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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen des an den Schaft eines Schweißbolzens angeformten Bolzenkopfes mit einem Bolzenflansch und einer daran angeformten Zündspitze, welcher Schweißbolzen über eine in radialer Richtung den Bolzenflansch überkragende Scheibe verfügt.
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Bei Schweißbolzen handelt es sich um Elemente, die zur Ausbildung eines Anschluss- oder Befestigungspunktes an einen Körper aus Metall angeschlossen werden. Bei diesem Metallkörper kann es sich letztendlich um jedweden Metallgegenstand handeln. In Abhängigkeit von der Konzeption des Anschlusspunktes verfügt ein solcher Schweißbolzen über einen Schaft mit einem Außengewinde, einem Innengewinde oder anderen Anschlussmitteln, einem Bolzenflansch, der den Bolzenschaft an der zu der Befestigungsstelle des Metallkörpers weisenden Seite begrenzt und eine von der zu dem Metallgegenstand weisenden Seite des Bolzenflansches – seiner Schweißseite – abragenden Zündspitze. Befestigt wird ein solcher Schweißbolzen an dem Grundkörper durch einen Lichtbogenschweißprozess. Dabei dient der Bolzenflansch zum einen zum Bereitstellen einer hinreichend großen Kontakt- bzw. Schweißfläche. Zum anderen dient der Bolzenflansch dem Zweck, einen Lichtbogenübersprung auf den Schaft zu verhindern, damit durch den Schweißprozess die auf den Schaft angeordneten Befestigungsmittel, etwa ein Außengewinde, nicht beschädigt werden. Ausgelöst wird der Schweißvorgang durch Bewegen des Schweißbolzens in Richtung zu seiner Befestigungsstelle an dem Metallgegenstand, wobei ab einem gewissen Abstand der für das Schweißen notwendige Lichtbogen überspringt und die dann aneinandergeführten Materialien miteinander verschweißt werden. Zum Unterstützen des Schweißvorganges wird der Lichtbogen ausgehend von der im Zentrum des Bolzenflansches befindlichen Zündspitze in radialer Richtung nach außen geführt. Zu diesem Zweck ist die Schweißseite des Bolzenflansches typischer Weise mit geringen Winkel, sich zur Zündspitze hin verjüngend kegelig ausgeführt.
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Für manche Anwendungen ist es erforderlich, Edelstahlschweißbolzen, mithin Schweißbolzen aus einem rostfreien Stahl einzusetzen. Mitunter wird dieses zur Ausbildung von Masseanschlüssen bei elektrischen Schaltschränken benötigt. Beim Anschweißen von Schweißbolzen an Bleche ist darauf zu achten, dass auf der einen Seite die gewünschte Schweißqualität erreicht wird, auf der anderen Seite jedoch das Blech nicht beschädigt oder optisch verändert wird. Bei letzterem kann es sich um eine Blaufärbung handeln, durch die an der dem Schweißbolzen abgewandten Seite eines Edelstahlbleches die Schweißstelle sichtbar wird. Dieses ist unerwünscht. Nur mit einem relativ hohen Aufwand können derartige temperaturbedingte Blauverfärbungen wieder beseitigt werden. Um einen Lichtbogenüberschlag auf den Bolzenschaft wirksam zu verhindern, ist es erforderlich, dass der Bolzenflansch einen gewissen Durchmesser aufweist. Die zum wirksamen Verhindern eines Lichtbogenüberschlages auf den Schaft notwendige Größe eines Bolzenflansches ist mitunter zu groß für die vorgesehene Schweißstelle, insbesondere wenn der Schweißbolzen an relativ dünnen Materialien, wie beispielsweise einem Blech, angeschweißt werden soll, um optische Beeinträchtigung oder gar Beschädigungen ausschließen zu können. Um diesen Anforderungen Genüge zu tun, ist man bei Edelstahlschweißbolzen dazu übergegangen, den Bolzenflansch mit einem Durchmesser auszuführen, der der Größe der gewünschten Schweißstelle entspricht, und zum Verhindern eines Lichtbogenübersprunges auf den Bolzenschaft eine Edelstahlscheibe aufzusetzen und diese mit der Unterseite des Bolzenflansches zu verschweißen. Die zu dem Metallkörper weisende Seite eines solchen Bolzenkopfes ist sodann gestuft ausgebildet, wobei nur die zu dem Metallgegenstand weisende Seite des Bolzenflansches mit dem Metallkörper verschweißt wird. Die im Durchmesser größere, den Bolzenschaft überkragende Scheibe ist in den Schweißprozess nicht eingebunden.
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Das Herstellen von Schweißbolzen dieser Art, bei denen zum Verhindern eines Lichtbogenüberschlages der Bolzenflansch durch eine daran angeschweißte Scheibe vergrößert wird, ist aufwendig und macht derartige Schweißbolzen, bei den es sich normalerweise um Massenartikel handelt, relativ teuer.
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Der Herstellprozess umfasst das Herstellen eines Schweißbolzens mit dem hinsichtlich seines Durchmessers relativ kleinen Bolzenflansch und der Zündspitze. Bei Edelstahlschweißbolzen wird zum Ausbilden einer gestuften Schweißseite des Bolzenkopfes nach Herstellen des Bolzenflansches mit seiner Zündspitze die Scheibe an den Bolzenflansch angeschweißt, da ein einstückiges Herstellen eines solchen Bolzenkopfes mit bisherigen Technologien nicht zu den gewünschten Ergebnissen geführt hat, zumindest nicht mit den an die Ausbildung der Schweißseite und insbesondere der Zündspitze gestellten Anforderungen. Diesbezüglich ist herauszustellen, dass vor allem die Zündspitze in sehr engen Toleranzgrenzen hinsichtlich ihres Durchmessers und ihrer Länge gefertigt werden muss, da diese für das Schweißergebnis in hohem Maß verantwortlich ist.
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DE 10 2005 017 379 A1 zeigt ein Verfahren zum Herstellen des an den Schaft eines Schweißbolzens angeformten Bolzenkopfes mit einem Bolzenflansch und einer daran angeformten Zündspitze, welcher Schweißbolzen über eine in radialer Richtung den Bolzenflansch überkragende Scheibe verfügt. Dieser Schweißbolzen wird aus einem Drahtabschnitt mit Kopf und glattem Schaft durch Kaltumformen geformt. Dann wird die Scheibe auf den Schaft des Schweißbolzens bis zur Anlage an den Kopf aufgebracht.
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DE 10 2004 056 021 A1 zeigt ein Verfahren zum Herstellen des an den Schaft eines Schweißbolzens angeformten Bolzenkopfes mit einem Bolzenflansch und einer daran angeformten Zündspitze, wobei der Bolzenflansch und die Zündspitze einstückig im Wege eines Kaltumformprozesses geformt werden.
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Aus
DE 10 2006 050 093 A1 ist ein durch Fließpressfertigung hergestellter Schweißbolzen bekannt, der aus Aluminium, Stahl, Edelstahl oder Titan bestehen kann.
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Ausgehend von diesem diskutierten Stand der Technik liegt der Erfindung daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren vorzuschlagen, mit dem Schweißbolzen, insbesondere solche aus einem legierten Stahl (Edelstahl), auch mit einer gestuften Schweißseite nicht nur einfacher sondern auch mit den an die Toleranz vor allem der Zündspitze gestellten Anforderungen hergestellt werden können.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein eingangs genanntes, gattungsgemäßes Verfahren gelöst, bei dem der Bolzenkopf mit dem Bolzenflansch, der Zündspitze und der Scheibe einstückig im Wege eines mehrstufig ausgeführten Kaltumformprozesses erstellt werden, wobei in einem ersten Umformteilschritt ein bezüglich des zu erstellenden Bolzenkopfes vorgeformter Rohling zum Herstellen eines Bolzenkopfrohlings mit einer endkonturgenau geformten, von der Schweißseite des Bolzenkopfes abragenden Zündspitze geformt wird und in einem oder mehreren nachfolgenden Umformteilschritten der Bolzenkopfrohling durch Ausformen des Bolzenflansches und der daran angeformten Scheibe in seine Endkontur geformt wird.
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Bei diesem Verfahren wird der Bolzenkopf und damit der Bolzenflansch, die Zündspitze sowie die über den Bolzenflansch mit axialem Abstand zur Schweißseite des Bolzenflansches überkragende Scheibe einstückig hergestellt. Wider Erwarten hat sich gezeigt, dass ein solcher Bolzenkopf tatsächlich einstückig hergestellt werden kann. Bei dem einstückigen Herstellungsprozess wird der Kaltumformprozess zum Ausbilden der Zündspitze, des Bolzenflansches sowie der Scheibe mehrstufig ausgeführt. Dabei ist vorgesehen, dass in einem ersten Umformteilschritt ein bezüglich des zu erstellenden Bolzenkopfes vorgeformter Rohling in einen Bolzenkopfrohling umgeformt wird, und zwar dergestalt, dass bei diesem ersten Umformschritt bereits die von dem Bolzenkopf abragende Zündspitze bereits endkonturgenau geformt wird. Dies erfolgt durch einen Press- bzw. Stauchschritt, bei dem der Rohling in ein Gesenk gepresst wird, welches an der der auszubildenden Zündspitze vorgesehenen Stelle eine Öffnung aufweist, in die im Zuge einer axialen Verformung des Rohlings Material desselben eingepresst wird. Bei diesem ersten Umformschritt wird zweckmäßigerweise auch bereits die Höhe des Bolzenkopfes eingestellt. In einem oder auch in mehreren nachfolgenden Umformteilschritten wird der durch den ersten Umformteilschritt erstellte Bolzenkopfrohling in die Endkontur des Bolzenkopfes geformt, wobei bei diesem Umformschritt ein Materialfließen vornehmlich in radialer Richtung erfolgt. Durch diesen einen oder diese mehreren, auf den ersten Umformteilschritt folgenden Umformteilschritte wird sodann die gestufte Schweißseite des Bolzenkopfes ausgebildet, mithin der Bolzenflansch und die daran angeformte Scheibe in ihre Endkontur gebracht. Grundsätzlich kann der Bolzenkopf in einem einzigen, auf den ersten Umformteilschritt folgenden Umformteilschritt in seine Endkontur gebracht werden.
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Infolge des Aufteilens der notwendigen Umformrate in einzelne Umformteilschritte gelingt es, einen Edelstahlschweißbolzen mit einem einstückig gefertigten Bolzenkopf, bestehend aus Zündspitze, Bolzenflansch und überkragender Scheibe herzustellen. Bei diesem Verfahren wird in dem ersten Umformteilschritt die Zündspitze erstellt, die in dem einen oder in den mehreren nachfolgenden Umformteilschritten durch Einführen dieser in eine Zündspitzenaufnahme des für den oder die nachfolgenden Umformteilschritte vorgesehenen Gesenkes eingeführt wird. Die Zündspitzenaufnahme entspricht maßlich der Zündspitzengesenkform aus dem vorangegangenen ersten Umformteilschritt, so dass die Zündspitze im Zuge des einen oder mehreren nachfolgenden Umformteilschritten nicht nochmals verformt wird.
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Zweckmäßig ist eine Ausgestaltung des Verfahrens, bei dem ebenfalls bereits im ersten Umformteilschritt die Schweißseite des Bolzenflansches endkonturgenau eingestellt wird. Vorzugsweise ist nach dem ersten Umformteilschritt noch keine Abstufung oder ein Abstufungsansatz zwischen dem Bolzenflansch und der Scheibe geformt. Die Konizität der Schweißseite des Bolzenflansches erstreckt sich gemäß einem Ausführungsbeispiel nach Durchführen des ersten Umformteilschrittes somit bis an dem radialen Abschluss des Bolzenkopfrohlings.
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Weitere Vorteile und Ausgestaltungen ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren. Es zeigen:
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1a–e: eine Abfolge darstellend die Herstellung eines Schweißbolzens aus einem legierten Stahl, ausgehend von einem Drahtabschnitt (1a) bis hin zu dem fertigen Schweißbolzen (1e).
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Ein Edelstahldrahtabschnitt 1 dient bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel als Ausgangsprodukt zum Herstellen eines Schweißbolzens. Der in 1a gezeigte Drahtabschnitt 1 wird in einem ersten Schritt hinsichtlich seiner Länge kalibriert. Dieses wird vorgenommen im Zuge eines Vorstauchschrittes zum Ausbilden eines bezüglich des zu erstellenden Bolzenkopfes des Schweißbolzens dienenden Rohlings. Dieser Formrohling 2 ist in 1b dargestellt. Die für die nachfolgende Bolzenkopfherstellung im Zuge des Stauchens angelegte Materialverdickung ist mit dem Bezugszeichen 3 gekennzeichnet. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Materialverdickung 3 aus einem zylindrischen Teilabschnitt 4 und eifern kegelstumpfförmigen Teilabschnitt 4.1 gebildet, wobei der kegelstumpfförmige Teilabschnitt 4.1 mit seiner Verjüngung zu dem von dem Schaft 5 wegweisenden Ende des Formrohlings 2 weist.
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Ausgehend von dem Formrohling 2 mit seiner Materialverdickung 3 wird in zwei nachfolgend nacheinander ausgeführten Umformteilschritten der Bolzenkopf des Schweißbolzens erstellt. Diese Umformteilschritte sind in den 1c und 1d gezeigt, die zum besseren Erkennen der Details gegenüber den Darstellungen des Drahtabschnittes 1 (1a) und des Formrohlings 2 (1b) vergrößert dargestellt sind. Tatsächlich ist die Länge des Formrohlings 2 durch die Umformschritte gemäß 1c und 1d nicht geändert worden, wie dieses durch die gestrichelte Linie zwischen den 1b und 1e angedeutete sein soll. In einem ersten Umformteilschritt (siehe 1c) wird die Stärke 6 des Bolzenkopfes eingestellt und die Schweißseite 7 des Bolzenkopfes sowie die Zündspitze 8 endkonturgenau ausgeformt. Zu diesem Zweck wird der Formrohling 2 mit seiner Verdickung 3 in ein eine zu der ausgeformten Form komplementäre Form aufweisendes Gesenk eingepresst. Ausgenutzt wird bei diesem Verfahren die anfänglich besseren Kaltfließeigenschaften von Edelstahl zum Ausbilden der hinsichtlich ihrer Toleranzen sehr präzise zu erstellenden Zündspitze 8. Im Zuge des ersten Teilumformschrittes ist ein Bolzenkopfrohling erstellt worden.
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In einem nachfolgenden zweiten Umformteilschritt wird der Bolzenflansch 9 und eine daran angeformte Scheibe 10 ausgeformt, wobei die Schweißseite 7 und die Zündspitze 8 nicht verformt werden und somit ihre durch den ersten Umformteilschritt eingestellte Endkontur beibehalten. Im Zuge dieses zweiten Umformteilschrittes ist bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel die Stärke 6 des nunmehr ausgebildeten Bolzenkopfes 11 nicht geändert worden. Aus der Gegenüberstellung der Zwischenprodukte 1c und 1d ist erkennbar, dass durch den zweiten Umformteilschritt der Bolzenflansch 9 hinsichtlich seines Durchmessers eingestellt worden ist und dass das überschüssige Material zum Ausbilden der von der Schweißseite 7 zurückspringenden Stufe und zum Ausformen der Scheibe 10 in radialler Richtung nach außen gepresst worden ist. Hierdurch ist eine sehr genaue Einstellung der Große der Schweißseite 7 des Bolzenflansches 9 möglich Da die Scheibe 10 vornehmlich dem Zweck dient, einen Lichtbogenüberschlag auf den Schaft 5 zu verhindern, sind die Anforderungen an die radiale Außenkontur der Scheibe 10 nicht besonders hoch. Sollte auch die Scheibe 10 mit engen Toleranzen hinsichtlich ihres Durchmessers hergestellt werden müssen, können überschüssige Teile der Scheibe 10 in einem nachfolgenden Schritt im Wege eines üblichen Stanzprozesses abgetrennt werden.
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Der zweite Umformteilschritt kann auch in mehreren Umformteilschritten ausgeführt werden, insbesondere dann, wenn kompliziertere Geometrien realisiert werden sollen.
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Nach Ausbilden des Bolzenkopfes 11 wird bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel in die Mantelfläche des Schaftes 5 ein Außengewinde 12 eingeschnitten oder eingewalzt.
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Bei den vorbeschriebenen Umformteilschritten handelt es sich um solche, bei denen ein Materialfließen im kalten Zustand des jeweiligen Rohlings erfolgt. Mithin handelt es sich hierbei um ein Kaltformfließpressschnitte.
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Aus der Beschreibung des vorstehenden Ausführungsbeispiels wird deutlich, dass die insgesamt ausgehend von dem Bolzenkopfrohling 3 vorzunehmende Umformrate auf einzelne Umformteilschritte aufgeteilt ist, wobei in dem ersten Umformteilschritt maßgeblich ein Umformen in axialer Richtung und damit zur Ausbildung der Zündspitze 8 und in dem zweiten Umformteilschritt allein ein Umformen in radialer Richtung erfolgt. Die beiden Umformteilschritte können mit ein und derselben Maschine unter Verwendung zweier unterschiedlicher Gesenke ausgeführt werden. Dabei bleibt der Bolzenschaft in einem Rohlinghalter aufgenommen; mithin braucht das Zwischenprodukt nicht von einer Bearbeitungsmaschine in eine nächste umgesetzt zu werden. Die Fertigung des Edelstahlschweißbolzens, wie dieser mit dem Bezugszeichen 13 in 1e gekennzeichnet ist, kann somit kostengünstig hergestellt werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Drahtabschnitt
- 2
- Formrohling
- 3
- Bolzenkopfrohling
- 4, 4.1
- Teilabschnitt
- 5
- Schaft
- 6
- Stärke
- 7
- Schweißseite
- 8
- Zündspitze
- 9
- Bolzenflansch
- 10
- Scheibe
- 11
- Bolzenkopf
- 12
- Außengewinde
- 13
- Schweißbolzen
