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Verfahren und Vorrichtung zum Widerstandsschweißen ohne Stromdurchgang
durch die Werkstücke Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung
zum Widerstandsschweißen ohne Stromdurchfluß durch die Werkstücke und unter Verwendung
eines stromdurchflossenen Zwischenstückes, das zwischen den Werkstü.eken eingespannt
ist.
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Es. ist bereits bekannt, beim Widerstandsschweißen zwischen die beiden
Werkstücke ein Zwischenstück einzulegen und den Schweißstrom nur durch dieses Zwischenstück,
nicht aber durch die Werkstücke fließen zu lassen. Hierbei werden die Werkstückstirnflächen
nur durch Strahlung von dem Zwischenstück aus erhitzt, und das Zwischenstück geht
in die Schweißverbindung ein. Die Anwendung von Schutzgas ist hierbei bekannt.
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Es ist auch bereits bekannt, ein, Zwischenstück unter Stromdurchgang
durch dieses zu erhitzen und mit starkem Druck zwischen die Werkstücke zu pressen,
so daß das Zwischenstück seinerseits einen Druck auf die Werkstückstirnflächen.
ausübt.
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Diesen bekannten. Verfahren gegenüber kennzeilchnet sich das neue
Widerstandsschweißverfahren dadurch, daß die Werkstücke von Spannbacken unbeweglich
eingespannt sind und daß Einspannelektroden, die, gegebenenfalls isoliert, gegenüber
den Spannbacken beweglich angeordnet sind, das Zwischenstück einspannen, es unter
Stromdurchgang erhitzen und sodann so weit unter Stauchung verformen, daß die durch
Wärmestrahlung des hocherhitzten Zwischenstückes erhitzten Werkstückflächen mit
diesem unter dem Druck des seitlich ausweichenden gestauchten Werkstoffes verschweißt
werden, ohne daß die Werkstücke eine Stauchbewegung gegeneinander ausführen.
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In den Zeichnungen ist Fig. 1 ein Längsschnitt der erfindungsgemäßen
Schweißvorrichtung, aus dem die Anordnung der Teile zu. ersehen ist, Fig. 2 ein
Querschnitt nach Linie 2-2 der Fig. 1, Fig. 3 ein Querschnitt nach Linie 3-3 der
Fig. 1, Fig.4 ein Teilschnitt, bei dem das Widerstandsschweißmaterfal von den Elektroden
zwischen den zu schweißenden Bauteilen gehalten und kein Druck auf das Schweißmaterial
ausgeübt wird, Fi,g. 5 ein Teilschnitt mit dem beim Schweißen teilweise zusammengepreßten
Schweißmaterial, Fig. 6 ein Teilschnitt, bei dem das Schweißmaterial zusammengepreßt
ist, so daß es sich teilweise an die zu schweißenden Bauteile anlegt; und Fig. 7
ist ein Teilschnitt mit dem völlig zu.sammengepreßten Schweißmaterial.
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Von den in Fig. 1 zu Erläuterungszwecken dargestellten, zu verschweißenden
Baubeilen 10 und 11 hat Bauteil 10 eine kreisförmige Öffnung 12, während Bauteil
11 eine ringförmige Nabe besitzt, deren Durchmesser etwas kleiner als der
Durchmesser der Öffnung 12 ist. Die Nabe 11 in der Öffnung 12 des Bauteiles 10 wird
zentrisch gehalten.
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In den zwischen den Bauteilen 10 und 11 vorhandenen Abstand ist ein
dünnwandiges Rohr 14 aus Schweißlegierung hohen elektrischen Widerstandes eingesetzt.
Das Rohr 14 wird von zwei Elektroden 15 und 16 getragen, die rohrförmig sind und
sich an die gegenüberliegenden Enden des Rohres 14 anlegen. Wird Strom an die beiden
Elektroden 15 und 16 gelegt, wird. im dem Rohr 14 Wärme erzeugt, die das Rohr erweicht.
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Zwei Halteplatten 17 und 18 tragen die Nabe 11 in der Öffnung 12 so,
daß keine Relativbewegung zwischen den Baubeilen 10 und 11 erfolgen
kann. Außerdem tragen die Halteplatten 17 und 18 gleitend die Elektroden 15 und
16. Die oberhalb der Nabe 11 befindliche Halteplatte 17 hat eine Ringnut 19, die
das obere Ende des Rohres 14 umgibt. Von der Ringnut 19 erstreckt sich eine weitere
und tiefere Ringnut 20 nach oben, die axial mit dem Rohr 14 verläuft und gleitend
die Ringelektrode 15 aufnimmt. Im Abstand um die obere Elektrode 15 sind mehrere
Kolbenstangen 22 verteilt, die durch Bohrungen 21 der Platte 17 nach oben ragen
und die Ringelektrode 15 mit einer oberen Druckplatte 23 verbinden. In Fig. 3 sind
die Stellungen für acht Stangen 22 dargestellt.
Die obere Druckplatte
23 ist mit einem Stößel 24 verbunden, der mittels einer Stößelverbindung (nicht
dargestellt) in lotrechter Richtung beweglich ist. Platte 23 und Kolben 22 können
also auf und ab bewegt werden.
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Öffnungen 25 in Form von Schlitzen sind in der oberen Druckplatte
23 vorhanden, so daß ein den Stößel 24 umgebendes und am unteren Ende mit der Einstellplatte
17 verbundenes zylindrisches Rohr 26 mit Schlitzen 27 in bezug auf die Platte 23
lotrecht verschiebbar ist.
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Unterhalb der Bauteile 10 und 1i befindet stich die Einstellplatte
18, die ähnlich wie Platte 17 arbeitet, jedoch wichtige Unterschiede zeigt. Platte
17 hat eine Ringnut 28, die das untere Ende des Rohres 14 umgibt. Von der Ringnut
28 erstreckt sich eine tiefere Ringnut 29 nach unten, die mit diem Rohr 14 lotrecht
fruchtet. Nut 29 nimmt ein ringförmiges Isolierstück 30 auf, das einen mit der Mündung
nach oben gerichteten ringförmigen Kanal 31 hat.
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Die untere Ringelektrode 16 ist im Kanal 31 des Isolierstückes 30
gleitend gelagert, so daß die Elektrode 16 eine Relativbewegung in bezug auf das
Isolierstück 30 ausführen kann.
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Von der Ringnut 29 aus gehen durch. die Platte 18 acht nach unten
gerichtete Bohrungen 35, welche rohrförmige oder buchsenförmige Isolierringe 36
tragen, in denen Kolbenstangen 37 gleitend gelagert sind. Die Stangen 37 sind über
Öffnungen 43 in der unteren Seite des Isolierstückes 30 mit einer unteren Druckplatte
38 so verbunden, daß durch die lotrechte Bewegung der Platte 38 eine lotrechte Bewegung
der Kolben 37 und der Ringelektrode 16 hervorgerufen wird.
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Die unterhalb der Einstellplatte 18 befindliche untere Druckplatte
38 hat Schlitzöffnungen 39, die mit den nach oben gerichteten Schlitzöffnungen 40
der unteren Rohrwelle 41 abwechseln. Die Welle 41 ist an der unteren Seite von Platte
18 befestigt und umgibt einen Stößel 42, der sich, von der Druckplatte 38 nach unten
erstreckt. Die Schlitzöffnungen 39 und 40 ermöglichen eine lotrechte Relativbewegung
zwischen der Einstellplatte 18 und der Druckplatte 38, ähnlich wie dies in Verbindung
mit Platte 17 beschrieben ist.
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Die nicht geerdete Klemme einer Stromquelle ist über eine Leitung
44 mit der unteren Elektrode 16 verbunden, und zwar beispielsweise mit dem Stößel
42 oder mit irgendeinem anderen mit der Elektrode 16 verbundenen Teil, während die
geerdete Klemme der Stromquelle über eine Leitung 45 mit der Platte 17 oder irgendeinem
anderen mit der Platte in Verbindung stehenden Teil verbunden ist.
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An der Einstellplatte 18 befinden sich mehrere Durchlässe 32, 33
a und 33 b, die in Fig. 1 als Bohrungen dargestellt sind; die sie
verbindenden Durchlässe geben den Zugang zu einem umgrenzten Ringraum 34, der um
das Rohr 14 herausgebildet ist, wobei der Raum 34 von den Nuten 19 und 28 gebildet
wird, wenn die oberen und unteren Einstellplatten 17 und 18 die in Fig. 1 gezeigte
Lage einnehmen. Der Zweck dieser Durchlässe ist in weiterer Ausgestaltung der Erfindung,
die Zufuhr eines inerten Gases in den Raum 24 zu gestatten, während gleichzeitig
die darin enthaltene Luft abgesaugt wird. Das Gas kann durch Durchlässe 33a und
32, halbwegs rund um den inneren Teil des Raumes oder der Kammer 34, durch :einen
Schlitz 50- an dem Rand des Rohres 14 zurück um den äußeren Teil der Kammer 34 zugeführt
werden, und die Luft wird dann am Durchlaß 33 b ausgetrieben. Fig. 4, 5, 6 und 7
zeigen die Arbeitsfolge der oberen Elektrode 15 und der unteren Elektrode 16 beim
Schweißen der Bauteile 10 und 11.
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In Fig. 4 befinden sich die Elektroden 15 und 16 in der Ausgangsstellung,
in der Strom von der Elektrode 16 über das Rohr 14 zur Elektrode 15 fließt. Wenn
infolge des Stromdurchganges die Wand des Rohres 14 genügend erwärmt ist und durch
Wärmestrahlung auch die Flächen der zu vereinigenden Bauteile 10 und 11 erwärmt
worden sind, werden die Elektroden 15 und 16 gegeneinanderbewegt. In Fig. 5 sind
die Wände des Rohres 14 etwas zusammengepreßt, jedoch erfolgt noch keine Berührung
mit den Bauteilen 10 und 11. In Fig. 6 liegt die Wand des Rohres 14 an den beiden
Bauteilen 10 und. 11 an, wodurch eine Wärmeübertragung auf die beiden Bauteile durch
Berührung erfolgt, so daß die Bauteile auf eine zur Fertigstellung der Schweißung
geeignete Temperatur erwärmt werden. Fig. 7 zeigt die Stellung der Elektroden nach
Fertigstellung der Schweißung: Die Elektroden werden dann getrennt, so daß die Schweißung
abkühlen kann.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung arbeitet wie folgt.
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Die obere Einstellplatte 17 und untere Einstellplatte 18 werden ausei.nanderbewegt,
so daß genügend Abstand vorhanden ist, um die Bauteile 10 und 11 auf die untere
Einstellplatte 18 aufzusetzen. Das Rohr 14 wird dann in den Raum zwischen die Bauteile
10 und 11 eingesetzt, wo es von der unteren Elektrode 16 getragen wird. Die Einstellplatten
17 und 18 werden gegeneinanderbewegt, so daß das Rohr 14 an der oberen Elektrode
15 anliegt und sich völlig innerhalb der Kammer 34 befindet.
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Inertes Gas wird dann in die Kammer 34 über die Durchlässe 33 a oder
33 b und Durchlaß 32 eingeleitet, während die in der Kammer 34 befindliche Luft
aus dem zweiten Du:rchlaß abgesaugt wird. Die Füllung der Kammer 34 mit inertem
Gas verhütet eine Oxydation des Rohres 14 und der Bauteile 10 und 11 während der
Widers.tandsschwenßung.
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Sodann wird Strom den Elektroden 16 und 15 zugeleitet; die verwendete
Schweißlegierung und :die Stromstärke bestimmen die Zeit der Stromeinwirkung zwecks
richtiger Erwärmung des Rohres 14. Nach richtiger Erwärmung werden die Elektroden
15 und 16 von einem auf die Stößel 24 und 42 ausgeübten Druck gegencinanderbewegt,
so d'aß das Schweißrohr 14 bis zu der in Fig.7 dargestellten fertigen Schweißung
gestaucht wird. Nach Beendigung der Schweißung werden die Platten 17 und 18 getrennt
und die Bauteile abgekühlt.
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Die Vorrichtung ist jedoch nicht auf senkrechtes Arbeiten begrenzt,
sondern kann auch bei winkliger Aufstellung betrieben werden. Die Erfindung ist
auch nicht auf runde Bauteile begrenzt, sondern es können geradlinige oder ovale
Bauteile geschweißt werden.