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Verfahren zum Widerstandsschweissen von beschichteten Blechen Zusatz
zur Zusatzpatentanmeldung P 19 44 614.1 vom 3. September 1969 Nach der Hauptanmeldung
P 15 65 438.3 werden beschichtete Bleche an den vorgesehenen Schweissstellen durch
Stempel und Matrize zum Gegenblech hin rechtwinkelig vorgeprägt, Durch Fräsungen
in die Blechoberfläche können die Schweissstellen so vermindert werden, dass ihr
elektrischer Widerstand nach Wahl vorbestimmbar erhöht ist und damit die zur Verschweissung
erforderliche Stromenergie bzw, zu erzeugende Schweisswärme entsprechend vermindert
werden kann Dies ist insbesondere von Bedeutunga wenn die Aussenbeschichtung des
Gegenbleches durch die Schweisswärme nicht verletzt werden soll, In der Zusatzpatentanmeldung
P 19 44 614*1 vom 3. 9,1969 sind Ausführungsbeispiele beschrieben und dargestellt,
die die Durch, führung von Fräsungen an bereits vorgeprägten Blechen zeigen.
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Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist, die getrennten Vorrichtungen
und Arbeitsgänge des Vorprägens und des Fräsens so miteinander zu vereinigen, dass
sie selbsttätig unmittelbar aufeinander folgend in etwa einer Sekunde vollzogen
werden und praktisch einen Arbeitsgang bilden. Dazu sieht die Erfindung vor, dass
der Durchbruch in der Matrize, die zum Ausprägen des anzug schweissunden Bleches
mittels eines Stempels angeordnet ist, zul gleich als Führung für Stirn- oder Nutenfräser
oder dergl. dient, oder aber zu dem Durchbruch in der Matrize ein entsprechendes
Führungsmittel für den Fräser vorgesehen ist. Die Prägebewegung des Stempels veranlasst
selbständig, z.B. über elektrische Kontakte oder Druckluftventile" in einer bestimmten
Stellung eine entgegengesetzte Bewegung des im Durchbruch angeordneten Stirn- oder
Scheibenfräsers, sowie die Rotation des Fräsers.
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Um die durch das Fräsen entstehenden Frässpäne zu entfernen und den
Fräskopf zu kühlen, ist der Zufluss einer Flüssigkeit zu dem Durchbruch vorgesehen.
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Die Stirnseiten der Stirnfräser können in unterschiedlichen Ebenen
zueinander liegen, Damit können nach Wahl unterschiedliche tiefe Fräsungen durch
die miteinander kombinierten Fräser in einem Arbeitsgang erfolgen, Sollen Rollennahtverschweissungen
vorgenommen werden, so ist der Durchbruch in der Matrize langsverlaufend rechtwinkelig
vorzusehen und dazu eine rechtwinkelige Stempelleiste, durch die eine entsprechende
bandförmige Vorprägung in vorbestimmter Tiefe erfolgt.
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Unter Berücksichtigung der Metallart kann durch entsprechende Bemessung
der Höhe und der Stärke der Präge- und Fräs-Profilierungen und damit des elektrischen
Widerstandes sowie in Ver bindung hiermit durch entsprechende Bemessung der Schweisspara.
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meter wahlweise eine Widerstandsschweissung oder eine Lichtbogenschweissung
oder eine kombinierte Widerstands-Lichtbogenschweissung vorbestimmbar und gleichmässig
reduzierbar erfolgen, ohne dass die Aussenbeschichtung des Gegenbleches durch die
Schweisswärme verletzt wird.
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Bei stromleitenden Beschichtungen, z. B. bei plattierten Blechen,
galvanisierten Blechen oder bei durch Tauchen metallisch beschichteten Blechen {z.B.
feuerverzinkten Blechen) kann eine Isolierschicht z. B. aus Papier, Kunststoff oder
dergl, an der Unterseite des Bleches, z.B. angeklebt oder sonstwie angeordnet sein
und mit ausgefräst werden. Es kann die Isolierschicht vor ihrer Zwischenordnung
be reits mit Aussparungen zu den vorgesehenen Präge- und Schweissn stellen versehen
sein.
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Auch die Ausbildung bzw Profilierung der Schweiss-Enden von Schweissnietstiften
kann in solchen Matrizen, in deren Durchbrüchen Fräser angeordnet sind, in der gleichen
Weise erfolgen, wie dies für Bleche vorgesehen ist.
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Nachstehend sind Ausführungsbeispiele beschrieben und in der Zeichz
nung dargestellt.
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Fig. 1 zeigt in vergrössertem Maßstab ein Blech 1, welches auf der
Oberseite mit einer Schicht 1 a und auf der Unterseite mit einer Schicht 1 b bedeckt
ist. An der Schweissstelle ist an der oberen Schicht eine Entschichtung 1 c und
an der unteren Schicht eine Entschichtung 1 ca angebracht, welche bei einer Punktschweissung
kreisförmig und bei einer Nahtschweissung bandförmig ist, Das Blech liegt auf einer
Matrize 4 mit einem cylindrischen Durchbruch 4 a auf. Dieser Durchbruch 4 a ist
in einer solchen Höhe gehalten, dass er als Führung für einen rotierenden Stirnfräser
7 a mit z.B. einem balligen Stirnkopf dient. Der Stirnfräser 7 a kann aufw und abwärts,
vorzugsweise federnd, während seiner Rotation bewegt werden.
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Über dem Blech 1 ist ein Stempel 3 angeordnet, der mittels Maw trize
4 das Blech mit einer rechtwinkeligen Ausprägung nach unten versieht. Die Tiefe
der Ausprägung kann durch regulierbare Anw schläge des Stempels 3 beliebig vorbestimmt
werden. Mit Erreichen des einregulierten tiefsten Punktes des Stempels 3 wirdiz.B.
über einen elektrischen Kontakt oder ein Druckluftventil der Stirnfräser 7 a in
Rotation versetzt und gleichzeitig federnd angehoben bis zu einem ebenfalls regulierbaren
Anschlag. Hierdurch wird die kreisförmige Vorprägung mit einer Wölbung 1 e durch
Ausfräsen so versehen, dass der untere Rand der Vorprägung einen kreisförmigen,
spitzwinkeligen Ring bildet. Mit diesem Ring 1 e' erfolgt die Verschweissung mit
einem weiteren beschichteten Blech, das konzentrisch zu diesem Ring entschichtet
ist. Je nach der Vorbestimmung des elektrischen Widerstandes der Profilierung 1
e, in Verbindung mit den dazu optimalen Schweiss parametern kann eine reine Widerstandsschweissung
oder eine überwiegende Lichtbogenschweissung
erfolgen. Dementsprechend
ist auch der Ring 1 e' mehr oder minder spitzwinkelig nach der Innenseite hin auszubilden,
Zur Entfernung der Frässpäne und zur Kühlung des Stirnfräserkopfes durchfliesst
eine Flüssigkeit den Durchbruch 4 a über Kanal 4 b und Kanal 4 c, Soll eine Rollennahtschweissung
erfolgen, so ist der Durchbruch in der Matrize rechtwinkelig linear verlaufend vorzusehen,
zur Aufnahl me eines Scheibenfräsers (Nutenfräsers) mit z.B" balliger Schneid fläche.
Als Stempel dient eine entsprechende rechtwinkelige Stempelleiste zur Vorprägung.
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Der Vorgang des Vorprägens und das Auslösen des Fräsvorganges folgen
unmittelbar aufeinander. Prägen und Fräsen bilden hierdurch praktisch einen Arbeitsgang
von etwa einer Sekunde.
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Fig, 2 zeigt eine Variante zu Fig. 1, bei der ein Stirnfräser 7 b
mit ebener Stirn zur Anwendung kommt, wobei die Stirn gegenüber dem Durchmesser
des cylindrischen Durchbruches 4 a kleiner gehalten ist, so dass ein nach Wahl mehr
oder minder scharfkantiger Ring 1 f" von der mit Stempel 3 erfolgten Vorprägung
verbleibt und eine zur Lichtbogenbildung vorteilhafte ebene Schweissfläche 1 f gebildet
ist, Die Stärke des Ringes 1 f, # ist entsprechend dem Durchmesser des ebenen Stirnkopfes
präzis vorbestimmbar Damit ist (wie bei Fig. 1 durch die Stärke der Wölbung 1 e>
bei Fig. 2 durch die wahlweise Stärkenverminderung des verbleibenden Ringes 1 ?~
ein genau vorausbestimmbarer elektrischer Widerstand und thermisch vorberechenbares
Schweiss ergebnis erzielbar Je nach der Art des
Metalles, aus dem
das Blech gefertigt ist, ist die Stärke dieses Ringes und seine Höhe entsprechend
der elektrischen Leitfähigkeit und dem Schmelzpunkt des betreffenden Metalles zu
gestalten.
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Fig. 3 zeigt als 3. Ausführungsbeispiel einen Fräskopf 7 g eines Stirnfräsers
mit einer Ringaussparung 7 g" und einer Randringz aussparung 7 g'''. Durch diese
Aussparungen werden an der durch Stempel 3 und Matrize 4 vorgeprägten Unterseite
des Bleches 1 zwei konzentrische Ringe, nämlich ein innerer Ring 1 h'' und ein äusserer
Ring 1 h''' mit Zwischenflächen 1 h' und 1 h@' gebildet.
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Hierdurch kann die Zugscherfestigkeit der Verschweissung wesentlich
erhöht werden, Auch hier sind die Stärken der beiden Ringe und ihre Höhe beliebig
wahlweise präzis vorbestimmbar und den speziellen Erfordernissen angepasst.
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Fig. 4 zeigt ein 4. Ausführungsbeispiel, bei welchem ein kombinierter
Stirnfräser 7 k, bestehend aus einem inneren Stirnfräser 7 k, mit ebener Schneidstirn
und einem äusseren Stirnringfräser 7 1' mit an beiden Rändern abgeschrägten Schneiden,
vorgesehen ist. Die von dem Stempel 3 vollzogene Vorprägung wird in der Weise ausgefräst,
dass sowohl ein innerer Ring 1 k" wie ein äusserer Ring 1 gebildet werden. Diese
Ringe sind entsprechend der wahlweisen und austauschbaren Ausbildung mehr oder minder
spitzwinkelig zueinander verlaufend ausgebildet. Durch diese vorbestimmbare Schrägneigung
wird die Zündung von Lichtbögen erleichtert. Um die Lichtbögen auf den äusseren
Fräsring 1 k,, der zwischen den Ringen 1 k,' und 1 k"' liegt, zu konzentrieren,
ist der Stirnfräser 7 k gegenüber dem ihn umgebenden Stirnringfräser 7 r vorstehend,
so dass eine
tiefere Fräsung 1 k erfolgt, die einen solchen Abstand
zur Schweissfläche des damit zu verbindenden zweiten Bleches besitzt, dass keine
Lichtbögen innerhalb der Fläche des Ringes 1 k,' entstehen können. Aus besonderen
Gründen kann auch umgekehrt gefräst sein.
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Fig. 5 zeigt einen kombinierten Nutenfräser bestehend aus einem mittleren
Nutenfräser 7 n mit ebener, kreisförmiger Schneidfläche und zwei seitlichen Nutenfräsern
7 o und 7 0a mit nach deren beiden Rändern hin abgeschrägten Schneiden, Im Ausführungsbeispiel
ist der mittlere Nutenfräser 7 n mit seiner kreisförmigen Schneidt fläche gegenüber
den beiden seitlichen Nutenfräsern vorstehend entw sprechend einem grösseren Durchmesser,
Der kombinierte Nuten fräser wird durch eine Welle 7 p angetrieben. Diese Welle
kann federnd senkrecht {auf- abwärts) geführt sein und sich dadurch im Matrizendurchbruch
4 a' an die durch eine Stempelleiste 3" bandförmig nach unten vorgeprägte Fläche
pressen. Hierbei wird in Übereinstimmung mit der Profilierung der kombinierten Fräser
7 n, 7 o und 7 o' die im Ausführungsbeispiel dargestellte Profilierung, bestehend
aus zwei parallelen mittleren Stegen 1 n'' und zwei äusseren Stegen 1 n''' durch
Teil-Tiefenfräsen um diese stehend bleibenden Stege herum erzeugt.
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Zwischen den beiden Stegen 1 n'' und 1 n"' ist eine Wölbung 1 n' durch
die äusseren Nutenfräser 7 a bzw, 7 o> in Teil-Tiefe des Bleches ausgefräst,
die der Zündung von Lichtbögen und Verschweißung dient.
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Hingegen ist durch den mittleren Nutenfräser 7 n zwischen den beiden
Stegen eine tiefere, in die Stärke des Bleches eindringende ebene Nut 1 n ausgefräst.
Durch die grössere Tiefe wird im Beispiel
verhindert, dass Lichtbögen
zwischen den beiden parallelen Stegen 1 n" entstehen. Diese Lichtbögen sollen vielmehr
auf die äusseren gewölbten Ausfräsungen 1 n' konzentriert sein, Die äussere Lage
dieser Wölbung 1 n, ermöglicht eine raschere Wärmeableitung und damit eine geringere
Erwärmung der äusseren Beschichtung des Gegenbleches, an das das Blech 1 angeschweisst
werden soll.
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Fig. 6 zeigt in einer Matrize 4' einen Schweissnietstift 15 mit tellers
förmigem Kopf, dessen unteres Ende von einem Fräser 7 g, der in seiner Mitte eine
Aussparung 7 g' besitzt und dessen Stirnschnei.
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den an den Rändern abgeschrägt sind, so ausgefräst wird, dass ein
Zapfen 15 a in der Mitte des- Endteils der Schweissniete 15 verbleibt und kreisförmig
ein spitzwinkeliger Rand 15 b bestehen bleibt.
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Blech 1 wird in diesem Fall mit einer dem Durchmesser des Schweiß
stiftes entsprechenden Bohrung versehen und dann die Schweissung mit dem darunter
zu legenden zweiten Blech 2 über dessen entschichtete Stelle vollzogen (~nicht gezeichnet}.
Hierbei berührt zunächst nur die Spitze 15 a das Gegenblech, zündet Lichtbögen,
worauf alsdann die Verschweissung des spitzwinkeligen Ringes mit dem unteren zweiten
Blech erfolgte Der Stempel 3' in Fig, 6 dient dabei zum Festhalten des tellerförmigen
Kopfes der Schweissniete 15 während des Fräsvorganges. Sind die Innenseiten der
miteinander zu verschweissenden Bleche unbeschichtet bzw. stromleitend, so genügt
es, ein gelochtes Papier oder eine gelochte Kunststoffolie oder dergl Isolierschicht
zwischenzuordnen oder -zulegen oder zwischenzukleben und alsdann die Verschweißungen
bzw. das Anschweissen der Schweissniete vorzunehmen.
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Bei extrem dünnen Gegenblechen mit empfindlichen Aussenbeschichtungen
können Blechstücke an den Schweissstellen im ebenen Zustand z»B. aufgeklebt sein
und an diese Blech 1 nach vorbeschriebenem Verfahren angeschweisst werden, Die beschriebenen
Ausführungsbeispiele können auch auf das Rollennahtschweissen angewendet werden,
wobei die Scheibenfräs er-Schneidflächen entsprechend profiliert und mit Aussparungen
versehen sind, Hierdurch können spitzwinkelige oder schmale, scharf kantige, längsverlaufende
Stege, die mit dem Gegenblech unter dem Druck der Schweissrollen die Verschweissung
vollziehen, ausgebil det sein. Auch hier sind die elektrischen Widerstände, die
durch diese Fräsungen bzw. durch die so gebildeten Nut.Profilierungen hergestellt
sind, genau vorbestimmbar, In Verbindung mit den durch Fräsen absolut metallreinen
Oberflächen, sind stets gleich.
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bleibende und unveränderliche reproduzierbare optimale Schweiß ergebnisse
zu erzielen, Die Stirn. oder Nutenfräser können auch in Verlängerungen zu dem Matrizen-Durchbruch
geführt sein.
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Selbstverständlich könnte die Reihenfolge auch umgekehrt vorgesehen
sein. Es könnte das Blech zunächst auf die Matrize gelegt sein, zuerst die profilierende
Teil-Tiefen-Fräsung durchgeführt werden und dann durch den Stempel eine Ausprägung
der profilierten Schweissstelle erfolgen.
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Die besondere Entschichtung der Unterseite des zu prägenden und zu
schweissenden Bleches kann durch die profilierende Ausfräsung entfallen.
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Im übrigen wird auf die Ausführungen in der Zusatzanmeldung P 19 44
614.1 vom 3* September 1969 verwiesen«,