DE102020211579A1 - Schweißbolzen und Verfahren zu dessen Fixierung auf einem beschichteten Blech - Google Patents

Schweißbolzen und Verfahren zu dessen Fixierung auf einem beschichteten Blech Download PDF

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Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf einen Schweißbolzen (10), umfassend
- eine rotationssymmetrische Anschlussscheibe (12) mit einer Oberseite und einer Unterseite,
- ein konzentrisch auf der Oberseite der Anschlussscheibe (12) angeordnetes Verbindungselement (14) und
- einen auf der Unterseite der Anschlussscheibe (12) angeordneten Satz radial erstreckter Messer (16) mit in axiale Richtung weisenden Schabkanten,
Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass an zentraler Position der Unterseite der Anschlussscheibe (12) eine in axialer Richtung über die Schabkanten hinausragende Zündspitze (18) angeordnet ist.
Die Erfindung betrifft weiter eine Verfahren zur Fixierung eines derartigen Schweißbolzens auf einem beschichteten Blech.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Schweißbolzen, umfassend
    • - eine rotationssymmetrische Anschlussscheibe mit einer Oberseite und einer Unterseite,
    • - ein konzentrisch auf der Oberseite der Anschlussscheibe angeordnetes Verbindungselement und
    • - einen auf der Unterseite der Anschlussscheibe angeordneten Satz radial erstreckter Messer mit in axiale Richtung weisenden Schabkanten.
  • Die Erfindung betrifft weiter ein Verfahren zum Fixieren eines Schweißbolzens auf einem beschichteten Blech, umfassend die Schritte:
    • - Bereitstellen eines Schweißbolzens mit einer eine Oberseite und eine Unterseite aufweisenden, rotationssymmetrischen Anschlussscheibe, auf deren Oberseite konzentrisch ein Verbindungselement und auf deren Unterseite ein Satz radial erstreckter Messer mit in axiale Richtung weisenden Schabkanten angeordnet sind,
    • - Aufsetzen des Schweißbolzens mit der Unterseite seiner Anschlussscheibe auf dem beschichteten Blech,
    • - Reinigen des Blechs im Kontaktbereich des Schweißbolzens, indem der aufgesetzte Schweißbolzen um seine Längsachse rotiert wird, sodass die Beschichtung des Blechs mittels der mitrotierenden Messer im Kontaktbereich entfernt wird,
    • - Anlegen eines elektrischen Stroms durch den Schweißbolzen und das gereinigte Blech,
    • - Abheben des Schweißbolzens von dem Blech zum Zünden eines Lichtbogens und
    • - Anpressen des Schweißbolzens an das Blech, sobald die Unterseite seiner Anschlussscheibe und die ihr zugewandte Oberfläche des Blechs durch den Lichtbogen im gereinigten Bereich aufgeschmolzen sind.
  • Gattungsgemäße Schweißbolzen sowie ein gattungsgemäßes Verfahren zu deren Fixierung auf einem beschichteten Blech sind bekannt aus der EP 1 378 312 A1 .
  • Im Kraftfahrzeugbau, insbesondere im Karosseriebau, kommt es häufig vor, dass Schweißbolzen als Träger von Anbauteilen in einem späten Montagestadium, nämlich, wenn Karosseriebleche bereits lackiert oder anderweitig beschichtet sind, auf besagte Karosseriebleche aufgeschweißt werden müssen. Hierdurch ist es möglich einerseits eine breite Modellpalette in Bezug auf Anbauteile wie z. B. Spoiler, Schweller, etc. anzubieten und andererseits im Rahmen der Produktion die notwendige Variantenpalette möglichst lange möglichst schmal zu halten. Problematisch hierbei ist, dass die Beschichtung des Blechs, auf welches der Schweißbolzen aufgeschweißt werden soll, den Schweißvorgang als solchen zum einen behindert und zum anderen durch den Schweißvorgang selbst Schaden nehmen kann, was sich optisch und im Hinblick auf entstehende Angriffsstellen für Korrosion auch funktional nachteilig darstellt.
  • Die eingangs genannte, gattungsbildende Druckschrift adressiert exakt dieses Problem. Übliche Schweißbolzen weisen eine rotationssymmetrische, z. B. kreisrunde Anschlussscheibe auf, deren Unterseite die Fügefläche bildet, die mit dem Blech verschweißt werden soll. Auf der der Unterseite gegenüberliegenden Oberseite der Anschlussscheibe ist ein Verbindungselement angeordnet, dessen konkrete Ausgestaltung im Kontext der vorliegenden Erfindung keine Rolle spielt. Bspw. kann es sich um einen Gewindestift, einen Rastknopf oder um eine ähnliche Struktur handeln, die der mechanischen Wechselwirkung mit einem korrespondierenden Verbindungselement des zu fixierenden Anbauteils dient. Auf der Unterseite der Anschlussscheibe des in der genannten Druckschrift gezeigten Schweißbolzens ist ein Satz radialer Messer angeordnet, deren Schabkanten in (bezogen auf den Schweißbolzen) axiale Richtung weisen. Diese Richtungsangabe schließt im Kontext der vorliegenden Erfindung auch leichte Schrägstellungen der Schabkanten mit ein und ist insofern weit zu verstehen. Zur Montage wird ein solcher Schweißbolzen in ein als Schweißpistole bezeichnetes Werkzeug eingelegt, sodass seine Anschlussscheibe aus der Schweißpistole herausragt. Die Unterseite der Anschlussscheibe wird sodann auf das beschichtete Blech aufgesetzt und der Schweißbolzen über eine an seinem Verbindungselement angreifende Mechanik in eine oszillierende Rotation versetzt. Hierbei kratzen die Messer auf der Unterseite der Anschlussscheibe die Beschichtung im kreisförmigen Kontaktbereich von dem Blech ab. Die Anschlussscheiben-Unterseite bzw. die darauf angeordneten Schabkanten der Messer befinden sich dann im direkten Kontakt zu dem „nackten“ Blech. Wie bei gängigen Schweißpistolen üblich, wird sodann ein elektrischer Strom, der den Schweißbolzen und das Blech und insbesondere deren Kontaktbereich durchfließt, angelegt. Ein leichtes Abheben des Schweißbolzens vom Blech führt sodann zum Zünden eines Lichtbogens zwischen der Unterseite der Anschlussscheibe und dem Blech was zu einem lokalen Aufschmelzen der Fügeflächen (unter Zerstörung der Messer) führt. Ein nachfolgendes Anpressen der aufgeschmolzenen Fügeflächen aneinander bei abgeschaltetem Strom führt beim Erkalten und Wiedererstarren zu der gewünschten Schweißverbindung.
  • Aus der US 3 340 379 A ist ein ähnlicher Schweißbolzen bekannt, dessen Anschlussscheiben-Unterseite allerdings vier kegelförmige Spitzen aufweist, mittels derer die Beschichtung ringförmig aufgekratzt wird. Die im Kontaktbereich nicht durch Abkratzen entfernte Beschichtung soll - so die genannte Druckschrift - beim Brennen des Lichtbogens abplatzen.
  • Die beiden vorgenannten Ansätze haben beide den Nachteil einer hohen Prozessunsicherheit, die zu unpräzisen Schweißverbindungen mit entsprechender Korrosionsanfälligkeit führen.
  • Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, gattungsgemäße Schweißbolzen und das gattungsgemäße Verfahren zu deren Verschweißung mit einem beschichteten Blech derart weiterzubilden, dass eine höhere Prozesssicherheit und ein verbesserter Korrosionsschutz gegeben sind.
  • Diese Aufgabe wird in Verbindung mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1 dadurch gelöst, dass in zentraler Position der Unterseite der Anschlussscheibe eine in axialer Richtung über die Schabkanten hinausragende Zündspitze angeordnet ist.
  • Die Aufgabe wird weiter in Verbindung mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 7 dadurch gelöst, dass die Zündspitze beim Rotieren eines derartigen Schweißbolzens im Rahmen des Reinigungsschrittes als Zentrierdorn wirkt.
  • Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.
  • Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass die oben erwähnten Prozessunsicherheiten im Wesentlichen zwei Ursachen haben. Zum einen neigt die Schweißpistole, vor allem bei manueller Bedienung, im Rahmen des Reinigungsschrittes, wenn die rotierenden Radialmesser mit der Beschichtung, insbesondere einem glatten Lack, wechselwirken, zum Abrutschen. Hierdurch kann der freigekratzte Bereich des Blechs unrund ausfallen und / oder leicht fehlpositioniert werden. Zum anderen kann die exakte Position der Lichtbogenzündung kaum vorgesagt werden; sie wird irgendwo entlang der Schabkanten der Radialmesser erfolgen. Insbesondere im Fall eines weit randständig zündenden Lichtbogens kann dies zu einer Beschädigung der Beschichtung außerhalb des gereinigten (freigekratzten) Bereichs führen. Beiden Problemen wirkt die Erfindung durch den Einsatz eines doppelfunktionalen, zusätzlichen Elementes, nämlich der über die Schabkanten axial hinausragenden Zündspitze, entgegen. Diese ist in der Mitte der Anschlussscheiben-Unterseite angeordnet. Gemäß ihrer Bezeichnung dient sie primär der exakten Definition eines Zündortes für den Lichtbogen. In ihrem Spitzenbereich liegen die elektrischen Feldlinien besonders dicht, was die Entstehung des Lichtbogens gerade hier begünstigt. Das axiale Überstehen der Zündspitze über jegliche andere Strukturen an der Anschlussscheibenunterseite führt zudem dazu, dass die Wahrscheinlichkeit, dass der Lichtbogen hier und an keiner anderen Stelle zündet, wesentlich gesteigert wird. Allerdings erfüllt die erfindungsgemäße Spitze auch die zusätzliche Funktion eines mechanischen Zentrierdorns, der, wenn die Schabkanten der Radialmesser mit der Beschichtung in Kontakt kommen, bereits in diese Beschichtung oder gar das darunterliegenden Blech eingedrungen sein muss und so ein Abgleiten der Schweißpistole verhindert. Mit anderen Worten wird durch die erfindungsgemäße Spitze zum einen der Abtrag der Beschichtung präziser gestaltet und zum anderen auch der Schweißprozess, insbesondere die Schweißbogenzündung, präziserer gestaltet. Hierdurch werden die Prozessunsicherheiten deutlich reduziert, was zu zuverlässigeren und weniger korrosionsanfälligen Schweißverbindungen führt.
  • Günstigerweise sind die Messer bogenförmig geschwungen ausgebildet. Hierdurch wird ein verbesserter Abtransport des abgeschabten Beschichtungsmaterials erreicht. Dies ist insbesondere der Fall, wenn die Messer in Rotationsrichtung konkav geschwungen sind und - besonders bevorzugt - im Wesentlichen tangential an der Zündspitze ansetzen. Alternativ oder zusätzlich können die Schneidkanten in Rotationsrichtung leicht schräg, bspw. 2 bis 10°, angestellt sein. Hierdurch wird zusätzlich zu der bei Rotation ausgeübten Schabwirkung ein günstiger Schneideffekt erzielt, was den Beschichtungsabtrag noch effizienter gestalten kann. Ein weiterer Reinigungseffekt wird, wie aus dem Stand der Technik grundsätzlich bekannt, durch das Brennen des Lichtbogens erzielt.
  • Die Zündspitze ist bevorzugt kegelförmig ausgebildet. Die Kegelform hat sich als mechanisch besonders robust erwiesen. Eine solche mechanische Robustheit ist insbesondere bei einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens hilfreich, bei der der Schritt des Aufsetzens des Schweißbolzens das Aufbringen einer impulsartigen Anpresskraft umfasst, mittels derer die Zündspitze in die Beschichtung des Blechs (oder bei entsprechender Dimensionierung auch in das Blech selbst) eingeschlagen wird. Dieser Einschlagimpuls kann durch eine geeignete Mechanik der Schweißpistole erzielt werden. Insbesondere wird eine Schweißpistolenmechanik bevorzugt, die beim Überschreiten eines vorgegebenen Aufsetzdrucks automatisch besagten Einschlagimpuls auf den Schweißbolzen ausübt. Selbstverständlich ist jedoch auch eine manuelle Impulsauslösung denkbar. Die konkrete Ausgestaltung der Schweißpistolenmechanik spielt hier keine Rolle. Wesentlich ist lediglich, dass die relevanten Schritte - automatisch oder manuell initiiert - ausgeführt werden. Der Fachmann wird ohne weiteres entsprechende Mechanismen ersinnen können.
  • Bei einer besonders bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Unterseite der Anschlussscheibe eine ihren Umfang umlaufende, rückspringende Stufe aufweist, in die ein Dichtring eingesetzt ist. Im Bereich dieser rückspringenden Stufe wird die Beschichtung des Blechs bei der Rotation im Rahmen des Reinigungsschrittes nicht wesentlich beschädigt. Der Dichtring liegt also beim verschweißten Bolzen in einer die Schweißstelle umlaufenden, nach radial außen offenen Ringnut zwischen dem beschichteten Blech und dem überstehenden Rand der Anschlussscheibe und verhindert ein Eindringen von Feuchtigkeit und / oder anderen Korrosionsmitteln an die eigentliche Schweißstelle.
  • Besonders bevorzugt ist der Dichtring aus einem thermoplastischen Material. Seine thermoplastischen Eigenschaften, d. h. das Aufschmelzen bei Temperaturerhöhung und das Wiedererstarren beim Erkalten, können im Rahmen einer besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Ausbildung einer stoffschlüssigen Verssiegelung der Schweißstelle ausgenutzt werden. So ist bei besagter Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, dass der thermoplastische Dichtring während des Reinigungsschrittes durch die beim Rotieren des Schweißbolzens im Kontaktbereich entstehende Reibungswärme aufgeschmolzen oder - bevorzugt - nur bis kurz vor ein Aufschmelzen erwärmt und erst beim nachfolgenden Lichtbogenschweißprozess aufgeschmolzen wird. Bei der Rotation des Schweißbolzens, um das Blech mit Hilfe der Radialmesser im Kontaktbereich von der Beschichtung zu befreien, entsteht erhebliche Reibungswärme, die sich über die gesamte Unterseite der Anschlussscheibe ausbreitet. Gleiches gilt - in geringerem Maße - auch für die beim Lichtbogenschweißvorgang entstehende Wärme. (Der Fachmann wird verstehen, dass auch die erfindungsgemäßen Schweißbolzen in der Regel, wie allgemein üblich, aus wärmeleitendem, metallischem Material bestehen werden.) Diese Wärme führt zu einem temporären Aufschmelzen des Dichtrings, der dadurch eine stoffschlüssige, insbesondere klebende Verbindung mit der Anschlussscheibe im Bereich von deren Stufe und ggf. auch bereits mit der den Kontaktbereich umgebenden Beschichtung eingeht. In jedem Fall wird die stoffschlüssige Verbindung mit der Beschichtung spätestens beim Anpressen des Schweißbolzens auf das durch den Lichtbogen lokal aufgeschmolzene Blech hergestellt. Eine solche stoffschlüssige Versiegelung stellt einen noch besseren Korrosionsschutz der Schweißstelle dar als ein nicht stoffschlüssig verbundener Dichtring. Man beachte, dass das Aufschmelzen des Dichtrings bevorzugt nicht mittels der hierzu in der Regel nicht hinreichenden, über den Lichtbogen eingebrachten Wärme, sondern, wie beschrieben, vollständig oder zumindest hauptsächlich über die Reibungswärme im Rahmen des Reinigungsschrittes erfolgt. Der Fachmann ist nämlich bemüht, die zum Schweißen notwendige Wärme höchst lokal, d. h. vorliegend im Zentrum des Kontaktbereichs, einzubringen, um jedwede Schäden, bspw. an einer Beschichtung oder der gegenüberliegenden Unterseite des Blechs zu vermeiden.
  • Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden, speziellen Beschreibung und den Zeichnungen.
  • Es zeigen:
    • 1: Eine schematische Schnittdarstellung eines erfindungsgemäßen Schweißbolzens
    • 2: eine schematische Draufsicht auf die Unterseite der Anschlussscheibe des Schweißbolzens von 1,
    • 3: eine schematische Illustration eines ersten Schritts des erfindungsgemäßen Fixierungsverfahrens,
    • 4: eine schematische Illustration eines zweiten Schritts des erfindungsgemäßen Fixierungsverfahrens,
    • 5: eine schematische Illustration eines dritten Schritts des erfindungsgemäßen Fixierungsverfahrens,
    • 6: eine schematische Illustration eines vierten Schritts des erfindungsgemäßen Fixierungsverfahrens,
    • 7: eine schematische Illustration eines fünften Schritts des erfindungsgemäßen Fixierungsverfahrens sowie
    • 8: eine schematische Illustration eines sechsten Schritts des erfindungsgemäßen Fixierungsverfahrens.
  • Gleiche Bezugszeichen in den Figuren weisen auf gleiche oder analoge Elemente hin.
  • 1 zeigt in stark schematisierter Darstellung einen Längsschnitt durch einen erfindungsgemäßen Schweißbolzen 10. Eine Draufsicht auf seine Unterseite ist in 2 dargestellt. Der Schweißbolzen 10 umfasst eine Anschlussplatte 12, die bei der dargestellten Ausführungsform kreisrund ausgebildet ist, grundsätzlich aber auch jede andere rotationssymmetrische Form haben kann. Auf der Oberseite der Anschlussscheibe 12 ist ein hier als Gewindebolzen ausgebildetes Verbindungselement 14 angeordnet. Dieses dient im Montageendzustand der Fixierung von Anbauteilen, die mit korrespondierenden Verbindungselementen an besagtem Verbindungselement 14 des Schweißbolzens 10 angreifen. Die Unterseite der Anschlussscheibe 12 ist mit radial erstreckten Messern 16 versehen, die, wie in 2 erkennbar, bei der gezeigten Ausführungsform bogenartig geschwungen sind. Die Schabkanten der Messer 16 weisen in axiale Richtung, d. h. in 1 nach unten bzw. in 2 aus der Zeichnungsebene heraus. Im Zentrum der Unterseite der Anschlussscheibe 12 ist eine kegelartige Zündspitze 18 angeordnet, die sich in axialer Richtung über die Schabkanten der Messer 16 hinaus erstreckt. Insbesondere zeigen die Messer 16 eine in (der bestimmungsgemäßen) Rotationsrichtung (vgl. 5) konkave Krümmung und setzen im Wesentlichen tangential an der Zündspitze 18 an.
  • Bei der gezeigten Ausführungsform weist die Unterseite der Anschlussscheibe 12 eine randständige, umlaufende Stufe 20 auf, in die ein Dichtring 22 aus einem thermoplastischen Material eingelegt ist.
  • Die 3 bis 8 zeigen aufeinander folgende Schritte einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Fixieren eines derartigen Schweißbolzens 10 auf einem mit einer Beschichtung 24, bspw. einem Lack, versehenen Blech 26. Die Illustration ist dabei höchst schematisch und konzentriert sich im Wesentlichen auf die Wechselwirkung zwischen dem Schweißbolzen 10 und dem beschichtete Blech 24/26. Die nachfolgend beschriebenen Bewegungen des Schweißbolzens 10 werden üblicherweise mit einer speziellen Schweißpistole durchgeführt, die manuell oder automatisiert, bspw. mittels eines Roboters, betätigt werden kann. Ihre konstruktiven Einzelheiten spielen im Rahmen der vorliegenden Erfindung keine Rolle, weshalb sie in den Figuren auch nicht dargestellt ist.
  • Im Rahmen eines ersten Schrittes wird, wie in 3 gezeigt, der Schweißbolzen 10 mit moderater Andrückkraft (z. B. ca. 15 N) auf der Beschichtung 24 aufgesetzt. Die Andrückkraft ist durch den Andrückpfeil 28 angedeutet. Der Schweißbolzen 10 steht in diesem Verfahrensstadium lediglich über seine Zündspitze 18 mit der Beschichtung 24 in Kontakt. Im Anschluss wird, wie in 4 illustriert, eine durch den Impulspfeil 30 symbolisierte Impulskraft auf den Schweißbolzen 10 ausgeübt. Diese kann bspw. automatisch bei Überschreiten eines vorgegeben Andrückkraft-Grenzwertes oder durch individuelle, bspw. manuelle Betätigung einer entsprechenden Schlagvorrichtung ausgelöst werden. Der Impuls führt dazu, dass die Zündspitze 18 in die Beschichtung 24 und je nach relativer Dimensionierung auch in das Blech 26 getrieben wird, sodass die Schabkanten der Messer 16 die Oberfläche der Beschichtung 24 kontaktieren.
  • Im nächsten Schritt wird, wie in 5 illustriert, der Schweißbolzen 10 rotiert. Die Rotationsbewegung ist in 5 durch den Rotationspfeil 32 symbolisiert. Im Fall von geschwungenen Messern 16, wie in 2 gezeigt, erfolgt die Drehrichtung der Rotation bevorzugt so, dass die konkaven Seiten der Messerbögen in Bewegungsrichtung weisen. Bei dieser Rotation, die unter verstärkter Andrückkraft, bspw. etwa 40 N, erfolgt, schaben die Messer 16 die Beschichtung 24 ab, wobei die Zündspitze 18 als ein Zentrierdorn wirkt, der ein Abgleiten der Schweißpistole (und damit des Schweißbolzens 10) zuverlässig verhindert. Die Messerkrümmung unterstützt den zuverlässigen und schnellen Abtransport von Abrieb des Beschichtungsmaterials nach radial außen.
  • Eine weitere Wirkung der Rotation ist, dass sich die entstehende Reibungswärme in der Anschlussplatte 12 verteilt und insbesondere den thermoplastischen Dichtring 22 erhitzt. Bei geeigneter Materialwahl des thermoplastischen Dichtrings, bspw. Polyoxymethylen, liegt seine auf diese Weise erreichte Temperatur dicht unter seiner Schmelztemperatur, sodass eine geringe zusätzliche Wärmezufuhr für sein Aufschmelzen genügt. In diesem Stadium wird, wie in 6 durch den Stromkreis 34 angedeutet, ein elektrischer Strom angelegt, der den Schweißbolzen 10 sowie das Blech 26 durchfließt. Dieser Stromfluss erfolgt über die Zündspitze 18, die in das Blech 26 vorgetrieben ist, sowie über die Schabkanten der Messer 16, die nach vollständigem Abschaben der Beschichtung 24 das Blech 26 direkt kontaktieren.
  • Wie in 7 gezeigt wird alsdann unter Beibehaltung des Stromflusses der Schweißbolzen 10 geringfügig vom Blech 26 abgehoben (siehe Bewegungspfeil 36). Dabei verlieren zunächst die Schabkanten der Messer 16 ihren Kontakt zum Blech 26, sodass der Stromfluss ausschließlich über die Zündspitze 18 verläuft. Beim weiteren Anheben des Schweißbolzens 10 verliert auch die Zündspitze 18 ihren unmittelbaren Kontakt zum Blech 26, was nun allerdings die Zündung eines Lichtbogens 38 zur Folge hat und zwar exakt im Zentrum des von den Messern 16 freigeschabten, kreisförmigen Blechbereichs. Das Brennen des Lichtbogens hat zunächst einen zusätzlichen Reinigungseffekt für den bereits freigeschabten Bereich. Weiter wird aber auch zusätzliche Wärme in den Dichtring 22 eingeführt. Dieser schmilzt dadurch zähflüssig auf und verliert seine Form, wie dies in 7 dargestellt ist, wo sich der Dichtring 22 bereits in eine zähflüssige Dichtmasse 22' verwandelt hat. Der Lichtbogen 38 wird solange aufrecht erhalten, bis auch die Oberfläche des Blechs 26 und die Unterseite der Anschlussscheibe 12 aufgeschmolzen sind, wobei die Zündspitze 18 sowie die Messer 16 zerstört werden. Nach hinreichendem Aufschmelzen werden die genannten Flächen als Fügeflächen aufeinandergepresst, wie dies durch den Anpresspfeil 40 in 8 symbolisiert ist. Beim Erkalten der Schmelzen ergibt sich eine stoffschlüssige Verbindung zwischen dem Blech 26 und der Anschlussscheibe 12 am Rand der Anschlussscheibe 12 verfestigt sich beim Erkalten auch die Dichtmasse 22' und bildet eine umlaufende Kunststoffversiegelung um die entstandene Schweißstelle, sodass ein Eindringen von Wasser oder anderen Korrosionsmitteln verhindert wird.
  • Natürlich stellen die in der speziellen Beschreibung diskutierten und in den Figuren gezeigten Ausführungsformen nur illustrative Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung dar. Dem Fachmann ist im Lichte der hiesigen Offenbarung ein breites Spektrum an Variationsmöglichkeiten an die Hand gegeben. Insbesondere können Größe und Form des Verbindungselementes 14 nahezu beliebig und in jedem Fall in Abstimmung auf die daran zu befestigenden Anbauteile gewählt werden.
  • Bezugszeichenliste
  • 10
    Schweißbolzen
    12
    Anschlussscheibe
    14
    Verbindungselement
    16
    Messer
    18
    Zündspitze
    20
    Stufe in 12
    22
    Dichtring
    22'
    Dichtmasse
    24
    Beschichtung
    26
    Blech
    28
    Andrückpfeil
    30
    Impulspfeil
    32
    Rotationspfeil
    34
    Stromkreis
    36
    Bewegungspfeil
    38
    Lichtbogen
    40
    Anpresspfeil
  • 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
    • EP 1378312 A1 [0003]
    • US 3340379 A [0006]

Claims (10)

  1. Schweißbolzen (10), umfassend - eine rotationssymmetrische Anschlussscheibe (12) mit einer Oberseite und einer Unterseite, - ein konzentrisch auf der Oberseite der Anschlussscheibe (12) angeordnetes Verbindungselement (14) und - einen auf der Unterseite der Anschlussscheibe (12) angeordneten Satz radial erstreckter Messer (16) mit in axiale Richtung weisenden Schabkanten, dadurch gekennzeichnet, dass an zentraler Position der Unterseite der Anschlussscheibe (12) eine in axialer Richtung über die Schabkanten hinausragende Zündspitze (18) angeordnet ist.
  2. Schweißbolzen (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Messer (16) bogenförmig geschwungen ausgebildet sind.
  3. Schweißbolzen (10) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Bögen der Messer (16) tangential an der Zündspitze (18) ansetzen.
  4. Schweißbolzen (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zündspitze (18) kegelförmig ausgebildet ist.
  5. Schweißbolzen (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Unterseite der Anschlussscheibe (12) eine ihren Umfang umlaufende, rückspringende Stufe (20) aufweist, in die ein Dichtring (22) eingesetzt ist.
  6. Schweißbolzen (10) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Dichtring (22) aus einem thermoplastischen Material besteht.
  7. Verfahren zum Fixieren eines Schweißbolzens (10) auf einem beschichteten Blech (26), umfassend die Schritte: - Bereitstellen eines Schweißbolzens (10) mit einer eine Oberseite und eine Unterseite aufweisenden, rotationssymmetrischen Anschlussscheibe (10), auf deren Oberseite konzentrisch ein Verbindungselement und auf deren Unterseite ein Satz radial erstreckter Messer (16) mit in axiale Richtung weisenden Schabkanten angeordnet sind, - Aufsetzen des Schweißbolzens (10) mit der Unterseite seiner Anschlussscheibe (12) auf dem beschichteten Blech (26), - Reinigen des Blechs (26) im Kontaktbereich des Schweißbolzens (10), indem der aufgesetzte Schweißbolzen (10) um seine Längsachse rotiert wird, sodass die Beschichtung (24) des Blechs (26) mittels der mitrotierenden Messer (16) im Kontaktbereich entfernt wird, - Anlegen eines elektrischen Stroms durch den Schweißbolzen (10) und das gereinigte Blech (26), - Abheben des Schweißbolzens (10) von dem Blech (26) zum Zünden eines Lichtbogens (38) und - Anpressen des Schweißbolzens (10) an das Blech (26), sobald die Unterseite seiner Anschlussscheibe (12) und die ihr zugewandte Oberfläche des Blechs (26) durch den Lichtbogen (38) im gereinigten Bereich aufgeschmolzen sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Schweißbolzen (10) ein Schweißbolzen (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche ist und die Zündspitze (18) beim Rotieren des Schweißbolzens (10) im Rahmen des Reinigungsschrittes als Zentrierdorn wirkt.
  8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Aufsetzens des Schweißbolzens (10) das Aufbringen einer impulsartigen Anpresskraft (30) umfasst, mittels derer die Zündspitze (18) in die Beschichtung (24) des Blechs (26) eingeschlagen wird.
  9. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 8, soweit rückbezogen auf Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der thermoplastische Dichtring (22) während des Reinigungsschrittes durch die beim Rotieren des Schweißbolzens (10) im Kontaktbereich entstehende Reibungswärme aufgeschmolzen wird.
  10. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 8, soweit rückbezogen auf Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der thermoplastische Dichtring (22) während des Reinigungsschrittes durch die beim Rotieren des Schweißbolzens (10) im Kontaktbereich entstehende Reibungswärme an- und während des anschließenden Lichtbogenschweißprozesses aufgeschmolzen wird.
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Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3340379A (en) 1963-09-24 1967-09-05 Chicago United Products Compan Method of welding button through paint
DE2227384C3 (de) 1971-08-05 1973-12-13 Isao Kitakyushu Fukuoka Suematsu (Japan) Durch Lichtbogenschweißung mit einem Bauteil verbindbares Befestigungs element
EP1264656A1 (de) 2001-06-06 2002-12-11 HILBIG SCHWEISSTECHNIK GmbH Vefahren zur Herstellung einer Reibschweissverbindung und Schweissbolzen dafür
EP1378312A2 (de) 2002-07-04 2004-01-07 Newfrey LLC Verfahren und Vorrichtung zum Lichtbogenschweissen von Elementen auf beschichtete Bauteile und Element geeignet für das Lichtbogenschweissverfahren
DE102006044377A1 (de) 2006-09-20 2008-04-03 Ejot Gmbh & Co. Kg Befestigungselement für eine Reiblötverbindung mit einem eine metallische Oberfläche aufweisenden Bauteil
US20090263207A1 (en) 2006-09-20 2009-10-22 Eberhard Christ Fixing element for a friction welding joint

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3340379A (en) 1963-09-24 1967-09-05 Chicago United Products Compan Method of welding button through paint
DE2227384C3 (de) 1971-08-05 1973-12-13 Isao Kitakyushu Fukuoka Suematsu (Japan) Durch Lichtbogenschweißung mit einem Bauteil verbindbares Befestigungs element
EP1264656A1 (de) 2001-06-06 2002-12-11 HILBIG SCHWEISSTECHNIK GmbH Vefahren zur Herstellung einer Reibschweissverbindung und Schweissbolzen dafür
EP1378312A2 (de) 2002-07-04 2004-01-07 Newfrey LLC Verfahren und Vorrichtung zum Lichtbogenschweissen von Elementen auf beschichtete Bauteile und Element geeignet für das Lichtbogenschweissverfahren
DE102006044377A1 (de) 2006-09-20 2008-04-03 Ejot Gmbh & Co. Kg Befestigungselement für eine Reiblötverbindung mit einem eine metallische Oberfläche aufweisenden Bauteil
US20090263207A1 (en) 2006-09-20 2009-10-22 Eberhard Christ Fixing element for a friction welding joint

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