DE102012218827A1

DE102012218827A1 - Metall-Lage für eine metallische Flachdichtung, Flachdichtung sowie Werkzeug zur Herstellung der Metall-Lage, sowie Elektroden zum Verschweißen der Metall-Lage

Info

Publication number: DE102012218827A1
Application number: DE201210218827
Authority: DE
Inventors: Rolf Prehn; Rainer Capellmann; Hendrik Langenberg
Original assignee: Federal Mogul Sealing Systems GmbH
Current assignee: Federal Mogul Sealing Systems GmbH
Priority date: 2012-10-16
Filing date: 2012-10-16
Publication date: 2014-04-17

Abstract

Metall-Lage (4) für eine metallische Flachdichtung umfassend mindestens einen ersten Schweißbuckel (20) und mindestens einen zweiten Schweißbuckel (20) zur Verbindung mit einer anderen metallischen Lage (6, 10) einer metallischen Flachdichtung, wobei sich der mindestens eine erste Schweißbuckel (20) sich in geometrischen Abmessungen von geometrischen Abmessungen des mindestens einen zweiten Schweißbuckels (22) unterscheidet.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft mehrlagige Metall-Flachdichtungen, bei denen die mehreren Lagen durch Buckelschweißen zusammengefügt sind. Das Buckelschweißen gemäß der vorliegenden Erfindung ermöglicht die Herstellung einer Flachdichtung mit einer Stopperlage, die eine Höhenprofilierung entlang des Umfangs aufweist. Das Buckelschweißen gemäß der vorliegenden Erfindung ermöglicht es ebenfalls, entlang des Umfangs einer Stopperlage, eine variable Verformungscharakteristik zu erreichen.
Es ist im Stand der Technik bekannt, einen Stopperring auf eine entsprechende Funktionslage aufzuschweißen. Es ist ebenfalls bekannt, eine Distanzlage zu verwenden, die eine vorgewählte Dickenverteilung aufweisen. Es ist ebenfalls bekannt, segmentierte oder gebördelte Stopper zu verwenden.
Bekannt ist ebenfalls, Schweißstopper durch Kondensatorentladungsschweißen mit einer höhenprofilierten Schweißsicke zu verbinden. Ein solches Verfahren, bei dem eine Punkt- oder Rollenschweißung an einem Wellenberg einer Sicke ausgeführt wird, ist beispielsweise in dem Deutschen Patent DE 10029352 B4 offenbart. Es ist ebenfalls bekannt, einen gebördelten Stopper einzusetzen, der an manchen Stellen bezüglich der Dicke reduziert ist. Es ist aus der Offenlegungsschrift DE 1000902 A1 ebenfalls bekannt, einen Stopper als eine nur sektorenweise ausgebildete Sicke auszuführen, die um den Umfang einer Öffnung in einer Flachdichtung angeordnet ist.
Aus dem Dokument DE 19548236 A1 ist ein Schweißstopper bekannt, der durch Kondensatorentladungsschweißen an eine Trägerlage angeschweißt wird. Dokument DE 3741344 A1 offenbart ebenfalls eine Flachdichtung mit einem Schweißstopper. Das Dokument US 4495397 offenbart ein Verfahren zur Herstellung von Schweißbuckeln für einen Buckelschweißvorgang.
Aus der DE 3605115 A1 ist ein Schweißbuckel mit einer Art Feinstruktur bekannt, bei dem mehrere Erhebungen zu einem Schweißbuckel zusammengefasst sind, die mit einer einzelnen Elektrode in einem einzelnen Schweißvorgang verschweißt werden,
Bei herkömmlichen geprägten Stoppern bzw. Stopperlagen kann es zu Dauerfestigkeitsproblemen kommen.
Es ist daher wünschenswert, über eine kostengünstige Methode zu verfügen einen Schweißstopper mit einer Höhenprofilierung oder einer im Umfang veränderlichen Verformungscharakteristik herzustellen.
Bisher ist bekannt, flache Ringe als Stopperlagen aufzuschweißen, steife Strukturen in einzelne Lagen einzuprägen oder ein Material durch Umbördeln aufzudicken.
Es ist ebenfalls wünschenswert, einen neuartigen Stopper für Flachdichtungen bereitzustellen, der zusätzlich zu der bekannten Funktion, die Verpressung der Dichtsicke zu begrenzen, bzw. lokal zu erhöhen, zusätzlich federnde Eigenschaften aufweist. Ein federnder Stopper kann zudem zur Abdichtung beispielsweise der Brennräume beitragen. Weiterhin ist es wünschenswert, einen Zylinderkopf zur Verfügung zu haben, der dazu beitragen kann die Struktursteifigkeit eines Systems aus Motorblock und Zylinderkopfdichtung positiv zu beeinflussen. Es ist zudem wünschenswert auf eine Zylinderkopfdichtung zugreifen zu können, bei der ein flacher Ring mit geprägten Strukturen kombiniert wird, um die Eigenschaften einer Flachdichtung im Bereich eines Verpressungsbegrenzers zu optimieren.
Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Metall-Lage für eine metallische Flachdichtung bereitgestellt. Die Metall-Lage umfasst dabei mindestens einen ersten Schweißbuckel und mindestens einen zweiten Schweißbuckel. Die Schweißbuckel sind dazu vorgesehen, die Metall-Lage mit anderen Metall-Lagen einer metallischen Flachdichtung zu einer Flachdichtung zu verbinden. Der mindestens eine erste Schweißbuckel unterscheidet sich dabei in seinen geometrischen Abmessungen von den geometrischen Abmessungen des mindestens einen zweiten Schweißbuckels.
Die vorliegende Erfindung betrifft insgesamt eine metallische Flachdichtung, bei der mindestens zwei Lagen durch Buckelschweißen miteinander verbunden sind. Bevorzugt wird hierbei eine Stopperlage bzw. Verpressungsbegrenzerlage mit einer Funktions- bzw. Träger- bzw. Dichtlage mittels Buckelschweißen verbunden.
Beim Buckelschweißen werden vor dem Verschweißen Erhebungen in das Metall eingeprägt, um den Stromfluss beim Schweißen auf einen möglichst kleinen Bereich zu konzentrieren. Die Buckelhöhe wird üblicherweise beim Verschweißen reduziert. Im Gegensatz beispielsweise zum Punktschweißen verbleibt beim Buckelschweißen ein Schweißspalt zwischen den beiden Blechen.
In einer beispielhaften Ausführungsform weist der mindestens eine erste Schweißbuckel eine andere Höhe auf als der und mindestens eine zweite Schweißbuckel. Unterschiedlich hohe Schweißbuckel werden je nach den Prozessvariablen des Buckelschweißens unterschiedlich stark eingeebnet, was dazu führt, dass der Verbindung in der späteren Flachdichtung ein Höhenprofil verliehen werden kann. Unterschiedlich hohe Schweißbuckel können vor allem bei geringen Elektrodenanpressdrücken nur teilweise eingeebnet werden und so eine gewisse Federwirkung entfalten.
Es ist anzumerken, dass die ersten und zweiten Schweißbuckel in einem angeordnet sind die jeweils zur Befestigung zweier Bauteile miteinander verwendet wird. Die ersten und zweiten Schweißbuckel sind dabei nahe beieinander möglicherweise sogar abwechselnd angeordnet.
In einer anderen beispielhaften Ausführungsform ist der mindestens eine erste Schweißbuckel in eine andere Richtung als der mindestens eine zweite Schweißbuckel in die Metall-Lage geprägt. Diese Ausführungsform betrifft eine Zwischenlage die mit den ersten Schweißbuckeln mit einer ersten Lage und mit dem zweiten Schweißbuckeln mit einer zweiten Lage verschweißt wird. Diese Lage kann eine Funktionslage oder eine Stopperlage sein.
In einer weiteren beispielhaften Ausführungsform weist der mindestens eine erste Schweißbuckel eine andere Breite oder einen anderen Durchmesser auf als der mindestens eine zweite Schweißbuckel. Durch andere Durchmesser bzw. andere Breiten kann der Verbindung eine variierende Druckfestigkeit im Bereich der ersten bzw. zweiten Schweißbuckel verliehen werden.
In einer anderen weiteren beispielhaften Ausführungsform weist die Anordnung jeweils mehrere Schweißbuckel auf, wobei die ersten Schweißbuckel einen geringeren Abstand voneinander aufweisen als die zweiten Schweißbuckel. Damit wird durch die Verteilung der ersten und zweiten Schweißbuckel eine Eigenschaft in die Schweißverbindung eingebracht, um lokal die mechanischen Eigenschaften der Dichtung zu verändern oder gewünschten Werten anzupassen.
In einer weiteren anderen beispielhaften Ausführungsform weist der mindestens eine erste Schweißbuckel eine kreisförmige, kreissegmentförmige, ovale, lineare mäanderförmige oder kreuzförmige Gestalt auf.
In einer zusätzlichen beispielhaften Ausführungsform weist der mindestens eine zweite Schweißbuckel eine kreisförmige, kreissegmentförmige, ovale, lineare mäanderförmige oder kreuzförmige Gestalt auf.
In einer weiteren zusätzlichen beispielhaften Ausführungsform unterscheiden sich die ersten und zweiten Schweißbuckel in der Gestalt bzw. Form.
Die Gestalt der Schweißbuckel kann auch im Querschnitt definiert werden, wobei die ersten und zweiten Schweißbuckel einen runden, halbkreisförmigen, parabelförmigen, dreckigen, trapezförmigen oder rechteckigen Querschnitt aufweisen können.
In einer anderen zusätzlichen beispielhaften Ausführungsform ist die mit Buckel versehene Metall-Lage eine Träger- oder Funktionslage bzw. Dichtungslage (nicht jedoch eine Stopperlage).
In einer weiteren anderen zusätzlichen beispielhaften Ausführungsform ist die mit Buckel versehene Metall-Lage eine Stopperlage. Die Ausführungsform der Stopperlage weist dabei als primäre Funktion eine Erhöhung der Dicke der Flachdichtung auf, kann jedoch zusätzlich mit einer oder mehreren Halb- bzw. Vollsicken versehn sein.
Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine metallische Flachdichtung bereitgestellt die zwei Metall-Lagen umfasst, wobei mindestens eine Metall-Lage wie vorstehend beschrieben zwei verschiedene Arten von Schweißbuckeln umfasst. Die mindestens zwei Metall-Lagen sind durch Verschweißungen der ersten und zweiten Schweißbuckel miteinander verbunden. Diese Ausführungsform betrifft eine einfache mindestens zweischichtige Dichtung mit mindestens zwei Trägerlagen oder einer Trägerlage und einer Stopperlage, wobei mindestens eine der Metall-Lagen mit den Schweißbuckeln versehen ist.
In einer beispielhaften Ausführungsform der metallischen Flachdichtung umfasst die Flachdichtung mindestens eine Stopperlage, wobei die mindestens eine Stopperlage wie vorstehend beschrieben zwei verschiedene Arten von Schweißbuckeln umfasst. Die mindestens eine Stopperlage ist durch Verschweißungen der ersten und zweiten Schweißbuckel mit einer anderen oder mit einer Trägerlage verschweißt. Diese Ausführungsform betrifft eine metallische Flachdichtung mit mindestens zwei Lagen wobei mindestens eine Lage eine Stopperlage ist und wobei mindestens eine Trägerlage vorhanden sein sollte.
In einer weiteren beispielhaften Ausführungsform umfasst die metallische Flachdichtung eine zweite Trägerlage, wobei die zweite Trägerlage mit der ersten Trägerlage oder der ersten Stopperlage durch verschweißte Schweißbuckel verbunden ist. Diese Ausführungsform definiert eine weitere bestimmte Schichtung von Trägerlagen, wobei mindestens eine vorzugsweise jedoch beide Trägerlagen mit zwei verschiedenen Arten von Schweißbuckeln versehen ist.
In einer anderen Ausführungsform der metallischen Flachdichtung umfasst die Flachdichtung mindestens zwei Stopperlagen, wobei mindestens eine Stopperlage wie vorstehend beschrieben zwei verschiedene Arten von Schweißbuckel umfasst. Die mindestens zwei Stopperlagen sind durch Verschweißungen der ersten und zweiten Schweißbuckel miteinander oder mit einer Trägerlage verschweißt. Diese Ausführungsform betrifft eine metallische Flachdichtung mit mindestens zwei Lagen wobei mindestens eine Lage eine Stopperlagen ist und mindestens eine Trägerlage vorhanden ist.
In einer zusätzlichen beispielhaften Ausführungsform umfasst die metallische Flachdichtung weiter eine zweite Trägerlage, wobei die zweite Trägerlage mit der ersten Trägerlage oder der ersten Stopperlage durch verschweißten Schweißbuckel verbunden ist.
In einer weiteren zusätzlichen beispielhaften Ausführungsform umfasst die metallische Flachdichtung eine zweite Stopperlage, wobei die zweite Stopperlage mit der Trägerlage und/oder der zweiten Trägerlage durch verschweißten Schweißbuckel verbunden ist. Die Schweißbuckel sind dabei auf der Stopperlage oder auf beiden Trägerlagen angeordnet und dienen dazu die Lagen miteinander zu verbinden.
In einer anderen zusätzlichen beispielhaften Ausführungsform der metallische Flachdichtung umfasst die Metallische Flachdichtung eine weitere Trägerlage, wobei die weitere Trägerlage mit der metallischen Flachdichtung verbunden ist, und/oder umfasst eine weitere Stopperlage, wobei die weitere Stopperlage mit der Trägerlage durch die verschweißten Schweißbuckel verbunden ist.
In einer zusätzlichen anderen beispielhaften Ausführungsform der metallischen Flachdichtung sind die Trägerlage, und die weitere Trägerlage durch die ersten und zweiten Schweißbuckel der Stopperlage verschweißt. Dabei erstrecken sich die ersten und zweiten Schweißbuckel der Stopperlage jeweils in entgegen gesetzte Richtungen der Stopperlage. Oder die Stopperlage und die weitere Stopperlage sind durch die ersten und zweiten Schweißbuckel der Trägerlage verschweißt, wobei die ersten und zweiten Schweißbuckel der Trägerlage sich jeweils in entgegen gesetzte Richtungen der Trägerlage erstrecken. Diese Ausführungsform nutzt dabei vier verschiedene Schweißbuckel um jeweils zwei Lagen miteinander zu verbinden. Durch eine geeignete Wahl der Materialien der Stopperlage und der Trägerlage kann auch mit jeweils ähnlichen oder gleichen Schweißbuckeln der Verbindung unterschiedliche Eigenschaften verliehen werden. Ein Schweißbuckel in einem Federstahlblech wie einer Träger bzw. Funktionslage wird (sofern er nicht so vollständig eingeebnet wird soweit es mit Buckelschweißen möglich ist) andere Eigenschaften aufweisen als ein gleichartiger Schweißbuckel in einem Stopperlage aus beispielsweise Kupfer, Aluminium oder Messing. In dieser Ausführungsform wird einerseits die Form der Schweißbuckel und andererseits das Material in das die Schweißbuckel geprägt werden dazu verwendet um der Verbindung die gewünschten Eigenschaften zu verleihen. Die Materialfestigkeit der verwendeten Bleche stellt ebenfalls einen Parameter zum Erreichen einer Festigkeit bzw. eines Profils der Verbindung dar.
In einer zusätzlichen weiteren beispielhaften Ausführungsform sind die Trägerlage und die Stopperlage durch Verschweißungen der ersten und zweiten Schweißbuckel der Trägerlage und durch Verschweißungen der ersten und zweiten Schweißbuckel der Stopperlage jeweils miteinander verbunden. Diese Ausführung entspricht einer Art doppelter Buckelschweißverbindung, wobei beide Lagen mit Schweißbuckeln versehen sind, die vor den Schweißen so zusammengeführt werden, dass sie sich jeweils an ihren Erhebungen berühren.
In einer zusätzlichen anderen beispielhaften Ausführungsform der metallischen Flachdichtung ist der mindestens eine erste Schweißbuckel einer Trägerlage jeweils mit einem ersten Schweißbuckel der Stopperlage verschweißt. In dieser Ausführungsform sind die ersten Schweißbuckel passend zueinander ausgeführt, sodass runde oder kreuzförmige erste Schweißbuckel miteinander verschweißt sind. In dieser Ausführung wird zudem die mögliche Höhe der Lagen zwischen den Buckeln erhöht, sofern die Buckel beim Verschweißen nicht oder zumindest nicht vollständig eingeebnet werden, wie es mit Buckelschweißen möglich ist. Diese Ausführung gestattet es ebenfalls, dass die zweiten Schweißbuckel höher ausgeführt sind, und direkt mit einem entsprechenden flachen Bereich eines benachbarten Blechs verbunden sind.
In einer weiteren beispielhaften Ausführungsform der metallischen Flachdichtung sind die zweiten Schweißbuckel der Trägerlage jeweils mit den zweiten Schweißbuckeln der Stopperlage verschweißt. Diese Ausführungsform stellt eine zusätzliche Ausführung dar, bei der sowohl die ersten als auch die zweiten Schweißbuckel sich an ihren Erhebungen berühren, bevor sie miteinander verschweißt werden. Zusätzlich zur vorstehenden Ausführung sind hier die ersten und die zweiten Schweißbuckel an ihren höchsten Stellen miteinander verbunden.
In einer anderen beispielhaften Ausführungsform der metallische Flachdichtung sind die miteinander verschweißten Schweißbuckel jeweils gegeneinander ausgerichtet. Diese Ausführung gestattet es beispielsweise eine Reihe von länglichen Schweißbuckeln auf einer Lage mit einer komplementären Reihe länglicher Schweißbuckel so zu kombinieren, dass sich eine durchgehende, (senkrecht zur Ebene der Bleche wellenförmige) Buckelschweißnaht ergibt. Dadurch kann man mit den Mitteln des Buckelschweißens ebenfalls sehr stabile Schweißnähte erzeugen.
In einer weiteren anderen beispielhaften Ausführungsform der metallischen Flachdichtung ist mindestens einer der ersten und/oder zweiten Schweißbuckel geringer eingeebnet bzw. nicht soweit eingeebnet, wie es mit Buckelschweißen möglich wäre. Diese Ausführung ist dazu bestimmt, der metallischen Flachdichtung im Bereich der Buckelschweißung eine größere Höhe zu verleihen als in Bereichen an denen Schweißbuckel beim Verschweißen stärker eingeebnet wurden, als die geringer eingeebneten Schweißbuckel. Die Bezeichnungen geringer und stärker sind dabei so deutlich aufzufassen dass diese Unterscheide deutlich über den Fertigungstoleranzen beim Buckelschweißen liegen. Der Ausdruck „geringer eingeebnet“ bedeutet, dass der Schweißbuckel beim Buckelschweißen nicht so stark eingeebnet ist, wie ein anderer oder wie es technologisch möglich ist. Der Ausdruck „stärker eingeebnet“ bedeutet, dass der Schweißbuckel beim Buckelschweißen entweder so stark eingeebnet ist wie es mit einer Standard-Buckelschweißtechnologie möglich ist, oder dass der Schweißbuckel stärker eingeebnet ist als ein „geringer eingeebneter“ Schweißbuckel (auch wenn er stärker eingeebnete Schweißbuckel nicht so vollständig eingeebnet ist wie es möglich ist).
In einer anderen weiteren beispielhaften Ausführungsform der metallischen Flachdichtung umfasst die Trägerlage den mindestens einen geringer eingeebneten Schweißbuckel. Es ist ebenso vorgesehen, dass beispielhaften die Stopperlage den mindestens einen geringer eingeebneten Schweißbuckel umfasst.
Es ist hervorzuheben, dass entweder der mindestens eine erste und/oder der mindestens eine zweite Schweißbuckel in der Träger und/oder der Stopperlage geringer eingeebnet sein können. Durch ein nur teilweises Einebnen der Schweißbuckel beim verschweißen lässt sich in der Flachdichtung ein Höhenprofil erzeugen. Durch eine geeignete Wahl der Flankensteilheit und des Höhen-Breitenverhältnisses lässt sich die Steifigkeit des Schweißbuckels einstellen.
In einer weiteren zusätzlichen beispielhaften Ausführungsform der metallische Flachdichtung ist die Stopperlage und oder die Trägerlage mit zusätzlichen Profilierungen versehen, die nicht als Schweißbuckel dienen. Derartige Profilierungen können beispielsweise Wellungen oder Profilierungen zur Erhöhung der Dicke einer Lage umfassen, die nicht verschweißt sind. Es ist ebenfalls vorgesehen eine Halb- oder eine Vollsicke in einer Trägerlage oder einer Stopperlage vorzusehen, die jedoch ebenfalls nicht durch Buckelschweißen verschweißt ist.
Gemäß einem zusätzlichen Aspekt der vorliegenden Erfindung werden Werkzeuge zur Herstellung, Umformen bzw. zum Prägen einer erfindungsgemäßen Metall-Lage bereitgestellt. Die Metall-Lage umfasst mindestens die ersten und zweiten Schweißbuckel. Die Werkzeuge sind daher mit mindestens einer ersten Ausformung zum Formen mindestens eines ersten Schweißbuckels versehen und umfassen weiter mindestens eine zweite Ausformung zum Formen mindestens eines zweiten Schweißbuckels. Die Ausformungen bzw. entsprechenden Einformungen korrelieren mit den entsprechenden unterschiedlichen ersten und zweiten Schweißbuckel.
In einer anderen beispielhaften Ausführungsform der Werkzeuge zur Herstellung einer Metall-Lage mit zwei unterschiedlichen Schweißbuckeln ist die mindestens eine erste Ausformung als ein wechselbarer Stempel ausgeführt und die mindestens eine zweite Ausformung ist ebenfalls als ein wechselbarer Stempel ausgeführt. Eine Press- bzw. Prägeform mit austauschbaren Stempeln erleichtert die Herstellung und ein Anpassen der Werkzeuge an geänderte Schweißbuckel erheblich. Die Press- bzw. Prägeform dieser Ausführung gestattet es einfach unterschiedliche Schweißbuckel in einem Werkzeug auszuprobieren, ohne dass das gesamte Werkzeug neu hergestellt werden muss. Der Einsatz von austauschbaren Press- bzw. Prägestempeln ermöglicht zudem eine einfache Anpassung des Werkzeugs an unterschiedliche Metall-Lagen (insbesondere in Hinblick auf Materialstärke und Festigkeit), die in den Werkzeugen verarbeitet werden.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Elektrodenblock zum Buckelverschweißen einzelner Lagen einer Flachdichtung bereitgestellt. Der Elektrodenblock umfasst dabei mindestens eine erste Elektrode zum Verschweißen mindestens eines ersten Schweißbuckels und mindestens eine zweiten Elektrode zum Verschweißen mindestens einen zweiten Schweißbuckels. Die mindestens eine erste Elektrode unterscheidet sich dabei von der mindestens einen zweiten Elektrode, um die unterschiedlichen Schweißparameter, die für die unterschiedlichen Schweißbuckel notwendig sind zu ermöglichen.
In einer Ausführungsform des Elektrodenblocks unterscheiden sich die geometrischen Abmessungen der mindestens einen ersten Elektrode von den geometrischen Abmessungen der mindestens einen zweiten Elektrode.
In einer weiteren beispielhaften Ausführungsform des Elektrodenblocks unterscheiden sich die mechanischen Aufhängungen der ersten und zweiten Elektroden, um jedem der ersten und zweiten Schweißbuckel mit einer entsprechenden angepassten Anpresskraft zu versehen.
In einer zusätzlichen weiteren beispielhaften Ausführungsform des Elektrodenblocks unterscheiden sich die elektrischen Eigenschaften der mindestens einen ersten Elektrode von den elektrischen Eigenschaften der mindestens einen zweiten Elektrode. Diese Eigenschaften betreffen das Material und den Innenwiderstand der Elektroden, um größeren und kleineren Schweißbuckeln einen entsprechende geeignete Stromstärke zum Verschweißen zur Verfügung zu stellen.
In einer zusätzlichen anderen beispielhaften Ausführungsform des Elektrodenblocks bilden die mindestens eine ersten Elektrode und die mindestens eine zweite Elektrode Segmente, die den mindestens einen ersten Schweißbuckel und den jeweils mindestens einen zweiten Schweißbuckel unterschiedlich stark verschweißen können. Die Segmente können als Kreissegmente ausgeführt sein, die sich gegenseitig zu einem geschlossenen Kreis ergänzen. Es können auch nichtleitende Kreissegmente eingesetzt werden, wenn die Schweißbuckel lediglich in Segmenten und nicht in einem geschlossenen Kreis angeordnet sind.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Elektroschweißwerkzeug bereitgestellt das zwei Elektrodenblöcke umfasst, wobei mindestens ein Elektrodenblock Elektroden für zwei Arten unterschiedlicher Schweißbuckel umfasst. Mindestens einer der Elektrodenblöcke weist dabei erste und zweite Elektroden für erste und zweite Schweißbuckel auf, wobei sich die Elektrodenabstände der jeweils ersten Elektroden von den Elektrodenabständen der jeweils zweiten Elektroden unterscheiden.
Im Folgenden wird die vorliegende Erfindung zum Besseren Verständnis anhand der Zeichnung erläutert.
1 bis 5 stellten Ausführungen von Schweißbuckeln an Flachdichtungen des Standes der Technik dar.
6 bis 8 stellen verschiedene Ansichten einer erfindungsgemäßen Metall-Lage einer Flachdichtung mit zwei verschiedenen Arten von Schweißbuckeln dar.
9A bis C zeigen ein beispielhaftes Verfahren zum Buckelschweißen, bei dem der Schweißbuckel nicht vollständig eingeebnet wird.
10 stellt einen erfindungsgemäßen Prägestempel dar, bei dem die einzelnen Erhebungen unterschiedlich ausgeführt sind, und austauschbar sind.
11 und 12 stellen mögliche Konfigurationen von Flachdichtungen dar, die mit den erfindungsgemäßen Metall-Lagen hergestellt werden können.
13 bis 15 zeigen verschiedene Ansichten einer erfindungsgemäßen Metall-Lage und einer damit herstellbaren erfindungsgemäßen Flachdichtung.
16 bis 26 zeigen verschiedene Aufsichten auf unterschiedliche Schweißbuckelanordnungen wie sie in bzw. an einer Zylinderkopfdichtung eingesetzt werden können.
27A und B zeigen verschiedene mögliche Schweißbuckelformen
28 stellt eine Ansicht auf einen ringförmigen, segmentierten Elektrodenblock dar, der dazu verwendet werden kann, die Metall-Lagen mit den unterschiedlichen Schweißbuckeln miteinander zu verschweißen.
29A und 29B zeigen ein beispielhaftes Verfahren zum Buckelschweißen, bei dem der Schweißbuckel nicht vollständig eingeebnet wird.
Die Figuren sind lediglich schematisch dargestellt und drücken nicht die jeweiligen relativen Abmessungen aus. Sowohl in den Figuren als auch in der Beschreibung werden gleiche Bezugszeichen für gleiche oder ähnliche Komponenten verwendet.
1 bis 5 stellten Ausführungen von Schweißbuckeln an Flachdichtungen des Standes der Technik dar. In 1 ist eine Metall-Lage 6 einer Flachdichtung dargestellt, die jeweils pro Brennraumöffnung 42 einen umlaufenden ringförmigen Schweißbuckel 36 aufweist, um einen Stopper 10 darauf fest zuschweißen. In 2 ist eine Schnittansicht entlang der Linie A-A von 1 dargestellt. Der Ausschnitt zeigt den Steg zwischen zwei Brennraumöffnungen 42 einer Metall- bzw. Trägerlage 6 einer Zylinderkopfdichtung. In 3 ist eine Stopper- oder Verpressungsbegrenzerlage 10 auf der Metall-Lage 6 so aufgesetzt, dass sie die Metall-Lage 6 an der obersten Stelle des jeweils ringförmigen Schweißbuckels 36 berührt. In 4 ist die Metall-Lage 6 mit der Verpressungsbegrenzerlage 10 verschweißt wobei der Schweißbuckel eingeebnet wurde. Von dem Schweißbuckel ist nur noch eine nicht vollständig eingeebnete Vertiefung 40 der Prägung verblieben. 5 stellt eine Aufsicht auf den ringförmigen Schweißbuckel 36 von oben dar, der die Brennraumöffnung 42 umgibt.
6 zeigt eine Aufsicht auf eine ringförmige Metall-Lage 4, die eine erste Trägerlage 6 bildet. Auf der Metall-Lage 6 sind erste Schweißbuckel 20 und zweite Schweißbuckel 22 dargestellt. Die ersten erste Schweißbuckel 20 weisen einen Durchmesser D1 auf der kleiner ist als der Durchmesser D2 der zweiten Schweißbuckel 22. Es sind somit zwei, in den Abmessungen verschiedenen, erste und zweite Schweißbuckel 20/22 dargestellt, die beide ein Element mit einem anderen Element verbinden sollen. Es ist dabei hervorzuheben, dass üblicherweise für eine Verbindung gleichartige Schweißbuckel genutzt werden, da so keine Probleme mit dem Schweißstrom oder anderen Schweißparametern wie dem Verpressungsdruck an der Stelle des Schweißbuckels auftreten.
7 stellt einen Querschnitt entlang der Linie A-A von 6 dar. Der Schnitt verläuft dabei durch den ersten Schweißbuckel 20. In der Schnittansicht ist zu erkennen, dass der erste Schweißbuckel 20 eine im Wesentlichen domförmige Struktur aufweist. Die domförmige Struktur weist einen Durchmesser von D1 und eine Höhe von t1 auf.
8 stellt einen Querschnitt entlang der Linie B-B von 6 dar. Der Schnitt verläuft dabei durch den zweiten Schweißbuckel 22. In der Schnittansicht ist zu erkennen, dass der zweite Schweißbuckel 22 eine ebenfalls im Wesentlichen domförmige Struktur aufweist. Die domförmige Struktur des zweiten Schweißbuckels einen Durchmesser von D2 und eine Höhe von t2 auf. Der Durchmesser D2 und eine Höhe t2 des zweiten Schweißbuckels 22 ist dabei jeweils größer als der Durchmesser D1 und eine Höhe t1 des ersten Schweißbuckels 20. Die ersten Schweißbuckel 20 weisen dabei auch andere Eigenschaften bezüglich Enddicke und Endfestigkeit auf als die zweiten Schweißbuckel 22. Diese Unterscheide dienen erfindungsgemäß dazu ein Höhen-, Elastizitäts- und Festigkeitsprofil entlang einer im Wesentlichen flächigen oder linearen Verbindung zweier Metall-Lagen zu modellieren.
9A ist eine Metall-Lage 4, die als eine Trägerlage 6 ausgeführt ist, mit einem Schweißbuckel 20 dargestellt. Über dem Schweißbuckel ist eine andere Metall-Lage die als eine Stopperlage 10 ausgeführt ist angeordnet. Über den beiden Metall-Lagen befindet sich eine bewegliche erste Buckelschweißelektrode 80 und darunter eine zweite, feste Buckelschweißelektrode 82.
In 9B ist die erste bewegliche Buckelschweißelektrode 80 auf der Stopperlage 10 so aufgesetzt, dass die gegen den Buckel der Trägerlage 6 gedrückt wird. Die Trägerlage wird dabei gegen die untere Elektrode 82 gedrückt. Dann wird ein durch die Pfeile angedeuteter Schweißstrom durch die Elektroden 80, 82 geleitet, der sich im Bereich der Berührung des Buckels 20 mit dem Stopper konzentriert und für ein Verschweißen notwendige Stromdichte erreicht.
In 9C ist die fertige Schweißverbindung mit einem nicht vollständig eingeebneten Schweißbuckel dargestellt. Durch einen hinreichend geringen Anpressdruck und eine hinreichend geringe Nachführung der beweglichen Elektrode 80 wurde der Schweißbuckel 20 nicht vollständig eingeebnet sondern nur leicht in deiner Höhe verringert. Es ist klar dass je nach dem gewählten Schweißstrom, Schweißdauer, Anpressdruck und der Nachführung der Elektrode unterschiedlich stark eingeebnete Schweißbuckelverschweißungen erzeugt werden können. Es ist dabei ein Aspekt der vorliegenden Erfindung in einem Bauteil nicht nur unterschiedlich ausgeführte Schweißbuckel zu verwenden, sonder auch den Schweißprozess so auszuführen, dass diese auch unterschiedlich stark eingeebnet werden.
10 stellt einen erfindungsgemäßen Prägestempel 16 dar, bei dem die einzelnen Erhebungen 62, 64 unterschiedlich ausgeführt sind, um jeweils unterschiedliche Schweißbuckel in eine Metall-Lage einzuformen. Die Erhebungen könne als auswechselbare Prägestempel für erste und zweite Schweißbuckel 62, 64 ausgeführt sein, um es einfach zu ermöglichen das Werkzeug an unterschiedliche zu prägende bzw. zu pressende Metall-Lagen anzupassen. Durch austauschbare Prägestempel für die ersten und zweiten Schweißbuckel können diese Elemente ebenfalls leicht ausgetauscht werden, da sie einem erhöhten Verschleiß ausgesetzt sind. Es sollte klar sein, dass dem Prägestempel eine entsprechende Senkform gegenübersteht, die Vertiefungen die den Prägestempeln entsprechen können dabei ebenfalls als austauschbare Aus- bzw. Einformungen ausgeführt sein, um eine schnelle und kostengünstige Anpassung der Präge-/Pressform an unterschiedliche gewünschte Schweißbuckel zu ermöglichen.
11 und 12 stellen mögliche Konfigurationen von Flachdichtungen dar, die mit den erfindungsgemäßen Metall-Lagen hergestellt werden können. Es ist beispielsweise möglich die Trägerlage 6 mit der ersten Stopperlage 10 durch eine Buckelschweißverbindung zu verbinden. Es ist ebenfalls vorgesehen eine Trägerlage 6 mit einer ersten und einer zweiten Stopperlage 10, 12 unter Verwendung von Schweißbuckeln zu verbinden. In den dargestellten Konfigurationen von 11 und 12 sind die Schweißbuckel vollständig eingeebnet. Die zwei Arten von Schweißbuckeln können dabei entweder in der ersten (und auch der zweiten) Stopperlage 10, 12 oder in der Trägerlage 6 angeordnet sein. In der Ausführungsform von 11 können die Schweißbuckel auch in der Trägerlage abwechselnd nach oben (in Richtung Stopper 10) und nach unten (in Richtung Stopper 12) geformt werden, was es ermöglicht die beiden Stopper 10, 12 in einem einzigen Buckelschweißvorgang miteinander zu verschweißen.
13 bis 15 zeigen verschiedene Ansichten einer erfindungsgemäßen Metall-Lage und einer damit herstellbaren erfindungsgemäßen Flachdichtung.
In 13 ist die Trägerlage 6 dabei mit ersten Schweißbuckeln 20 versehen, die in Richtung des ersten Schweißstoppers 10 ausgeformt sind. Die zweiten Schweißbuckel 22 sind in die entgegengesetzte Richtung, in Richtung des zweiten Schweißstoppers 12, ausgeformt. Die mittlere Metall-Lage umfasst dabei zwei verschiedene Schweißbuckel die sich nur in der Richtung in der sie in die Trägerlage 6 eingeprägt sind unterscheiden.
In 14 ist die Trägerlage 6 durch die vollständig eingeebneten ersten Schweißbuckel 20 mit der ersten Stopperlage 10 verschweißt. Die Trägerlage 6 ist ebenfalls durch die vollständig eingeebneten zweiten Schweißbuckel 22 mit der zweiten Stopperlage 12 verschweißt. Durch eine Geeignete Wahl der die Elektroden können beide Stopperlagen 10, 12 gleichzeitig mit der Trägerlage 14 verbunden werden. Ein Einprägerest 40 zeigt jeweils in der Fertigen Flachdichtung noch die Positionen der ersten und zuweiten Schweißbuckel 20, 22 auch noch in der fertig verschweißten Flachdichtung an.
Es ist ebenfalls vorgesehen, den ersten Schweißbuckel ringförmig zu gestalten und am Außenrand des ersten Stoppers anzuordnen. In dieser Ausführungsform kann ein zweiter ringförmiger durchgehender Schweißbuckel der in die andere Richtung geprägt ist und der am Innenrand des zweiten Stoppers angeordnet ist eine luft- bzw. gasdichte Verbindung zwischen der Trägerlage und jeweils den beiden Stopperlagen erzeugen. Die Prägereste würden in diesem Falle konzentrische Ringe mit unterschiedlichen Durchmessern bilden, die jeweils auf unterschiedlichen Seiten der Trägerlage 6 angeordnet sind.
15 stellt eine Aufsicht auf die Trägerlage 6 dar, wobei eine innere Brennraumbegrenzung 42 durch einen Kreis dargestellt ist. Die ersten und zweiten Schweißbuckel 20, 22 sind länglich ausgeführt und abwechseln auf einem Kreis angeordnet. Obgleich in der 15 nicht zu erkennen erstrecken sich die zweiten Schweißbuckel 22 von der Ebene der Trägerlage 6 von dem Betrachter weg, während sich die ersten Schweißbuckel aus der Ebene der Trägerlage 6 zum Betrachter hin erheben.
16 stellt eine Ausführungsform da, bei der zwei reihen von ersten und zweiten Schweißbuckeln nebeneinander auf konzentrischen Linien angeordnet sind. Die Größe der ersten und zweiten Schweißbuckel unterscheidet sich dabei nicht, sondern lediglich die Richtung in der die Schweißbuckel in die Trägerlage 6 eingepresst sind. Wie dargestellt sind die inneren Schweißbuckel 20 in Richtung des Betrachters eingepresst während die zweiten Schweißbuckel 22 sich in die Zeichenebene hinein erstrecken.
Es ist ebenfalls möglich dass sich in beiden Ringen die Richtungen in der die Schweißbuckel gepresst sind wie in 15 abwechseln.
In 17 weist der innere Ring die ersten Schweißbuckel auf, während der äußere Ring durch die zweiten Schweißbuckel 22 gebildet wird. Hier unterscheiden sich die ersten und zweiten Schweißbuckel 20, 22 bereits durch ihre Segmentlänge, weshalb sie auch nur in eine Richtung beispielsweise in Richtung des Betrachters in die Trägerlage 6 eingeprägt sein können. Es ist ebenfalls möglich, dass sich jeder zweite der Schweißbuckel in eine andere Richtung erstreckt, sodass sich jeder Ring aus abwechselnd in andere Richtungen erstreckende Schweißbuckel zusammensetzt. Diese letzte Ausführungsform weist damit vier Arten von Schweißbuckeln auf, Kurze, die nach Oben weisen, Kurze, die nach unten weisen, Lange, die nach oben weisen, sowie Lange die nach unten weisen. Diese Ausführungsform kann also auch mit drei oder vier verschiedenen Arten von Schweißbuckeln hergestellt werden.
18 entspricht im Wesentlichen der Ausführungsform von 17, wobei jedoch die äußeren Schweißbuckel 22 größer sind als die inneren Schweißbuckel 20. Zusätzlich sind die Schweißbuckel 20, 22 nicht auf einem Ring sondern lediglich auf Ringsegmenten angeordnet. Wie bereits in 17 diskutiert können auch die Schweißbuckel in 18 in der Richtung abwechseln ausgeführt sein, um gleichzeitig beispielsweise zwei verschiedene Lagen wie Stopperlagen mit dem Trägerblech zu verbinden.
Die Ausführungsform von 19 entspricht im Wesentlichen der Ausführungsform von 18, wobei jedoch die Segmente in denen die inneren Schweißbuckel 20 angeordnet sind um 45° verdreht sind.
Die Ausführungsform von 20 Entspricht im Wesentlichen der Ausführungsform von 19, wobei jedoch die inneren Schweißbuckel 20 viel länger sind und fast die Form eines Achtelkreises aufweisen. In dieser Ausführung sind kann einem Stopperring der durch Buckelschweißen aufgebracht wird eine Neigung zu der Brennraumöffnung 42 hin oder von der Brennraumöffnung 42 weg gegeben werden.
Im Unterschied zur Ausführungsform von 20 sind in der Version von 21, die Inneren Kreissegmente als durchgehende Schweißbuckel ausgeführt während die äußeren Schweißbuckel 22 sehr viel kürzer ausgeführt sind. In 21 bedecken die Inneren Kreissegmente 20 einen weiteren Bereich, als die aus den kürzeren Schweißbuckeln gebildeten äußeren Kreissegmente 22.
22 stellt eine Ausführungsform dar, bei dem zwei ringförmige Schweißbuckel 20 und 22 konzentrisch um einen Durchgang wie eine Brennraumöffnung 42 angeordnet sind. Der äußere Schweißbuckel 22 weist einen größeren Durchmesser als der innere Schweißbuckel 20 auf. Durch die unterschiedlichen Durchmesser unterscheiden sich die beiden ringförmigen Schweißbuckel 20 und 22 bereits voneinander. Es ist jedoch ebenfalls möglich wie zu 16 angedeutet, dass der innere erste Schweißbuckel 20 in eine andere Richtung eingepresst ist als der äußere zweite Schweißbuckel 22.
Der 23 stellt eine Ausführungsform dar, bei dem ein äußerer ringförmiger Schweißbuckel 22 und ein innerer wellenförmiger Schweißbuckel 20 um einen Durchgang 42 angeordnet sind. Der äußere Schweißbuckel 22 ist kreisförmig ausgeführt und der innere wellenförmige Schweißbuckel 20 verläuft ähnlich einer Sinuswelle entlang eines kreisförmigen Gebiets. Die beiden ringförmigen Schweißbuckel 20 und 22 unterscheiden sich durch die unterschiedlichen Formen voneinander. Zusätzlich ist es möglich wie zu 16 ausgeführt, dass der innere wellenförmige Schweißbuckel 20 in eine andere Richtung eingepresst ist als der äußere kreisförmige zweite Schweißbuckel 22.
In 24 ist eine ähnliche Ausführungsform dargestellt, wobei ein äußerer Mäanderförmiger Schweißbuckel 22 mit kurzen länglichen inneren Schweißbuckeln 20 kombiniert ist. Der äußere mäanderförmige Schweißbuckel 22 kann dabei viel größere Kräfte aufnehmen als die inneren Schweißbuckel 20. Je nach gewählter Verpressung der Trägerlage 6 mit einer entsprechenden anderen Metall-Lage können sich dadurch unterschiedliche Einebnungsgrade der Schweißbuckel ergeben. Eine unterschiedlich starke Einebnung, der Schweißbuckel 20 und 22 kann zu einer kegelförmigen Verformung der zusammengeschweißten Metall-Lagen führen.
Die Ausführungsform von 25 unterscheidet sich von der Ausführung von 24 lediglich dadurch, dass der äußere mäanderförmige Schweißbuckel zwischen einer im Wesentlichen sinusförmigen und einer im Wesentlichen mäanderförmigen Gestalt wechselt. In dieser Ausführung kann auch ein einzelner Schweißbuckel 22 in Umfangsrichtung eine wechselnde Stabilität, Elastizität oder Höhe (bzw. Einebnung) aufweisen.
Die Ausführungsform von 26 stelle eine Version dar, bei der mäanderförmige Schweißbuckel 22 und sinusförmige Schweißbuckel 20 Kreissegmente bilden, die auf einem gemeinsamen Kreis liegen. Die Kreissegmente sind voneinander getrennt und um eine Durchgangsöffnung angeordnet. Aus der Form der Segmente und einer nicht vollständigen Einebnung der wellen- und mäanderförmigen Schweißbuckel ist klar, dass eine Stopperlage die über diese Schweißbuckel mit der Trägerlage verbunden sind in Radialrichtung ein wechselndes Höhen- und Festigkeitsprofil aufweisen.
Die 27A stellt einen ringförmigen Schweißbuckel dar, der in der Mitte eine Entlüftungsöffnung aufweist.
Die 27B stellt ringförmige Schweißbuckel dar, wobei die Ringe nicht vollständig geschlossen sind, um einen Luftaustausch zu ermöglichen. Durch die Öffnungen kann Luft oder Gas, das durch den Schweißprozess erhitzt wird, austreten und beeinträchtigt damit nicht den Schweißvorgang.
28 stellt eine Ansicht auf einen ringförmigen, segmentierten Elektrodenblock dar, der dazu verwendet werden kann, die Metall-Lagen mit den unterschiedlichen Schweißbuckeln miteinander zu verschweißen. Die dargestellte Ausführungsform ist insbesondere für die Schweißbuckelanordnung der 25 und 26 geeignet. Der Elektrodienblock umfasst dabei zwei verschiedene segmentförmige Elektroden 84 und 86 die jeweils nur einen Winkelbereich eines Achtelkreises bedecken. Durch die unterschiedlichen Elektroden könne unterschiedliche Schweißströme geleitet werden. Durch die unterschiedlichen Schweißströme kann der Grad der Verschweißung bestimmt werden. Die Elektroden 84 und 86 können unterschiedliche Höhen aufweisen oder jeweils unabhängig voneinander federnd aufgehängt sein, um ein bestimmte Einebnung der Schweißbuckel zu erreichen.
Der Elektrodenblock kann auch dazu verwendet werden, um die ersten und zweiten Schweißbuckel zeitlich nacheinander zu verschweißen.
Es ist ebenfalls vorgesehen zwei unterschiedliche Elektroden auf zwei verschiedenen Radien anzuordnen, um beispielsweise die Schweißbuckel von 24 jeweils mit einem anderen Schweißstrom und mit einem anderen Anpressdruck zu verschweißen.
29A und 29B zeigen ein beispielhaftes Verfahren zum Buckelschweißen, bei dem beide Komponenten mit Schweißbuckeln versehen sind. Dieses Verfahren ist vor allem dann vorzuziehen, wenn die Schweißbuckel so wenig wie möglich eingeebnet werde sollen und ein maximaler Abstand zwischen den zu verschweißenden Metall-Lagen erzielt werden soll.
Ähnlich dem Verfahren von 9A–C werden zwei Metall-Lagen zwischen zwei Elektroden 80, 82 zusammengedrückt. Im Gegensatz zu dem Stand der Technik sind jedoch beide Lagen mit Schweißbuckeln versehen. Dieser Ansatz würde in technischen Bereichen in denen der Schweißbuckel vollständig eingeebnet wird keinen Sinn machen, da dort die Buckel lediglich zur Fokussierung des Schweißstroms dienen, und vollständig eingeebnet werden. In der vorliegenden Anwendung ist es hingegen nicht geplant die Schweißbuckel vollständig einzuebnen sondern lediglich teilweise einzuebnen, um eine bestimmte Höhen und/oder eine bestimmte Elastizität im Bereich der Verschweißung zu erreichen.
Daher werden in dem Verfahren jeweils zwei Buckel verwendet, die einander gegenüberstehen, wobei sich die beiden zu verbindenden Metall-Lagen einander jeweils nur im Bereich der Schweißbuckel berühren. Weiterhin sind die Schweißbuckel so zueinander ausgerichtet dass die Metall-Lagen einen Abstand von etwa der Summe der Höhen der jeweiligen Schweißbuckel aufweisen. Dabei wird der Schweißstrom jeweils in beiden Metall-Lagen durch die Schweißbuckel in einem sehr kleinen Bereich konzentriert wodurch nur die Spitzen der Schweißbuckel miteinander verschweißt werden. Auch wenn beide Schweißbuckel dabei z.B. zur Hälfte eingeebnet werden sollten, ergibt sich am Ende immer noch ein Abstand zwischen den miteinander verschweißten Metall-Lagen der größer ist als die Höhe eines einzelnen unverschweißten Schweißbuckels.
Mit den obengenannten Schweißbuckeln und den vorstehend beschriebenen Schweißverfahren kann beispielsweise ein Stopperring auf einer Lage einer Dichtung verliersicher befestigt werden, wobei eine in Radialrichtung und/oder in Umfangsrichtung eine variable Verformungscharakteristik erreicht werden kann. Die zur Konzentration des Schweißstroms erforderliche Schweißbuckel des einen oder der beiden Schweißpartner werden durch das Einprägen oder Einpressen erzeugt. Die Schweißbuckel können kreisförmig sein. Die Schweißbuckel können mit unterschiedlichen Höhen, Durchmessern und Querschnitten erzeugt werden. Es ist ebenfalls möglich die Abstände der einzelne Schweißbuckel zueinander in Umfangsrichtung und oder in Radialrichtung zu variieren. Um die Werkzeuge zum Prägen oder Pressen der Schweißbuckel möglichst gering zu halten können statt einer einstückig gefrästen Kontur einzelne Stempel in ein Werkzeug eingesetzt werden. Diese Stempel können durch unterschiedliche Längen bzw. Durchmesser eine hohe Variabilität in der Werkzeugherstellung erzeugen. Es können zudem die Stempel zwischen mehreren Werkzeugen gewechselt werden, was die Gesamtzahl der Werkzeuge und der Stempel stark verringern kann. Die verschiedenen Schweißbuckel könne auch in einem Arbeitsgang mit Sicken die zur Abdichtung dienen in eine Metall-Lage eingebracht werden, was den Fertigungsaufwand weiter herabsetzt, da kein gesonderter Press/Prägevorgang zur Erstellung der Schweißbuckel notwendig ist.
Die hier beschriebene Technik weist im Vergleich zu Falt- bzw. Bördelstoppern den Vorteil auf, dass keine Gefahr einer Rissbildung im Bereich des Stoppers besteht.
In Kombination mit einem Impulsschweißverfahren das unterschiedliche Buckelformen und unterschiedliche Elektroden kombiniert, ist es möglich in einem Arbeitsgang die Verschweißungen an unterschiedlichen Schweißbuckeln unterschiedlich stark auszuführen. Dafür sind Elektrodenblöcke aus mehreren Einzelelektroden notwendig, die nicht gleichförmig wirken sondern wie eine Kombination verschiedener Punktschweißelektroden wirkt, die alle jeweils mit einem anderen Schweißstrom betrieben werden. (Der Ausdruck Schweißstrom bezieht sich im Rahmen der vorliegenden Erfindung nicht nur auf die eingesetzten Amperezahlen, sondern auch auf die Frequenz, die Impulsform und die Impulsdauer des Schweißstroms.)
Somit betrifft die vorliegende Erfindung nicht nur das Metallblech mit unterschiedlichen Schweißbuckeln sonder ebenso auch die zur Verschweißung dieser unterschiedlichen Elektroden notwendigen Elektroden und vor allen die Elektroden die aus unterschiedlichen Einzelelektroden zusammengesetzt sind.
Die Elektroden können dabei auch so betrieben werden, dass zuerst nur die höheren Schweißbuckel so stark verschweißt und eingeebnet werden, dass die zweiten Schweißbuckel erst mit der zweiten Metall-Lage in Kontakt treten können. In einem zweiten Schritt können dann die zweiten Schweißbuckel mit geringer Einebnung verschweißt werden. In einem anderen zweiten Schritt könne auch die ersten und die zweiten Schweißbuckel weiter mit einem Schweißstrom belegt und weiter eingeebnet werden.
Weitere Vorteile der Erfindung und des Schweißverfahrens bestehen darin, dass es sehr schnell ausgeführt werden kann und somit eine kurze Prozess- bzw. Zykluszeit erreicht werden kann. Die Schweißzone ist beim Buckelschweißen zudem sehr klein und erzeugt damit nur sehr geringe Verzüge und Gefügeveränderungen.
Es wird hier explizit hervorgehoben dass auch alle Kombinationen von ersten und/oder zweiten Schweißbuckeln die einzeln in den Figuren offenbart sind ebenfalls als offenbart anzusehen sind.
Bezugszeichenliste

4: Metallage
6: erste Trägerlage
8: zweite/weitere Trägerlage
10: erste Stopperlage / Verpressungsbegrenzer
12: zweite Stopperlage / weiterer Verpressungsbegrenzer
14: erste Funktionslage ohne Schweißbuckel
16: zweite Funktionslage ohne Schweißbuckel
20: erster Schweißbuckel
22: zweite Schweißbuckel
36: ringförmiger Schweißbuckel
40: Einprägerest eines eingeebneten Schweißbuckels
42: Brennraumaussparung
60: Prägestempel
62: Auswechselbarer Prägestempel für erste Schweißbuckel
64: Auswechselbarer Prägestempel für zweite Schweißbuckel
80: obere Buckelschweißelektrode
82: untere Buckelschweißelektrode
84: erste segmentförmige Buckelschweißelektrode
86: zweite segmentförmige Buckelschweißelektrode
D1: Durchmesser erster Schweißbuckel
D2: Durchmesser zweiter Schweißbuckel
t1: Höhe eines ersten Schweißbuckels
t2: Höhe eines zweiten Schweißbuckels

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 10029352 B4 [0003]
DE 1000902 A1 [0003]
DE 19548236 A1 [0004]
DE 3741344 A1 [0004]
US 4495397 [0004]
DE 3605115 A1 [0005]

Claims

Metall-Lage (4) für eine metallische Flachdichtung umfassend mindestens einen ersten Schweißbuckel (20) und mindestens einen zweiten Schweißbuckel (22) zur Verbindung mit einer anderen Metall-Lage (6, 10) der metallischen Flachdichtung, wobei sich der mindestens eine erste Schweißbuckel (20) in seinen geometrischen Abmessungen von geometrischen Abmessungen des zweiten Schweißbuckels (22) unterscheidet.
Metall-Lage nach Anspruch 1, wobei der mindestens eine erste Schweißbuckel (20) eine andere Höhe (t1) aufweist als der zweite Schweißbuckel (22).
Metall-Lage nach Anspruch 1 oder 2, wobei der mindestens eine erste Schweißbuckel (20) in eine andere Richtung als der zweite Schweißbuckel (22) in die Metall-Lage (4) geprägt ist.
Metall-Lage nach Anspruch 1, 2 oder 3, wobei der mindestens eine erste Schweißbuckel (20) eine andere Breite, einen anderen Durchmesser (D1), eine andere Höhe oder eine andere Umfangslänge aufweist als der zweite Schweißbuckel (22).
Metall-Lage nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei bei jeweils mehreren Schweißbuckeln die ersten Schweißbuckel (20) einen geringeren Abstand voneinander aufweisen als die zweiten Schweißbuckel (22).
Metall-Lage nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der mindestens eine erste Schweißbuckel (20) eine kreisförmige, kreissegmentförmige, ovale, lineare mäanderförmige oder kreuzförmige Gestalt aufweist.
Metall-Lage nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der mindestens eine zweite Schweißbuckel (22) eine kreisförmige, kreissegmentförmige, ovale, lineare mäanderförmige oder kreuzförmige Gestalt aufweist.
Metall-Lage nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Metall-Lage (4) eine Träger- oder Funktionslage (6) ist.
Metall-Lage nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Metall-Lage (4) eine Stopperlage ist (10).
Metallische Flachdichtung umfassend zwei Metall-Lagen, wobei mindestens eine Lage eine Metall-Lage (4) nach einem der Ansprüche 1 bis 9 ist, wobei die mindestens zwei Metall-Lagen durch Verschweißungen der ersten und zweiten Schweißbuckel (20, 22) miteinander verbunden sind.
Metallische Flachdichtung nach Anspruch 10, wobei mindestens eine Lage eine Trägerlage (6) nach Anspruch 8 ist.
Metallische Flachdichtung nach Anspruch 10 oder 11, wobei mindestens eine Lage eine Stopperlage (10) nach Anspruch 9 ist.
Metallische Flachdichtung nach Anspruch 10 oder 11, weiter umfassend eine zweite Trägerlage, wobei die zweite Trägerlage mit der ersten Trägerlage (6) oder der ersten Stopperlage (10) durch Buckelverschweißung verbunden ist.
Metallische Flachdichtung nach Anspruch 10, 11 oder 12, weiter umfassend eine zweite Stopperlage (12), wobei die zweite Stopperlage (12) mit der Trägerlage (6) und/oder der zweiten Trägerlage und/oder der ersten Stopperlage (10) durch verschweißte Schweißbuckel (20 und/oder 22) verbunden ist.
Metallische Flachdichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 14, weiter umfassend eine weitere Trägerlage, wobei die weitere Trägerlage mit der metallischen Flachdichtung verbunden ist, und/oder weiter umfassend eine weitere Stopperlage (12), wobei die weitere Stopperlage (12) mit der weiteren Trägerlage durch die verschweißten Schweißbuckel (20, 22) verbunden ist.
Metallische Flachdichtung nach Anspruch 15, wobei die Trägerlage (6), und die weitere Trägerlage jeweils durch die ersten und zweiten Schweißbuckel (20, 22) der Stopperlage (10) verschweißt sind, wobei die ersten und zweiten Schweißbuckel (20, 22) der Stopperlage sich jeweils in entgegengesetzte Richtungen der Stopperlage (10) erstrecken, oder wobei die Stopperlage (10) und die zweite Stopperlage (12) jeweils durch die ersten und zweiten Schweißbuckel (20, 22) der Trägerlage (6) verschweißt sind, wobei die ersten und zweiten Schweißbuckel (20, 22) der Trägerlage sich jeweils in entgegengesetzte Richtungen der Trägerlage (6) erstrecken.
Metallische Flachdichtung nach Anspruch 12, sofern abhängig von Anspruch 11, wobei die Trägerlage (6) und die Stopperlage (10) durch Verschweißungen der ersten und zweiten Schweißbuckel (20, 22) der Trägerlage (6) und durch Verschweißungen der ersten und zweiten Schweißbuckel (20, 22) der Stopperlage (10) jeweils miteinander verbunden sind.
Metallische Flachdichtung nach Anspruch 17, wobei die ersten Schweißbuckel (20) der Trägerlage (10) jeweils mit den ersten Schweißbuckeln (20) der Stopperlage (10) verschweißt sind.
Metallische Flachdichtung nach Anspruch 18, wobei die zweiten Schweißbuckel (22) der Trägerlage (6) jeweils mit den zweiten Schweißbuckeln (22) der Stopperlage (10) verschweißt sind.
Metallische Flachdichtung nach Anspruch 18 oder 19, wobei die miteinander verschweißten Schweißbuckel (20, 22) jeweils gegeneinander ausgerichtet sind.
Metallische Flachdichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 20, wobei mindestens einer der Schweißbuckel (20, 22) weniger eingeebnet ist als andere.
Metallische Flachdichtung nach Anspruch 21, wobei der mindestens eine erste Schweißbuckel (20) der Trägerlage (6) und/oder der Stopperlage (10) nicht vollständig eingeebnet ist.
Metallische Flachdichtung nach einem der Ansprüche 21 oder 22, wobei der mindestens eine zweite Schweißbuckel (22) der Trägerlage (6) und/oder der Stopperlage (22) nicht vollständig eingeebnet ist.
Werkzeug (60) zur Herstellung einer Metall-Lage einer Flachdichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 23, umfassend mindestens eine erste Ausformung (62) zum Formen mindestens eines ersten Schweißbuckels und umfassend mindestens eine zweite Ausformung (64) zum Formen mindestens eines zweiten Schweißbuckels, um die Metall-Lage durch Buckelschweißen mit einer anderen metallischen Lage einer metallischen Flachdichtung zu verbinden, wobei sich die mindestens eine erste Ausformung (62) in ihren geometrischen Abmessungen von geometrischen Abmessungen der mindestens einen zweiten Ausformung (64) unterscheidet.
Werkzeug zur Herstellung einer Metall-Lage einer Flachdichtung nach Anspruch 24, wobei die mindestens eine Ausformung (62) als ein wechselbarer Stempel ausgeführt ist, und wobei die mindestens eine zweite Ausformung (64) ebenfalls als ein wechselbarer Stempel ausgeführt ist.
Elektrodenblock zum Buckelverschweißen der einzelnen Lagen einer Flachdichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 23, umfassend mindestens eine erste Elektrode (84) zum Verschweißen mindestens eines ersten Schweißbuckels und mindestens einer zweiten Elektrode (86) zum Verschweißen mindestens einen zweiten Schweißbuckels, wobei sich die mindestens eine erste Elektrode (84) von der mindestens einen zweiten Elektrode (86) in ihren physikalischen Eigenschaften unterscheidet.
Elektrodenblock nach Anspruch 26, wobei sich die geometrischen Abmessungen der mindestens einen ersten Elektrode (84) von den geometrischen Abmessungen der mindestens einen zweiten Elektrode (86) unterscheiden.
Elektrodenblock nach einem der Ansprüche 26 oder 27, wobei sich die elektrischen Eigenschaften der mindestens einen ersten Elektrode (84) von den elektrischen Eigenschaften der mindestens einen zweiten Elektrode (86) unterscheiden.
Elektrodenblock nach einem der Ansprüche 26 oder 28, wobei die mindestens eine ersten Elektrode (84) und die mindestens eine zweite Elektrode (86) Segmente bilden, die den mindestens einen ersten Schweißbuckel (20) und den jeweils mindestens einen zweiten Schweißbuckel (22) unterschiedlich stark zu verschweißen.
Elektroschweißwerkzeug umfassend zwei Elektrodenblöcke, jeweils einen ersten Elektrodenblock und einen zweiten Elektrodenblock nach einem der Ansprüche 26 bis 29, umfassend jeweils mindestens eine erste und mindestens eine zweite Elektrode (84, 86), wobei sich Elektrodenabstände der jeweils ersten Elektroden (84) von Elektrodenabständen der jeweils zweiten Elektroden (86) unterscheiden.