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PATENTANMELDUNG Verfahren zum flächigen Widerstands schweissen von
Blechen, Metallkörpern oder dergl. und Maschinen dazu.
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Die Erfindung betrifft Verfahren,Flächen von Blechen oder Metallkörpern
wie auch flächige Schnittkanten gleich welcher Metallart mit ebensolchen oder anderen
Metallteilen gleicher oder verschiedener Metallart bei gleicher oder unterschiedlicher
Metallstärke durch Widerstands schweissen z.B. mittels Kondens ato r- npuls- Shweiss
maschinen miteinander zu verbinden.
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Dabei können die Bleche oder Metallkörper oder dergl<Mwmitder öBeschichtungen
isolierender oder metallischer Art versehen sein.
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Nach der Erfindung wird eine Mehrzahl von Kontaktbrücken an den miteinander
zu vereinigenden Oberflächen oder Schnittkantenflächen durch maschinell be-
tätigte rotierende Werkzeuge, z. B. Fräser,[ausgebildet. Statt dessen können
linienförmige oder anders geformte profilierte Einiegestücke als Kontaktbrücken
gleichen oder verschiedenen Metalls oder geeigneter Legierungen zwischen die Schweissflächen
zwischengeordnet und die zu verbindenden Teile unter federndem Druck von Elektroden
oder stromlosen Andruckinitteln während des Schweissvorganges gegeneinander bewegt
werden. Die Verschweissung kann ausschliesslich als Widerstandsschweissung erfolgen
oder dabei zusätzlich mit gleichzeitiger Lichtbogenbildung z0 B. durch Anwendung
von Kondensator-Entladungsschweisströmen vollzogen werden. Im letzteren Falle sind
die Fräsungen oder dergl. so durchzuführen, dass nach Wegschmelzen der z.B.
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ausgefrästen Rippen, Stege, Vorsprünge und dergl., die währenddessen
von den Lichtbögen angeschmolzenen flächigen Teile sich ebenfalls miteinander verbinden.
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Die Herstellung der z. B0 linienförmigen Kontaktbrücken kann z.B.
durch gewölbte Rillenausfräsungen oder u-förmiger Ausfräsungen, die linear nebeneinander
an den Schweisstellen vorgenommen werden, erfolgen.
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Hierbei entstehen rippenartige oder stegartige Kontaktbrücken, die
der flächigen Verschweissung des einen Schweissteils z.Bo eines Bleches mit einer
Schweissfläche des Gegenbleches dienen, wobei der Strom an irgendeiner Stelle mittels
Elektroden oder Kontaktklammern, Kontaktzangen oder dergl. in das eine Blech eingeleitet
und aus dem anderen Blech in der gleichen oder anderen Weise abgeleitet werden kann,
wobei durch z. B. stromlose vorzugsweise federnde Andruckleisten, - Stempel, -Rollen
oder dergl. der Schweissdruck erfolgen kann und die Verschweissung hierbei vollzogen
wird.
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Diese linearen Fräsupgen können durch Querfräsungen ergänzt werden
und damit die Rippen, Stege und dergl. in beliebig kurze Tellstucke - im extremen
Falle bis auf Punkte - aufgeteilt werden.
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Sollen über eine Fläche gitterartige Verschweissungen vorgenommen
werden, so können die linearen Kontaktbrücken an beiden Flächen sie so ausgefräst
werden, dass es sich beim Übereinanderlegen kreuzen und nur an diesen Kreuzungspunkten
miteinander verschweissen (siehe Fig.3 und 9).
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Es ist möglich, durch eine entsprechende Gestaltung der Schweissdaten
sämtliche Stege, Rippen, Vorsprünge und dergl., d.h. auch die zwischen den Keuzungspunkten
liegenden an den sich gegenüberliegenden Schweissflächen anzuschweissen oder auch
darüber hinaus bei hinreichender elektrischer Energie die Stege und Rippen oder
dergl. völlig abzuschmelzen und durch gleichzeitige Lichtbogenbildung eine im Ganzen
flächige Verschweissung zu erzielen.
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Die Schweissflächen, die mit Kontaktbrücken versehen sind, können
zum Gegenblech hin vorgeprägt werden und alsdann oder bereits zuvor an diesen Vorprägungen
entsprechende Kontaktbrücken durch Fräsen oder dergl. ausgebildet sein.
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Erfolgt keine Vorprägung, so können durch die Schweisselektroden oder
Druckstempel die Kontaktbrücken auf die Schweissfläche des Gegenbleches gedrückt
werden und dann die Verschweissung vollziehen (siehe Fig. 6).
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Die Schnittkanten von stärkeren Blechen bilden ebenfalls Flächen,
die durch Fräsungen oder dergl. mit Rippen, Stegen, Vorsprüngen insbesondere linearer
Art versehen werden können, um durch Erzeugung
hoher elektrischer
Widerstände mit relativ geringer Schweissenergie die Vereinigung der gegeneinander
auf gleicher Ebene federnd gepressten-Schnittkantenfiächen z,B, zweier Bleche oder
Metallkörper oder dergl. durchführen zu können (siehe Fig. 7-13).
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Statt dieser Schnittkantenprofilierungen durch Fräsen oder dergl.
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können die Schnittkanten flächig bleiben und zwischen die Schnittkanten
profilierte,lineare Schweiss einle gestreifen gleichen oder anderen Metalls oder
legierten Metalls gelegt werden. Je nach Erfordernis kann durch verschiedenartige
Profilierungen soleher Schweisszwischenstücke ein mehr oder minder hoher elektrischer
Widerstand gebildet werden.
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Die Schweissteile, z0 B. Bleche, Körper oder dergl. können von unterschiedlicher
Materialstärke und/oder gleicher oder unterschiedlicher Metallart sein und dazu
unbeschichtet oder beschichtet mit isolierenden oder metallischen Schichten versehen
sein.
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Als isolierende Schichten kommen insbesondere organische Schichten
z0 B. KunststofE,Lack- und dergi. Beschichtungen sowie Oxyd-Schichten insbesondere
von Aluminiumbleehen, wie auch Phosphatschichten und dergl. in Betracht. Als- metallische
Schichten seien insbesondere Schichten aus Zink, Zinn, Kupfer, Messing, Nickel,
Chrom sowie andere Metalle genannt. Soweit diese Beschichtungen das Schweissen erschweren
oder verhindern oder soweit sie mit den Elektroden diese zerstörende Legierungen
beim Schweissen eingehen, können sie durch maschinell rotierend angetriebene Werkzeuge
z.B. Fräser an den Schweisstellen und/oder Schweissflächen entfernt werden.
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Handelt es sich hingegen um unbeschichtete Bleche oder Metallkörper,
so kann durch Vornahme fester oder lösbarervIsolierbeschichtungen z.B. durch Aufbringen
einer Kunststoff-Folie, eines Lackes oder dergl.
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und Wegfräsens bzw. Entschichten der Beschichtungen an den zu verschweissenden
enden Strom gezwungen werden, nur durch diese metallisch freigelegten tellen oder
- Flächen zu fliessen.
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Durch Fräsen oder dergl. kann die Materialstärke z.B. des flachen
Gegenbleches von der einen oder der anderen Oberflächenseite her oder beidseitig
vermindert werden, (siehe Fig. 4) Weiterhin können durch Fräsungen oder dergl. ungleich
starke Bleche, Körper oder dergl., vorzugsweise durch Einfräsungen in das dickere
Blech oder dergl,, so hinsichtlich ihres elektrischen Widerstandes mit dem dünneren
Blech schweisstechnisch gleichgeordnet werden, dass die Schweissungen optimal durchgeführt
werden können, d.h, so, als seien die Bleche von gleicher Materialstärke, Auch verschiedenartige
Metalle, die legierungsfähig sind, können durch entsprechende Gestaltung der elektrischen
Widerstände mittels Fräsens oder dergl. trotz verschieden hoher Schmelzpunkte optimal
miteinander vereinigt werden Dabei ist vorzugsweise von dem Blech oder Metallkörper,
dessen Schmelzpunkt höher liegt, als der Schinelzpunkt des Gegenbleches, bei der
Durchführung der Erhöhung des elektrischen Widerstandes durch Fräsen oder dergl.
auszugehen.
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Es lassen sich hierdurch die Schweissdaten der unterschiedlichen QC
Bleche oder dergl. so aufeinander abstimmen, dass sie für beide Schweissteile den
gleichen Schweiss effekt bewirken.
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Die an den Schweisstellen, Schweissflächen, Schweiss-Schittkanten
entstehenden Schweis sle gierungen können höhere Festigkeitswerte besitzen als die
Metallarten einzeln bei ihrer Verschweissung ergeben.
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Auch können durch Fräsungen oder dergl. so hohe elektrische Widerstände
gebildet werden, dass Legierungen entstehen, die sonst nicht oder sehr schwierig
zu verwirklichen sind.
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Selbstverständlich können auch ungleich starke Bleche, Körper oder
dergl., die aus ungleichen Metallen oder Legierungen bestehen, und die erforderlichenfalles
eines Einlegeschweisstückes aus entsprechendem gleichen oder anderen Metall oder
Legierung zur optimalen Verbindung nach beiden Schweissteilen hin bedürfen,nach
den genannten Verfahren zusammengefügt werden.
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Die Breite sowie die Höhe der Stege, Rippen, Vorsprünge beträgt vorzugsweise
weniger als ein Millimeter.
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Die dargelegten Verfahren eignen sich ebenso für das Rollenschweissen
wie für das Punktschweissen und andere Schweissarten.
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In der nachfolgenden Beschreibung und Zeichnung. sind Ausführungsbeispiele
der Verfahren gegeben.
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Fig. 1 zeigt ein oberes Blech 1 mit einer oberen Beschichtung 1 a
und einer unteren Beschichtung 1 b, dessen linker Rand 1 c mit einem Randstreifen
2 c eines Bleches 2 mit oberer Beschichtung 2 a und unterer Beschichtung 2 b verschweisst
werden soll. Hierzu ist das obere Blech 1 mit dem auf dem entschichteten Randstreifen
2 c des Bleches 2 aufliegenden Teil mit drei leicht nach oben gewölbten Rillen 4
mit Spitzen 5 ausgefräst. Dadurch entstehen spitzwinkelige, linienförmig vorspringende
Berührungsstellen zu dem entschichteten Randstreifen 2 c des Bleches -2 hin. Durch
eine federnde Druckleiste 6 wird der Randstreifen des Bleches 1 während des Schmelzens
der spitzwinkeligen Stege 5 gegen den Randstreifen 2 c des unteren Bleches 2 gedrückt.
Als Unterlage dient ein Tisch 3. Der Strom wird über Blech 1 durch eine Klammer
31 über die spitzwinkeligen Stege 5 dem Blech 2 zugeführt und durch eine weitere
Klammer 31, die an einem entschichteten Teil des Bleches 2 eingreift, zurückgeführt.
Um eine Berühung der miteinander zu verschweissenden Randteile längs der Schnittkanten
derselben zu vermeiden, sind Isolierbänder 32 beidseits zwischengesetzt. Der Strom
ist dadurch gezwungen, durch die spitzwinkeligen Stege 5 des Bleches 1 in das Blech
2 zu fliessen.
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Bei richtiger Bemessung der Schweissdaten bleibt die untere Beschichtung
2 b trotz der Verschweissung unverletzt. Zu solchen eine Aussenbeschichtung schonende
Verschweissungen eignen sich insbesondere Kondensator- Entladungs- S chweis ströme
Diese Verschweissungen können ebenso an unbeschichteten Glechen stattfinden. Es
können dann anstelle des Druckstempels 6 und der Tischunterlage 3 entsprechend geformte
Elektroden treten.
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Es ist auch möglich, die Verschweissung mit oberen und unteren Schweiss
rollen durchzuführen.
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Bei beschichteten Blechen kann der linke Rand des Bleches 1 streifenförmig
entschichtet sein, um den Strom durch eine obere Rolle zuzuführen, während die Ableitung
des Stromes z.Bo über eine Klammer 31, die am Blech 2 angeordnet ist, durchgeführt
wird.
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Figur 2 zeigt ein oberes beidseitig beschichtetes Blech 1 mit Beschichtungen
1 a und 1 b, das leistenartige Vorprägungen 7 zu Blech 2 hin besitzt.
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Diese Vorprägungen können nach streifenförmiger Entschichtung der
betreffenden Stellen an der Unterseite des Bleches 1 erfolgen. Entweder werden diese
Vorprägungen mit spitzwinkeligen Stegen 5 beim Prägen versehen oder aber es wird
eine entsprechende, z0 B0 gewölbte Ausiräsung 7 mit entsprechend profilierten Scheibenfräsern
vorgenommen.
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Dabei bleibt die untere Beschichtung 1 b zwischen den leistenförmigen
Vorprägungen 1 f bestehen. Es kann auch ein an der Unterseite unbeschichtetes Blech
3rerwendet werden. Dieses so Vorbereitete Blech 1 wird auf ein beidseits beschichtetes
Blech 2 gelegt, das in übereinstimmender Lage mit den vorgeprägten Leisten bzw.
spitzwinkeligen Stegen 5 streifenförmige Ausfräsungen 2 d der Beschichtungen 2 a
besitzt. Der Strom wird über Klammer 31 dem Blech 2 zugeleitet und über eine weitere
Klammer 31 aus dem Blech 1 abgeleitet; um den erforderlichen Schweissdruck auszuüben,
ist eine Druckplatte 6 mit federndem Andruck vorgesehen. Beim Verschweissen der
beiden Bleche oder Platten wird auch der seitlich zu den Stegen 5 gelegene Kunststoff
verflüssig und damit alle Schweisstellen gegen Luft- und Feuchtigkeitszutritt versiegelt.
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Im ührigen gilt, was über Fig, 1 gesagt worden ist, auch für diese
Verschweissung. Insbesondere können auch unbeschichtete Bleche und Platten auf diese
Weise flächig miteinander vereinigt werden.
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Fig. 3 zeigt zwei übereinander angeordnete Bleche 1 und 2 mit Beschichtungen
1 a und 2 b. Hingegen sind die Berührungsflächen unbeschichtet.
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Die Unterseite des Bleches 1 ist in Längsrichtung mit Hohlfräsungen
versehen, die spitzwinkelige Stege vorstehen lassen. Das Blech 2 hingegen ist in
Querrichtung mit solchen Ausfräsungen versehen, durch welche ebenfalls spitzwinkelige
Stege 8 gebildet sind. Beim Übereinanderlegen der Bleche 1 und 2 kreuzen sich diese
Stege 8 und berühren sich somit nur an den Kreuzungspunkten gitterförmig. Die Verschweissung
erfolgt somit an diesen Kreuzungspunkten, wodurch es möglich ist, mit wesentlich
geringeren Schweissenergien die Verschweissung durchzuführen. Wie in Fig. 1 und
Fig. 2 beschrieben, ist auch hier ein federnder Druckstempel 6 angeordnet und ruehen
die Bleche bzw. Platten auf einem Tisch (nicht gezeichnet). Der Strom wird über
Klammer 31 in das Blech 2 eingeführt und über eine weitere Klammer 31 aus Blech
1 wieder zurückgeführt. Bei Verwendung geeigneter Schweissdaten wird die untere
Beschichtung 2 b nicht verletzt. Dieses Verfahren, Blecliflächen miteinander zu
verschweissen, ist ebenso auf unbeschichtete Bleche anwendbar.
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Fig. 4 zeigt ein gleiches Beispiel wie Figur 1, wobei jedoch die Ausfräsungen
an der Unterseite des Bleches 1 statt gewölbt rechtwinkelig stattfinden, so dass
nicht spitzwinkelige Stege, sondern senkrechte Stege lo ausgebildet sind. Diese
können beim Verschweissen vollkommen wegschmelzen, und es können beim Zusammenpressen
der beiden Randteile der beiden Bleche 1 und 2 auch Lichtbögen in den Zwischenräumen
zwischen den Stegen lo überspringen, und die sich so gegenüberliegenden streifenförmigen
Blechflächen ebenfalls miteinander verschweissen, Auf diese Weise kann eine Verschweissung
der Gesamtrandfläche erfolgen.
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Im übrigen gilt das zur Figur 1 bereits Gesagte.
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Fig. 5 zeigt ein ähnliches Beispiel wie Figur 2, jedoch mit aus dem
leistenförmigen Vorprägungen 1 f an der Unterseite des Bleches 1 senkrecht ausgefrästen
Stegen lo. Auch an der Oberseite sind die Beschichtungen 1 a in den Vertiefungen
der Vorprägungen 1 f vor oder nach der Prägung streifenförmig freigefräst worden,
bis zur Herstellung einer metallblanken Fläche.
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Zu diesen Einprägungen 1 f sind Schweissroiien 33 übereinstimmend
mit -dem Yerlauf der Streifen vorgesehen und eine weitere Schweissrolle 34, die
auf einem entschichteten Randstreifen des Bleches 2 aufliegt, angeordnet. Der Strom
fliesst über diese Schweissrolle 34 in Blech 2 und über die Stege 1 zu den S'chweissrollen
33, und von da zurück.
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Statt die Streifen 1 f zu entschichten, können diese beschichtet bleiben
und die Rollen 33 lediglich als Druckrollen dienen, wenn der Strom über irgendeine
andere entschichtete Stelle zum B. über Klammern zurückgeführt wird.
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Auch diese Verschweissungen können an unbeschichteten Blechen nach
dem geschilderten Verfahren vorgenommen werden.
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Fig. 6 zeigt ein oberes Blech Damit Beschichtungen 1 a und streifenförmigen
Entschichtungen 1 g, und unteren Ausfräsungen 7 mit spitzwinkeligen Stegen 5. Das
darunterliegende Blech 2 trägt Beschichtungen 2 a und 2b, wobei in übereinstimmender
Lage mit den Stegen 5 streifenförmige Ausfräsungen (Entschichtungen) 2 d an der
Oberseite in die Beschichtung 2 a vorgenommen sind. Zur Verschweissung ist eine
obere Elektrode 35 vorgesehen, deren untere Arbeitsfläche in Übereinstimmung mit
den streifenförmigen Entschichtungen 1 g mit vorspringenden Leisten 35 a versehen
ist.
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Diese Elektrode wird mit federndem Druck auf die entschichteten Streifen
1 g aufgesetzt, wodurch die Ausfräsungen 5 und 7 zum Blech 2 vorgeprägt werden,
worauf der Strom über die Elektrode 35 und die spitzwinkeligen Stege 5 und die entschichteten
Streifen 2 d in das Blech 2 fliesst und von hier über die Klammer 31 wieder zurück.
Werden die Schweissdaten richtig gewählt, so bleibt die untere Beschichtung 2 b
unversehrt. Das Verfahren ist auch für Bleche geeignet, die an den Berührungsseiten
und nicht an den Aussenseiten beschichtet sind, wobei es genügt, wenn nur eines
der beiden Bleche an seiner Berührungsseite beschichtet ist.
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Fig. 7 zeigt ein Blech 1, das mit einem Blech 2 längs der Schnittkanten
miteinander verschweisst werden soll. Dazu sind die Schnittkanten der Bleche 1 und
2 mit gewölbten Ausfräsungen 1 e und 2 e versehen, so dass nur am oberen und unteren
Rand spitzwinkelige Stege verbleiben. Um eine
ubereinstimmende
bewegliche horizontale Auflage wen Cibwew diZ Schnittkanten zu vereinigenden Blechen
zu geben, sind diese auf einer Rollenbahn 23 aufgelegt, Zur Sicherung ist auch auf
die Oberflächen der beiden Bleche ein ebenfalls mit Rollen 25 a versehener Körper
25 aufgebracht. Hierdurch berühren sich präzis gegeneinander stehend die spitzwinkeligen
Stege 8 beider Bleche in gleicher Ebene. Der Strom kann z. B. über seitliche Druckelektroden
36 den seitlichen Schnittkanten zugeführt werden und die Verschweissung bei gleichzeitig
federndem Druck erfolgen.
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Die spitzwinkelige Berührung der Stege 8 ergibt einen sehr hohen elektrischen
Widerstand, so dass es möglich ist, die Verschweissungen mit verhältnismässig geringer
Stromenergie durchführen zu können. Hierdurch werden die Beschichtungen 1 a, 1 b
bzw. 2 a, 2 b fast völlig vor Verletzung bewahrt.
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Selbstverständlich kann der Strom statt von den Schnittkanten her
auch von den entschichteten Stellen der Oberflächen der beiden Bleche zu- und abgeleitet
werden.
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Das Verfahren eignet sich ebenso für unbeschichtete Bleche.
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Fig. 8 betrifft dasgleiche Verfahren, das in Fig. 7 beschrieben worden
ist, wobei jedoch im Hinblick auf die grössere Blechstärke der Bleche 1 und 2 zwei
gewölbte Ausfräsungen 1 e und 2 e vorgenommen worden sind, wodurch drei spitzwinkelige
Stege 8 sich ergeben. Selbstverständlich können - je nach der Stärke der Bleche
und nach ZweCkmässigkeit - beliebig viele derartige Ausfräsungen vorgenommen sein,
und dadurch entsprechendi viele Stege 8 entstehen, Fig. 9 bezieht sich ebenfalls
auf Fig. 7, wobei jedoch Blech 1 lotrecht zur Schnittkante mit Ausfräsungen 1 e
ausgebildet ist, hingegen Blech 2 mit horizontalen Ausfräsungen 2 e Diese Stege
8 der beiden Bleche kreuzen sich (vgl. damit Fig. 3), so dass die Verschweissung
an den Kreuzungspunkten gitterartig stattfindet.
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Fig. lo zeigt senkrechte Einfräsungen der Schnittkanten statt gewölbter
Einfräsungen0 Hierdurch bilden sich feine, geradlinige Stege lo, die beim Schweissen
wegschmelzen und eine flächige Verschweissung der Schnittkanten miteinander ermöglichen.
Dabei können auch Lichtbogen entstehen Selbstverständlich können je nach der Stärke
der Bleche beliebig viele Einfräsungen und damit geradlinige Stege lo ausgebildet
werden.
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Im übrigen wird auf das Verfahren entsprechend Fig. 7 verwiesen.
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Figuren 11, 12 und 13 beziehen sich ebenfalls auf das Verfahren nach
Figut 73 wobei jedoch statt Ausfräsungen profilierte Schweisseinlegestreifen 24,
26, 27 treten. Die Formen sind den Figuren zu entnehmen. Sie sind nur Beispiele,
um zu zeigen, wie der elektrische Widerstand durch entsprechende Profilierung solcher
Einlegestreifen erhöht werden kann.
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Einen besonders hohen Widerstand ergibt die zackenförmige Ausbildung
des Streifens 27 in Figur 13, wobei die Zacken abwechselnd nach der einen und der
anderen Richtung ausgebildet sind.
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Die Verfahren nach den Figuren 1 bis 13 gelten sowohl für beschichtete
Bleche wie für unbeschichtete Bleche. Ebenso gelten sie für Bleche aus verschiedenen
Metallen insbesondere für miteinander legierungsfähige Bleche wie auch für Bleche
mit Schweisseinlagestücken aus Metallen oder Legierungen, die mit beiden Blechen
aus verschiedenartigen Metallen Schweisslegierungen eingehen können. Schliesslich
sind die Verfahren auf Bleche verschiedener Stärke anwendbar. Um den Schweisstrom
zu zwingen, ausschliesslich durch die definierten Schweisstellen zu fliessen, können
isolierende Zwischenschichten mit entsprechenden Aussparungen an den Schweisstellen
vorgesehen sein.