DE2344703C2

DE2344703C2 - Kaltpreßschweißverfahren

Info

Publication number: DE2344703C2
Application number: DE19732344703
Authority: DE
Inventors: Heinz F.W. 5778 Meschede Suppus
Original assignee: Metall-Werk Merkur 5780 Bestwig GmbH
Current assignee: Metall-Werk Merkur 5780 Bestwig GmbH
Priority date: 1973-09-05
Filing date: 1973-09-05
Publication date: 1975-09-11
Also published as: DE2344703B1

Description

30

Die Erfindung bezieht sich auf ein Kaltpreßschweißverfahren, bei dem die beiden Werkstückteile in Richtung der Schweißfläche relativ zueinander bewegt werden, wobei die Schweißfläche eines der Werkstückteile parallele, im Abstand voneinander angeordnete Rippen trägt, die mil mindestens einer Wand einer Aussparung des zweiten Werkstückteils durch Einpressen kaltverschweißt werden, welche Aussparungen im Verhältnis zur Dicke des ersten Werkstückteils Untermaß besitzt und sich ferner im Querschnitt gegen ihren Boden hin verjüngt und deren öffnung um ein geringes schmaler ist als der berippte Werkstückteil.

Durch die DT-OS 2 132 139 ist die Anwendung eines Kaltpreßschweißverfahrens der beschriebenen Art bekannt, wobei die Rippen parallel zur Preßrichtung der Werkstückteile verlaufen. Die Anwendung dieses Kaltpreßschweißverfahrens in der beschriebenen Weise für mit Rippen versehene Werkstückteile hat sich insbesondere bei Aluminium-Werkstücken, auf die sich auch das vorliegende Verfahren in Sonderheit bezieht bewährt. Die Herstellung des Rippen tragenden Werkstückteils, insbesondere im Strangpreßverfahren, ist jedoch unter Berücksichtigung der einzuhaltenden ToIeran^f^ ufwendig, insbesondere bei mehreren Meter langen Werkstückteilen, die in ihrer Längserstreckung mi.einander zu verbinden sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das geschilderte Kaltpreßschweißverfahren abzuwandeln und zu verbessern, so daß es ohne hohen Fertigungsaufwand für die Werkstückteile in wirtschaftlicher Weise für leisten-, brett- oder plankenartige Werkstückteile verwendbar wird, d. h., es sollen einerseits Fertigungsvorteile für die vorzugsweise im Strangpreßverfahren herzustellende Aluminium-Profilwerkstückteile erzielt werden, wie auch das Zusammenschweißen der beiden Werkstückteile mit Handspindelpressen oder andersartiger angetriebener einfachen Pressen möglich sein soll,

wobei die Werkstücke selbst dünnwandige Profile sein

können. ,

Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung die Anwendung des vorstehend beschriebenen bekannten Kalipreßschweißverfahrens derart vor, daß die Rippen in beim Preßschweißen an sich bekannter Weise senkrecht zur Einschubrichtung verlaufen und daß sie trapezförmigen Querschnitt aufweisea

Die Herstellung von Strangpreßprofilen mit in Längsrichtung des einen Werkstückteils verlaufenden Rippen stellt eine wesentliche herstellungsgemäße Vereinfachung dieses Werkstückteils gegenüber den bei den bekannten Kaltpreßschweißverfahren angewandten Werkstückteilen dar, bei denen vorzugsweise rippentragende Zwischenelemente Anwendung finden. Die Werkstückteile gönnen durch eine Handspindelpresse oder andersartig angetriebene einfache Presse mit dem zweiten Werkstückteil leicht verbunden werden, deren öffnung nur der Hubhöhe zuzüglich der Stärke statt der Breite der Werkstückteile entspricht, wenn leistenartige Werkstücke an ihren Längskanten zu verbiriden sind.

Die im Querschnitt an ihrer Außenkante abgeflachten Rippen garantieren eine gleichmäßige Rippenhöhe bei der Herstellung des berippten Werkstückteils. so daß ein gleichmäßiger oder annähernd gleichmäßiger Schweißeffekt über die Höhe wie auch die Lange des berippten Teils gegeben ist.

Die Rippen müssen selbstverständlich einen bestimmten Schlankheitsgrad zumindestens an ihrer Außenseite aufweisen, um ein günstiges Fließen des Materials an den Wänden der Aussparung zu erreichen, ohne daß die Wände Verformungen oder Verletzungen wie Einkerbungen od. dgl. erleiden und eine große Ver schweißungsfläche jeder Rippe erreicht wird. Auch die Ausspar mgstiefe muß selbstverständlich zweckmäßig gewählt werden. Wird ein bestimmter Einschubweg des berippten Werkstückteils unterschritten, so wird keine genügende Verschweißung erzielt; wird ein Maximalwert andererseits überschritten, so reißen Abschnitte der bereits erstellten Schweißnaht wieder ab, was den Festigkeiiswert der Verbindung ungünstig beeinflußt. Der den Schweißvorgang und die Preßkraft beeinflussende Querschnitt der Aussparung und deren Wandbemessung ist also so zu wählen, daß die spezifische Belastung der Rippen so groß ist daß diese sich an ihrer Außenkante plastisch verformen, während die spezifische Belastung der Aussparungswand nicht überschritten werden darf, um eine Verformung der Aussparungswand zu vermeiden.

Durch die DT-OS 2 060 728 ist ein Verfahren zum Preßschweißen und eine Vorrichtung zum Hersteller einer festen Verbindung zwischen Werkstücken au« Werkstoffen mit unterschiedlichem Schmelzpunki durch Diffusion bekannt. Hierbei weist das eine Werk stück senkrecht zur Bewegungsrichtung der Werkstük ke beim Verbinden verlaufende Zähne oder Rippen auf Für die Herstellung der Verbindung werden die Werk stücke im Vakuum erhitzt und unter hohem Druck ge geneinander gepreßt, so daß der Werkstoff des einei Werkstückes in breiigem Zustand in die Zahn- ode Rippenzwischenräume des anderen Werkstücks, dessei Werkstoff einen höheren Schmelzpunkt besitzt, ein fließt. Ein Verschweißen und Verformen der Rippen kämme mit einer Gegenfläche alleine durch die relativi Bewegung der beiden Werkstücke zueinander ist hie nicht gegeben.

Durch das DT-Gbni 6 751 361 ist eine schweiß- um

schraubenlose Verbindungsvorrichtung für zwei gezogen oder stranggepreßte Teile bekannt, wobei das zu verbindende Ende jedes Teils mit einer längsverlaufenden Rippe versehen ist, auf die eine im Querschnitt U-förroJge und an der Innenseite ihrer Schenkel längsverlaufende Verzahnungen tragende Profilleiste aufsetzbar ist. wobei der Abstand der auf gleicher Höhe gelegenen Zähne der Verzahnungen der beiden L istenschenkel im Ausgangszustand kleiner als die Breite der Rippe ist. "beim Zusammenfügen der beiden Teile gleiten zunächst die Zähne der Verzahnung der U-förmigen Profilleiste an den Außenseiten der Rippe des zweiten Werkstück te ils entlang, bis die Rippe den Boden des U-förmigen Profilteils erreicht oder annähernd erreicht hat Die beiden Teile werden durch die widerhakenähnlichen Zähne der U-förmigen Profilleiste gehalten, da diese Zähne in das Material der Rippen einrasten. Ein Verschweißen findet hierbei nicht statt

Durch die britische Patentschrift 983 144 ist eine Einrichtung <:um Kaltpreßschweißen eines ersten, im Querschnitt L-förmigen Werkstückteils in eine gegen ihren Boden sich verjüngende Aussparung eines zweiten Werkstückteils bekannt. Hierbei ragt das Ende des in die Aussparung zu versenkenden Schenkels des L-förmigen Werkstückteils um ein geringes Maß über die die Aussparung begrenzende Seitenkante. Beim Eindrücken des Schenkels in die sich verjüngende Aussparung mit Hilfe eines Werkzeuges wird die Aussparungswand durch ein zweites Werkstück gegen das or ste Werkzeug gedrückt so daß die Schenkelaußenkante und die Aussparungswand gemeinsam verformt werden. Hierbei ergeben sich flächenhafte Verschweißungsabschnitte. Bei dem bekannten Verfahren bedarf es daher zweier in ihrem Querschnitt abgestimmter und in ihrem Abstand genau eingerichteter, gleichzeitig zu betätigender Werkzeuge.

In Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens laufen die Rippenflanken in im Querschnitt gewölbten Flächen aus. Dieses Merkmal bietet die Möglichkeit einer vereinfachten Herstellung des berippten Werk-Stückteils im Strangpreßverfahren.

, ic beispielsweise Ausführung des erfindungsgemä-. Ben Verfahrens ist aus nachstehender Beschreibung in Verbindung mit der Zeichnung zu entnehmen; diese zeigt in

F i g. 1 bis 3 Anwendungsmöglichkeiten des erfindungsgemäßen Kaltpreßschweißverfahrens /ur Bildung eines ein- und eines doppelwandigen leisten- oder brettartigen Elementes,

F i g. 4 und 5 die beiden Werkstückteile ,11 vergrö-Berten Maßstab und die Teile des Rechtecks A, in F i g. 6, und

F i g. 6 einen Werkzeugteil mit abgestuften berippten Flächen, wobei der zweite Werkstückteil eine entsprechende Aussparung mit abgestuften Innenwänden besitzt

Die leisten- oder brettförmigen Werkstücke 1,2 nach F i g. 1 und 2 sollen durch das erfindungsgemäße KaItpreßschweißverfahren miteinander verbunden werden. Dazu trägt der Schenkel 3 des Werkstückes I einen leistenförmigen Werkstückteil 4 und der Abschnitt 5 als zweiter Werkstückteil des Werkstücks 2 eine Aussparung 6. Der Schenkel 7 des Werkstücks 1 trägt umgekehrt eine Aussparung 8, in die der leistenförmige Werkstückteil 9 des Werkstücks 2 eingreift. Eine ähnliehe Ausbildung besitzen die Werkstücke 1 und 2 nach F i g. 3. Dort sind die leistenförmigen Werkstückteile 4, 9 unmittelbar an dem ebenen Wandteil la, 2a angebracht und aus den Aussparungen 6,8 sind rechtwinkelige Kehlen 6a, 8a benachbart in denen der Längsrand des ebenen Wandteils la, 2a derart Aufnahme findet daß die Oberflächen der Wandteile la, 2b und 2a, \b auf gleicher Höhe liegen, wenn die beiden Werkstücke ebenso wie die Werkstücke nach F i g. 1 und in Richtung der eingezeichneten Pfeile gegeneinander gepreßt werden, wie dies nachstehend beschriebsn wird.

Die beiden Werkstückteile 4, 9 besitzen, wie F i g. 4 und 5 deutlicher erkennen lassen, in Längsrichtung der leisten-, brett- oder plankenförmigen Werkstücke 1, 2 beidseits der Mittelebene M mehrere im Querschnitt im wesentlichen trapezförmige Rippen 10 mit konkaven Wölbungen zwischen sich.

Die Aussparungen 6,8 der Werkstücke 1,2 besitzen einen trapezförmigen Querschnitt, wobei sich der Querschnitt gegen den Boden 12 der Aussparung hin verjüngt.

Die nachfolgenen Beispiele und Zahlenangaben beziehen sich auf das Verschweißen von Aluminium-Werkstücken. Als besonders vorteilhaft wurde gefunden, daß das Maß der Verjüngung der Aussparungen 6,

8 0.1 bis 0,3 mm betragen soll, d. h. während an der Öffnung 14 der Ausparung 6, 8 das Maß χ gegeben ist. beträgt die Breite des Aussparungsbodens * - 0.1 bis χ - 0,3 mm. Die zweckmäßige Tiefe der Aussparungen 6,8 bzw. die Länge der Werkstückteile 4,9 wurde auf 3 bis 7 mm ermittelt so daß der Einschubweg der Teile 4,

9 in die Aussparung 6, 8 ebenfalls 3 bis 7 mm beträgt. Der Abstand der kopfseitigen Außenkanten 13 der auf gleicher Hohe gelegenen Rippen an den beiden Wänden der 1 eile 4.9, so der Rippen 10a und 106 in F i g. 4. wurde ein geringes größer gehalten als die Breite χ der Öffnung 14 der Aussparung 6.8 der Werkstückteile 4,9. Die Breite Y jeder kopfseitigen Außenkante 13 war mit 0,15 bis 0,3 mm am günstigsten, während der optimale Flankenwinkel λ an oder in Nähe der Kopfkante 13 zwischen der Rippenflanke 15 bzw. deren Verlängerung 15a und der Normalen 16 zur Vorschub- und Preßrichtung (Pfeil 17) maximal 40° betrug. Hierdurch war eine verhältnismäßig schlanke Rippe gegeben, deren Idealgestalt durch die Flanken 18 versinnbildlicht ist. Da die Herstellung einer solchen Rippe herstellungsmäßig aufwendig ist. wurde zwischen den Rippen

10 ein bogenförmiger Verlauf der Außenwand der Werkstückteile 4,9 vorgesehen, der die Wölbungen 11 entstehen läßt Der Durchmesser zweier gewölbter, auf gleicher Höhe an den beiden Wänden der Teile 4. 9 gelegener Wölbungen 11 war geringer als die Breite des Bodens 12 der Aussparung 6, 8, d.h. die Stärke a der Werkstückteile 4.9 auf Höhe zweier gegenüberliegender Rippenflüsse (Wölbungen 11) war geringer als die Breite der Aussparung 6.8.

Bei der genannten Verfahrensweise wird durch den Überstand des äußeren Rippenkopfes 19 (F i g.4) über die Aussparungsränder 20 beim Einpressen der Werkstückteile 4.9 in die Aussparungen 6,8 dieser Abschnitt an den Rändern 20 aufgerissen, wodurch die Oxydschicht an den Rippenaußenkanten entfernt wird. Im Verlaufe des Eindringens der Werkstückteile 4,9 in die Aussparungen 6, 8 werden immer größere Abschnitte der Rippen 10 in Schweißfluß gebracht und in die Abschnitte 21 zwischen den Rippen 10 verdrängt. Derartige Abschnitte sind in F ig. 4 mit 22, 22', 22" gekennzeichnet. Bei breiteren als die vorgesehenen Rippenköpfe würden höhere Einpreßdrücke notwendig werden, die wiederum ein Ausweichen und ein Verformen der Aussparungswände 23 verursachen würden, wie

dies bei der Vorrichtung der eingangs genannten GB-PS 983 144 der Fall ist. Andererseits würde eine im Querschnitt spitzwinkelige Außenkante der Rippen eine Schweißverbindung geringerer Festigkeit schaffen.

Bei der Äusfuhrungsform nach F i g. 6 wurde die Eindringtiefe des Werkstückteils in die Aussparung des zweiten Werkstückteils ebenfalls von maximal 3 bis 7 mm berücksichtigt, wobei jedoch die miteinander verschweißten Flächen vergrößert waren. Hierzu besaß der Werkstückteil 25 eine Aussparung mit abgestuften Innenwänden 26, 27, 28, wobei die Aussparungsabschnitte den vortehend beschriebenen Erfordernissen in bezug auf die Breite wund ζ ihrer öffnung, der Breite u und ν ihres Bodens sowie der Neigung, wie vorstehend beschrieben, Rechnung trugen. Die Länge der jeweiligen Abschnitte mit den Wänden 26, 27 sowie 28 betrug zwischen 3 und 7 mm. Das Werkstück 29 tru eine Leiste 30 als zweiten Werkstückteil, deren Außen wände mit den Rippen 31 versehen waren, die dei oben beschriebenen Bedingungen für die Ausgestaltuni der Rippen 10 entsprechen; an diese Leiste schloß sich eine schmalere Leiste 33 an, die mit Rippen 32 besetz war. Die Leisten 30,33 waren so gestaltet, daß sie ein zein die Funktion der Werkzeugteile 4, 9 der Ausfüh rungsform nach den F i g. 1 bis 5 erfüllen. Trotz de; Einschubweges von 3 bis 7 mm des Werkstückes 25 gegenüber dem des Werkzeugteils 25 von 3 bis 7 mn ergab sich so eine Verdoppelung der Schweißfläche ge genüber der Ausführungsform nach F i g. 1 bis 5.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Kaltpreßschweißverfahren, bei dem die beiden Werkstückteile in Richtung der Schweißfläche relaöv zueinander bewegt werden, wobei die Schweißfläche eines der Werkstückteile parallele, im Abstand voneinander angeordnete Rippen trägt die mit mindesten!; einer Wand einer Aussparung des zweiten Werkstückteile durch Einpressen kaltverschweißt werden, welche Aussparung im Verhältnis zur Dicke des ersten Werkstückteils Untermaß besitzt und sich ferner im Querschnitt gegen ihren Boden verjüngt und deren Öffnung um ein geringes schmaler ist als der berippte Werkstiickteil, dadurch gekennzeichnet, daß die Rippen im beim Preßschweißen an sich bekannter Weise senkrecht zur Einschubrichtung verlaufen und daß sie trapezförmigen Querschnitt aufweisen.

2. Kaltpreßschweißverfahren nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet daß die Rippenflanken in im Querschnitt gewölbte Rächen auslaufen.

3. Kaltpreßschweißverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß der die Rippen tragende Werkstückteil an den Rippenfüßen eine geringere Stärke aufweist als die Breite des Nutenbodens.