbar ein mittlerer Bereich des Bolzens 1 an, der bei diesem Ausführungsbeispiel von einer kreiszylindrischen Mantelfläche 5 nach außen hin begrenzt ist.
Weiterhin ist das hier gezeigte Ausführungsbeispiel spiegelsymmetrisch um eine Ebene E senkrecht zur Hauptachse des Bolzens 1 geformt, die mit Bezug auf die Darstellung der 1 in der Mitte des Bolzens 1 verläuft und senkrecht zur Zeichenebene orientiert ist. Der Bolzen 1 weist somit zwei Stirnflächen 2 und zwei entsprechende konusartige Randbereiche 3 auf, wobei diese jeweils spiegelsymmetrisch ausgebildet sind.
Die Größe der Stirnfläche 2 wird im Folgenden mit d bezeichnet. In seinem mittleren Bereich weist der Bolzen 1 eine ebenfalls kreisförmige Querschnittfläche auf, die jedoch größer ist als die Stirnfläche 2 und deren Größe im Folgenden mit D bezeichnet wird.
Das Größenverhältnis d/D von der Stirnfläche 2 zu der Querschnittfläche des Bolzens 1 jenseits des konusartigen Randbereichs 3, also in dem mittleren Bereich, beträgt etwa zwischen 0,5 und 0,8, also etwa zwischen 50% und 80%.
Der Bolzen 1 kann mit oder ohne Gewinde ausgebildet sein. Mit d₃ wird im Folgenden der Durchmesser des tiefsten Gewindeeinschnitts bezeichnet. Der Durchmesser des Bolzens 1 beträgt etwa zwischen 5 mm und 20 mm.
In der folgenden Tabelle sind für sechs verschiedene Durchmesser beispielhaft die Werte für d₃, die Querschnittfläche D, die Stirnfläche d, sowie das Verhältnis der beiden zuletzt genannten Flächen wiedergegeben.
Der konusartige Randbereich 3 weist einen Neigungswinkel, oder kurz eine Neigung β auf, die durch den Winkel zwischen der Hauptachse oder Symmetrieachse S des Bolzens 1 und einer Flächennormalen gegeben ist, die sich von der Konusfläche des Randbereichs 3 nach außen hin erstreckt. Die Neigung beträgt etwa zwischen 20° und 60°, beispielsweise also 45°, so wie etwa in der 1 dargestellt.
Der Bolzen kann beispielsweise aus Stahl, Edelstahl, Aluminium oder Titan gefertigt sein.
Im Folgenden wird mit Bezug auf die 2 bis 8 der Ablauf eines erfindungsgemäßen Schweißverfahrens erläutert. In 2 ist das Absenken des Bolzens 1 mit der entsprechenden Stirnfläche 2 in Richtung auf einen Grundwerkstoff, der im Folgenden kurz als Träger 20 bezeichnet wird, dargestellt. In 3 ist der Zustand gezeigt, in dem der Bolzen 1 mit der Stirnfläche 2 den Träger 20 kontaktiert. In 3 ist außerdem im rechten Bereich in einer dazu gehörigen Nebendarstellung eine schematische Querschnittdarstellung des Bolzens 1 in einer Sicht von unten dargestellt. Man erkennt die Stirnfläche 2, den Rand 4 der Stirnfläche 2, den unmittelbar daran angrenzenden konischen Randbereich 3 und die Mantelfläche 5 des mittleren Bereichs des Bolzens 1.
In 4 ist der Zustand dargestellt, in dem der Bolzen um ein bestimmtes Abhubmaß von der Oberfläche des Trägers 20 abgezogen wird und der Pilotlichtbogen 11 zündet. Mit Bezug auf die Darstellung der 4 ist dieser Pilotlichtbogen 11 zwischen der Oberfläche des Trägers 20 und dem linken Bereich des Rands 4 der Stirnfläche 2 eingezeichnet. Bei einer planen Stirnfläche 2 zündet der Pilotlichtbogen 11 auf Grund des Verlaufs der magnetischen Feldlinien im Bereich des Randes 4 der Stirnfläche 2. Auch in der dazu gehörigen Nebendarstellung, die die Ansicht von unten zeigt, ist der Pilotlichtbogen 11 zu erkennen.
In 5 ist der Zustand dargestellt, in dem der Bolzen 1 um das vorgesehene Abhubmaß von der Oberfläche des Trägers 20 senkrecht abgehoben ist. Der Lichtbogen 12 ist nun voll ausgebildet (Hauptlichtbogen) und umfasst einen Anteil bzw. Bereich der Stirnfläche 2, der sich von einer Stelle am Rand 4 der Stirnfläche 2 bis zur Mitte der Stirnfläche 2 erstreckt. Dies ist auch in der Nebendarstellung zu erkennen. Der Lichtbogen 12 bedeckt dabei mindestens ca. 30% der Stirnfläche 2. Dies kann durch Wahl bzw. Einstellen der Schweißparameter erzielt werden. Insbesondere ist dies durch eine entsprechend hohe Stromdichte erzielbar. Weiterhin ist in 5 symbolisch das Quermagnetfeld 14 eingezeichnet, das den Lichtbogen 12 dazu veranlasst, sich kreisförmig zu bewegen, so wie das durch den Pfeil in der dazu gehörigen Nebendarstellung angedeutet ist. Das Quermagnetfeld 14 wird hierbei vergleichsweise gering gewählt, so dass sich der Lichtbogen 12 mit vergleichsweise geringer Umlaufgeschwindigkeit über die Stirnfläche 2 bewegt. Durch geeignete Wahl der Schweißparameter, insbesondere durch die hoch gewählte Stromdichte wird also auch das Zentrum der Stirnfläche 2 erfasst und angeschmolzen. Der Lichtbogen 12 überstreicht also die Stirnfläche 2 vollständig.
In 6 ist der Lichtbogen 12 dargestellt, nachdem er eine halbe Umdrehung zurückgelegt hat.
In 7 ist der Zustand dargestellt, in dem die gesamte Stirnfläche 2, sowie derjenige Teil des Trägers 20, der der Stirnfläche 2 gegenüberliegt, angeschmolzen sind. Anschließend folgt der Fügevorgang, der in dem in 8 dargestellten Zustand endet. Es bildet sich ein Schweißwulst 16 aus, der in einem Bereich gebildet wird, der sich zwischen dem konusförmigen Randbereich 3 und der Oberfläche des Trägers 20 erstreckt.
Dadurch, dass ein Bolzen 1 ohne konische Spitze verwendet wird, kann das für die gewünschte Fügeverbindung erforderliche Aufschmelzvolumen auf ein Mindestmaß begrenzt werden. Gleichzeitig kann der Wärmeeintrag und die Einbandtiefe im Träger 20 entsprechend niedrig gehalten werden.
Weiterhin kann durch die flache Ausführung der Stirnfläche 2 des Bolzens 1 eine Tropfenausbildung zuverlässig verhindert werden. Ein Tropfenkurzschluss kann somit vermieden werden. Hierzu trägt auch die vergleichsweise große Oberflächenspannung der Schmelze bei.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es möglich, nach einer sehr kurzen Schweißzeit und nur wenigen Umläufen des Lichtbogens 12 den Fügevorgang einzuleiten. Ein gleichmäßiger Außenwulst bzw. Schweißwulst 16 kann gebildet werden. Der Außendurchmesser der Schweißwulst 16 ist auf diese Weise durch die Schweißenergie und die geometrische Gestaltung des konusartigen Randbereichs 3 einstellbar. Insbesondere kann erzielt werden, dass der Durchmesser der Schweißwulst 16 geringer oder maximal gleich dem Außendurchmesser des Bolzens 1 ist. Bei Gewindebolzen kann auf diese Weise eine Beschädigung des Gewindes vermieden werden. Damit ist insbesondere eine durchgängige Verschraubung mit Muttern bis auf das Grundblech bzw. die Oberfläche des Trägers 20 möglich.
Für ein Hochlaufen des Lichtbogens 12 an der Außenfläche des konusartigen Randbereichs 3 wäre eine erhebliche Verlängerung des Lichtbogens 12 erforderlich. Da der Lichtbogen 12 im Bereich der Stirnfläche 2 bei deutlich geringerem Abstand bzw. Spalt brennen kann, bleibt er auf den Bereich der Stirnfläche 2 begrenzt.
Außerdem wird durch den konischen Randbereich 3 bewirkt, dass die Feldabschwächung nach außen hin deutlich geringer ausfällt als an einer „scharfen" Kante, also beispielsweise einer 90°-Kante, wodurch die Blaswirkung im Bereich des Randes 4 der Stirnfläche 2 ebenfalls abgeschwächt wird.
Im Fall eines Gewindebolzens liegt der konusartige Randbereich 3 des Gewindebolzens vorteilhaft im Bereich von ein bis zwei Gewindegängen, in Abhängigkeit des Gesamtdurchmessers, und zwar bei einer Neigung β von ca. 30° bis 60°, beispielsweise etwa 45°.
Der vorgesehene Bolzen 1 ist, wie oben mit Bezug auf 1 bereits dargestellt, symmetrisch, also beidseitig mit einem konischen Rand ausgeführt, und daher beidseitig verschweißbar. Hierdurch wird erzielt, dass sich der Bolzen 1 auch ohne Lageausrichtung automatisiert zuführen lässt. Gleichzeitig kann der konische Rand 3 auch zur besseren Zentrierung bei der Montage an einem Bauteil bzw. Träger dienen.
Denkbar ist jedoch auch eine Verschweißung von unsymmetrischen Sonderbolzen, die nur einseitig eine entsprechend flache Ausführung mit konischem Randbereich aufweisen und somit nur einseitig zum Verschweißen mit dem oben dargestellten Verfahren geeignet sind.
Mit dem Verfahren ist es möglich, Bolzen mit Durchmessern von bis zu 20 mm zu verschweißen. Grundsätzlich ist das dargestellte Verfahren auch für Bolzen mit größerem Durchmesser möglich; allerdings sind hierfür Stromquellen erforderlich, mit denen sehr hohen Schweißströme erzielt werden können. Derartige Stromquellen sind zur Zeit unter wirtschaftlich vernünftigen Verhältnissen nicht verfügbar. Zweckmäßig erscheint der Einsatz ab einem Bolzendurchmesser von 5 mm.
Die Schweißzeiten können dabei je nach Bolzendurchmesser beispielsweise zwischen 30 ms und 500 ms betragen. Die verwendeten Schweißströme können je nach Durchmesser bis zu 2500 A betragen.
Grundsätzlich ist die Verwendung des Verfahrens auch für Kopfbolzen möglich, bei denen bisher überwiegend Keramikringe eingesetzt werden.
Das Verfahren eignet sich auch für den an sich bekannten Einsatz von Schutzgas zum Schweißbadschutz.
Im Folgenden wird mit Bezug auf die 9 bis 12 eine Variante des oben dargestellten Verfahrens dargestellt, bei der eine Stirnfläche 2' eines Bolzens 1' eine Zentrierspitze 25 bzw. einen „Zentrierkonus" aufweist. Der Grundwerkstoff bzw. Träger 20 weist hierzu eine Zentrierkörnung 27 auf. Im Folgenden wird lediglich auf die Unterschiede zu dem weiter oben genannten Verfahren eingegangen.
In 9 ist das Absenken und Zentrieren des Bolzens 1' dargestellt, wobei das Zentrieren mit Hilfe von Zentrierspitze 25 und Zentrierkörnung 27 erfolgt. Diese Variante eignet sich daher insbesondere für ein manuelles Schweißen.
In der Darstellung der 10 ist der Kontakt über die Zentrierspitze 25 dargestellt.
In 11 ist die Zündung des Pilotlichtbogens 11 und das Abheben des Bolzens 1 dargestellt. Im Unterscheid zum weiter oben genannten Bolzen bzw. Verfahren zündet der Lichtbogen hier im Zentrum der Stirnfläche 2', also im Bereich der Hauptachse des Bolzens 1' und läuft anschließend durch das Magnetfeld bedingt zum Rand 4 der Stirnfläche 2'. Die Zentrierspitze 25 wird dabei vollständig aufgeschmolzen. Die weitere Verschweißung des Bolzens 1' erfolgt wie bei dem oben genannten Verfahren.
In 12 ist dementsprechend der Schweißstrom mit Quermagnetfeld 14 und Rotation dargestellt.
Das erfindungsgemäße System unterscheidet sich von einem entsprechenden bekannten System wie folgt: Die Schweißparameter, also insbesondere die Schweißzeit und der Scheißstrom, sowie das Quermagnetfeld müssen sich derart einstellen lasen, dass damit das erfindungsgemäße Verfahren durchgeführt werden kann. Insbesondere muss also ein vergleichsweise hoher Strom einstellbar sein, um die gewünschte hohe Stromdichte zu erzielen, sowie ein vergleichsweise schwaches Quermagnetfeld, um den Lichtbogen in die gewünschte Rotation versetzten zu können.
Außerdem muss natürlich der Bolzenhalter zur Manipulation des Bolzens auf die geometrische Konfiguration des gewünschten erfindungsgemäßen Bolzens abgestimmt sein.
Die Anpassungen sind für einen Fachmann bei Kenntnis des dargestellten Verfahrens und des dargestellten Bolzens durchführbar, so dass an dieser Stelle hierauf nicht näher eingegangen zu werden braucht.
Die Vorteile der vorliegenden Erfindung lassen sich wie folgt zusammenfassen:

• Das Schmelzbadvolumen kann auf ein Minimum reduziert werden.
• Es wird eine ausreichende Festigkeit und Reproduzierbarkeit der Schweißverbindung erzielt.
• Es wird ein gleichförmiger Schweißwulst erzielt.
• Es sind keine aufwändigen Fördereinrichtungen für die Zuführung des Bolzens erforderlich.
• Das Verfahren eignet sich auch für den Einsatz ins Zwangslagen.
• Der Bolzen ist beidseitig verschweißbar.
• Der Bolzen ist preiswert herstellbar.
• Das Verfahren kann mit Schutzgas durchgeführt werden.
• Bei Gewindebolzen wird eine Beschädigung des Gewindes vermieden.
• Bei verschweißten Gewindebolzen ist eine durchgängige Verschraubung mit Muttern bis auf das Grundblech möglich.
• Das Verfahren ist insgesamt sehr robust.
• Das Verfahren ist einfach automatisierbar und damit sehr wirtschaftlich durchführbar.

1: Schweißbolzen mit planer Stirnfläche
1': Schweißbolzen mit Stirnfläche mit Zentrierspitze
2: Stirnfläche
2': Sirnfläche mit Zentrierspitze
3: konischer Randbereich der Stirnfläche
4: Rand der Stirnfläche
5: Mantelfläche des Bolzens
11: Pilotlichtbogen
12: Lichtbogen
14: Quermagnetfeld
16: Schweißwulst
20: Träger bzw. Grundwerkstoff
25: Zentrierspitze
27: Zentrierkörnung
β: Neigung des konischen Randbereichs
d: Größe der Stirnfläche
d₃: Durchmesser des tiefsten Gewindeeinschnitts
D: Querschnittfläche (im mittleren Bereich des Bolzens)
E: Symmetrieebene des Bolzens
S: Hauptachse des Bolzens

Claims

Verfahren zum Verschweißen eines Bolzens (1) mit einem Träger (20), wobei zur Erzeugung eines Lichtbogens (12) zwischen dem Bolzen (1) und dem Träger (20) der Bolzen (1) zunächst senkrecht zu der Oberfläche des Trägers (20) angesetzt und anschließend um ein bestimmtes Abhubmaß von der Oberfläche des Trägers (20) abgezogen wird, wobei zumindest nach der Zündung des Lichtbogens (12) dieser einem Quermagnetfeld (14) ausgesetzt wird, wobei der Bolzen (1) eine vollflächige, im Wesentlichen plane Stirnfläche (2) mit einem konusartigen Randbereich (3) aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Lichtbogen (12) eine kreisförmige Bewegung ausführt und dabei die Stirnfläche (2) vollständig überstreicht.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Schweißparameter derart gewählt werden, dass der Lichtbogen (12) eine Querschnittfläche ausbildet, die sich vom Zentrum der Stirnfläche (2) bis an eine Randstelle der Stirnfläche (2) erstreckt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Schweißparameter derart gewählt werden, dass der Lichtbogen (12) eine Querschnittfläche ausbildet, deren Größe etwa zwischen 20 und 40 Prozent, beispielsweise etwa 30 Prozent der Stirnfläche (2) beträgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Bolzen (1) mit oder ohne Gewinde ausgebildet ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Durchmesser des Bolzens (1) etwa zwischen 5 und 20 Millimeter beträgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Randbereich (3) eine Neigung (β) von etwa zwischen 20° und 60° aufweist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Größenverhältnis von der Stirnfläche zu einer Querschnittfläche des Bolzens (1) jenseits des Randbereichs (3) etwa zwischen 0,5 und 0,8 beträgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Bolzen (1) aus Stahl, Edelstahl, Aluminium oder Titan besteht.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei auf der Stirnfläche (2) eine Zentrierspitze (25) angeformt ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Bolzen (1) eine zweite Stirnfläche mit einem zweiten Randbereich aufweist, wobei die zweite Stirnfläche und der zweite Randbereich spiegelsymmetrisch zu der ersten Stirnfläche und dem ersten Randbereich geformt sind.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Bolzen (1) symmetrisch zu einer Ebene (E) geformt ist, die normal zu der Hauptachse (S) des Bolzens (1) ausgerichtet ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Bolzen (1) eine zylindrische Mantelfläche (5) aufweist, die unmittelbar an den konusartigen Randbereich (3) angrenzt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei während des Schweißvorgangs ein Schutzgas zu der Schweißstelle gefördert wird.
System zum Verschweißen eines Bolzens (1) mit einem Träger (20), bestehend aus einer Schweißvorrichtung sowie einem Bolzen (1), wobei die Schweißvorrichtung aufweist: (a) Mittel zum Anlegen eines Schweißstroms, (b) einen Bolzenhalter, welcher dazu ausgebildet ist, zur Erzeugung eines Lichtbogens (12) zwischen dem Bolzen (1) und dem Träger (20) den Bolzen (1) zunächst senkrecht zu der Oberfläche des Trägers (20) anzusetzen und anschließend um ein bestimmtes Abhubmaß von der Oberfläche des Trägers (20) abzuziehen, sowie (c) eine Magnetspule zur Erzeugung eines auf den Lichtbogen (12) einwirkenden Quermagnetfelds (14), welches derart ausgestaltet ist, dass der Lichtbogen (12) während des Schweißvorganges seitlich abgelenkt wird und hierdurch die Stirnfläche (2) des Bolzens (1) überstreicht, und wobei der Bolzen (1) eine im Wesentlichen plane Stirnfläche (2) mit einem konusartigen Randbereich (3) aufweist.
System nach Anspruch 15, wobei das System Mittel aufweist, mit denen der Schweißstrom und die Schweißzeit und das Quermagnetfeld (14) derart einstellbar sind, dass der Lichtbogen (12) eine kreisförmige Bewegung ausführt und dabei die Stirnfläche (2) vollständig überstreicht.
System nach Anspruch 15 oder 16, wobei das System Mittel aufweist, mit denen der Schweißstrom und die Schweißzeit und das Quermagnetfeld (14) derart einstellbar sind, dass der Lichtbogen (12) eine Querschnittfläche ausbildet, die sich vom Zentrum der Stirnfläche (2) bis an eine Randstelle der Stirnfläche (2) erstreckt.
System nach einem der Ansprüche 15 bis 17, wobei das System Mittel aufweist, mit denen der Schweißstrom und die Schweißzeit und das Quermagnetfeld (14) derart einstellbar sind, dass der Lichtbogen (12) eine Querschnittfläche ausbildet, deren Größe etwa zwischen 20 und 40 Prozent, beispielsweise etwa 30 Prozent der Stirnfläche (2) beträgt.
System nach einem der Ansprüche 15 bis 18, wobei der Bolzen (1) mit oder ohne Gewinde ausgebildet ist.
System nach einem der Ansprüche 15 bis 19, wobei der Durchmesser des Bolzens (1) etwa zwischen 5 und 20 mm beträgt.
System nach einem der Ansprüche 15 bis 20, wobei der konische Randbereich (3) eine Neigung (β) von etwa zwischen 20° und 60° aufweist.
System nach einem der Ansprüche 15 bis 21, wobei das Größenverhältnis von der Stirnfläche (2) zu der Querschnittfläche des Bolzens jenseits des Randbereichs etwa zwischen 0,5 und 0,8 beträgt.
System nach einem der Ansprüche 15 bis 22, wobei der Bolzen (1) aus Stahl, Edelstahl, Aluminium oder Titan besteht.
System nach einem der Ansprüche 15 bis 23, wobei auf der Stirnfläche (2) eine Zentrierspitze (25) angeformt ist.
System nach einem der Ansprüche 15 bis 24, wobei der Bolzen (1) eine zweite Stirnfläche mit einem zweiten Randbereich aufweist, wobei die zweite Stirnfläche und der zweite Randbereich spiegelsymmetrisch zu der ersten Stirnfläche (2) und dem ersten Randbereich (3) geformt sind.
System nach einem der Ansprüche 15 bis 25, wobei der Bolzen (1) symmetrisch zu einer Ebene (E) geformt ist, die normal zu der Hauptachse (S) des Bolzens (1) ausgerichtet ist.
System nach einem der Ansprüche 15 bis 26, wobei der Bolzen (1) eine zylindrische Mantelfläche (5) aufweist, die unmittelbar an den konusartigen Randbereich (3) angrenzt.
System nach einem der Ansprüche 15 bis 27, wobei die Schweißvorrichtung Mittel zum Zuführen eines Schutzgases zu der Schweißstelle aufweist.
System nach einem der Ansprüche 15 bis 28, wobei das System eine Vorrichtung zur automatisierten Zuführung von Bolzen zu dem Bolzenhalter umfasst.
Bolzen für ein Schweißen mit Hubzündung, insbesondere für ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, wobei der Bolzen (1) eine vollflächige, im Wesentlichen plane Stirnfläche (2) mit einem konusartigen Randbereich (3) aufweist, und wobei das Größenverhältnis von der Stirnfläche (2) zur der Querschnittfläche des Bolzens (1) jenseits des Randbereichs mehr als etwa 0,5, insbesondere etwa zwischen 0,5 und 0,8 beträgt.
Bolzen nach Anspruch 30, wobei der Bolzen (1) mit oder ohne Gewinde ausgebildet ist.
Bolzen nach Anspruch 30 oder 31, wobei der Durchmesser des Bolzens (1) etwa zwischen 5 und 20 mm beträgt.
Bolzen nach einem der Ansprüche 30 bis 32, wobei der Randbereich (3) eine Neigung (β) von etwa zwischen 20° und 60° aufweist.
Bolzen nach einem der Ansprüche 30 bis 33, wobei der Bolzen (1) aus Stahl, Edelstahl, Aluminium oder Titan besteht.
Bolzen nach einem der Ansprüche 30 bis 34, wobei auf der Stirnfläche (2) eine Zentrierspitze angeformt ist.
Bolzen nach einem der Ansprüche 30 bis 35, wobei der Bolzen (1) eine zweite Stirnfläche mit einem zweiten Randbereich aufweist, und wobei die zweite Stirnfläche und der zweite Randbereich spiegelsymmetrisch zu der ersten Stirnfläche (2) und dem ersten Randbereich (3) geformt sind.
Bolzen nach einem der Ansprüche 30 bis 36, wobei der Bolzen (1) symmetrisch zu einer Ebene (E) geformt ist, die normal zu der Hauptachse (S) des Bolzens (1) ausgerichtet ist.
Bolzen nach einem der Ansprüche 30 bis 37, wobei der Bolzen (1) eine zylindrische Mantelfläche (5) aufweist, die unmittelbar an den konusartigen Randbereich (3) angrenzt.