DE3337888C1 - Verfahren zum Verbinden einer Schmalseite eines Rohrendes mit einem plattenförmigen Bauteil mittels Widerstands-Preßstumpfschweißen - Google Patents

Description

• Aufgabe der Erfindung ist es, die Widerstands-Preßstumpfschweißverbindung so zu verbessern, daß sich ein Flachschlagen des Rohrendes erübrigt und der kreisförmige Querschnitt des Rohres bis möglichst nahe zur Schweißstelle erhalten bleibt Diese Aufgabe wird erfin- dungsgemäß durch die Anwendung folgender Merkmale gelöst: a) das Rohrende wird bis auf einen Schlitz kuppenförmig eingezogen, der sich in einer Länge über etwa die lichte Weite des unverformten Rohrendes erstreckt, b) an das plattenförmige Bauteil wird eine Zunge angeformt und deren freies Ende wird zur Bildung eines Keils entlang mindestens einer Längskante angefast, c) das plattenförmige Bauteil wird beim Schweißvorgang mit seiner an dem freien Ende keilförmig ausgestalteten Zunge auf den Schlitz gesetzt und in den Schlitz hineingepreßt.
• Beim Widerstands-Preßstumpfschweißen erfolgt die Erwärmung des Materials durch direkten Stromdurchgang an den Stellen mit dem höchsten ohmschen Widerstand im Stromkreis, d. h. den Berührungsflächen der zu verschweißenden Werkstücke. Für die Schweißung werden die Werkstücke in die Elektrodenbacken der Schweißmaschine eingespannt und anschließend mit einer auf die Schweißebene ausgeübten Preßkraft - zumeist Stauchkraft genannt - aufeinandergepreßt, so daß durch die durch den Stromdurchfluß hervorgerufene Erwärmung und die ausgeübte Stauchkraft die Teile verschweißt werden. Beim mittigen Voreinandersetzen eines flachen, plattenförmigen Bauteils mit einem Teil seines umlaufenden Randes gegen ein Rohrende werden nur zwei kleine seitliche Berührungsflächen der Rohrwandung mit dem plattenförmigen Teil verschweißt. Eine solche Schweißverbindung weist wegen des geringen Verbindungsquerschnittes eine unzureichende Festigkeit auf. Erst die erfindungsgemäße Ausgestaltung der beiden zu verbindenden Teile an ihrer Schweißstelle läßt die Anwendung des Widerstands-Preßstumpfschweißens zu. Durch die keilförmige Ausbildung des Zungenendes wird die Stauchkraft in der Berührungsfläche der beiden zu verschweißenden Teile erhöht, die Schweißfläche vergrößert und das beim Anpressen der beiden verbindenden Flächen seitlich herausgedrückte Schweißgut (Schweißraupe) wird in das Rohrinnere gepreßt. Eine Nacharbeit der Schweißnaht ist somit nicht erforderlich.
• Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist die Zunge des plattenförmigen Bauteils an beiden Längskanten des freien Endes zur Bildung des Keils angefast. Dadurch ergibt sich eine Kraftsymmetrie beim Einpressen des keilförmigen Zungenendes und darüber hinaus eine Verdoppelung der Schweißfläche. Bei der einseitigen, kreisförmigen Ausbildung entsteht nur auf der Seite des Keils eine gute Schweißverbindung, auf der während des Einschiebens des Keils in das kuppenförmige Rohrende eine Anpreßkraft auftritt. Auf der nicht abgeschrägten Seite des Zungenendes tritt nur eine Scherbewegung auf, ohne daß auf das kuppenförmige Rohrende eine Stauchkraft ausgeübt wird.
• Weiterhin ist es vorteilhaft, daß der Schlitz im kuppenförmigen Rohrende in seiner Breite so bemessen ist, daß die Keilspitze beim Aufsetzen auf das Rohrende geringfügig in den Schlitz hineintaucht.
• Dieses hat einerseits den Vorteil, daß der Keil beim Aufsetzen auf das kuppenförmige Rohrende eine erste Orientierung erhält und weiterhin, daß der Stromübergang von dem einen auf das andere der beiden zu verschweißenden Teile nicht an der Keilspitze erfolgt. Damit ist sichergestellt, daß sich nicht die Keilspitze verflüssigt, sondern die Längskanten des Schlitzes in dem kuppenförmigen Rohrende. Damit auch die beiden Schmalseiten der Zunge mit dem kuppenförmigen Rohrende verschweißen, können auch diese zum freien Ende der Zunge hin konisch verjüngt verlaufen und somit beim Eintauchen in den Schlitz eine Stauchkraft auf die Rohrwandung ausüben.
• Um die Festigkeit der Schweißnaht noch zu erhöhen, wird bei der Herstellung des Keiles an der Zunge an beiden Seiten des Keiles jeweils ein flächiger Ansatz belassen, der nach dem Eindringen des Keiles bei dem Schweißvorgang auf der Rohrwandung zur Auflage kommt und mit dieser verschweißt Dieser flächige Ansatz kommt jedoch erst dann auf der Rohrwandung zur Auflage, wenn der Keil bereits zum größten Teil seiner Tiefe in das kuppenförmige Rohrende eingedrungen ist Im letzten Abschnitt des Stauchweges werden diese flächigen Ansätze mit der Rohrwandung verschweißt. Dieses kann einmal dadurch erreicht werden, daß die flächigen Ansätze der Zunge entgegengesetzt zur Einschubrichtung des Keils gegenüber der Keilschneide zurückversetzt ausgebildet werden. Eine andere vorteilhafte Möglichkeit ist die, daß die seitlichen, flächigen Ansätze der Zunge in der gleichen Ebene wie die Keilschneide liegend ausgebildet werden, so daß die Stirnfläche der Zungenspitze eine l-Form aufweist. Hierbei ist das kuppenförmig eingezogene Rohrende in Längsrichtung des Schlitzes bogenförmig verlaufend spanlos oder spanabhebend abgerundet, wobei die Bogenhöhe so gewählt ist, daß nach genügend tiefem Eindringen des Keils in den Schlitz die seitlichen flächigen Ansätze der Zunge auf den Teilen der Rohrwandung, die in der Verlängerung der Schlitze liegen, zur Auflage kommen und mit diesem stumpf voreinanderstoßend verschweißt werden. Damit wird die Festigkeit der Schweißung insbesondere gegenüber solchen Kräften erhöht, die in Längsrichtung des Schlitzes auf die Schweißung einwirken.
• Weitere in den Unteransprüchen angegebene vorteilhafte Ausführungsformen werden in der nachfolgenden Zeichnungsbeschreibung näher erläutert.
• Die Zeichnung veranschaulicht ein vorteilhaftes Ausführungsbeispiel der Erfindung; und zwar zeigt F i g. 1 die mit dem Rohrrand zu verschweißenden Scheide zur Aufnahme der Radachsen von Fahrrädern, F i g. 2 einen Längsschnitt nach der Linie A-A durch Fig. 1, F i g. 3 ein mit der Scheide zu verschweißendes Rohrende in der gleichen Ansicht wie F i g. 1, F i g. 4 das Rohrende in der Seitenansicht zu F i g. 3, F i g. 5 die miteinander verschweißten Teile gemäß Fig. 1 und Fig.3 und F i g. 6 einen Schnitt nach der Linie B-B der F i g. 5, während die F i g. 7 eine Einzelheit Xder F i g. 5 und F i g. 8 eine Einzelheit Y der F i g. 6 im vergrößerten Maßstab darstellt Das plattenförmige Bauteil ist in der Zeichnung als Scheide 1 dargestellt, die mit dem Rohrende 2 einer Fahrradgabel zu verschweißen ist. Die Scheide weist das einseitig geöffnete Langloch 3 zur Aufnahme der Radachsen und zwei seitlich angeordnete Bohrungen 4 zur Aufnahme der Schutzblechstützen auf. Die Verschweißung der Scheide 1 und des Rohrendes 2 erfolgt im Widerstands-Preßschweißverfahren.
• Das zu verschweißende Rohrende 2 ist im Biege- und Stauchvorgang kuppenartig derart geformt, daß ein schmaler Längsschlitz 5 verbleibt Durch den Stauchvorgang entstehen in der Verlängerung über die Enden des Schlitzes 5 hinaus Ausbauchungen 6, die für einen guten Übergang vom Rohrende 2 zur Scheide sowohl hinsichtlich eines guten Aussehens, als auch hinsichtlich eines guten Kraftverlaufs sorgen.
• Durch Fräsen, Schleifen oder auch durch Stanzen wird die Kuppenspitze derart bearbeitet, daß sie die Form einer zylindrischen Mantelfläche 7 erhält, dessen Bogen 8 sich in Längsrichtung des Schlitzes 5 erstreckt.
• An die plattenförmige Scheide 1 ist eine Zunge 9 angearbeitet, deren Breite dem Rohraußendurchmesser gemessen über die Wülste 6 entspricht. An das freie Ende der Zunge 9 ist bis auf zwei Ansätze 10, 11 an den Schmalseiten durch beidseitiges Anfasen der Längskante der Zungenspitze ein Keil 12 angeformt. Die beiden Ansätze 10, 11 weisen an den beiden Schmalseiten der Zunge 9 ebenfalls eine Anschrägung 13 auf, wodurch die Ansätze zum freien Ende der Zunge hin keilförmig verjüngt sind.
• Der Schweißvorgang läuft wie folgt ab: Beim Aufsetzen des Keils 12 auf den oberen Punkt der nach oben gewölbten seitlichen Längsränder des Schlitzes 5 fließt ein Schweißstrom von dem einen zu dem anderen zu verbindenden Teil. Auf Grund des hohen ohmschen Widerstandes an den Berührungsflächen wird das Material teigig. Da die Wärmeabfuhr von den Berührungsflächen im Keil auf Grund seiner größeren Materialmasse in der Nähe der Berührungsflächen größer ist als an den Längskanten des Schlitzes 5 der Rohrkuppe, werden die Kanten des Schlitzes 5 eher teigig.
• Dieses teigige Material wird durch Aufwendung der Stauchkraft P weggedrückt Da der Keil 12 dabei tiefer in den Schlitz 5 hineingleitet, wird das teigig gewordene Material in das Rohrinnere gepreßt, so daß sich der Schweißgrat 14 im Rohrinneren bildet. Durch das Eindringen der keilförmigen Zunge 9 in den Schlitz 5 ergibt sich nicht nur eine Verdoppelung der Schweißflächen 15, sondern auch eine mechanische Abstützung der Zunge 9 im Schlitz 5.
• Der Schweißstrom wird, wie an sich bekannt, in mehreren Impulsen auf die Schweißstelle gegeben. Dadurch erhält man eine bessere Verte#ilung der Schweißwärme in den miteinander zu verbindenden Abschnitten der Teile 1 + 2. Das Einschieben der Zunge 9 in den Schlitz 5 darf nur über eine solche Tiefe erfolgen, wie die Zunge keilförmig ausgestaltet ist. Bei einem weiteren Eindringen der Zunge in den Schlitz 5 würde sich die Fläche, an der ein ausreichend starker Schweißdruck vorherrscht, laufend verkleinern und somit die Festigkeit der Schweißfläche herabgesetzt.
• Beim Aufsetzen des keilförmigen Abschnittes 12 der Zunge 9 auf die Bogenfläche 8 der Rohrkuppe erfolgt zunächst nur eine punktförmige Berührung zwischen Keilfläche 12 und der Längskanten des Schlitzes 5. Diese Berührungsfläche vergrößert sich laufend bei weiterem Eindringen des Keils 12 in den Schlitz 5. Kurz vor Erreichen der gewünschten Eindrücktiefe des Keils 12 in dem Schlitz 5 setzen die Stirnflächen 16 der seitlichen Ansätze 10 der Zunge 9 auf die Fläche 17 der Wandung des Rohres 2 auf und verschweißen mit dieser. Da ihre Schweißfläche in etwa senkrecht zur Stauchrichtung verläuft, wird teigiges Schweißgut 18, 19 sowohl nach innen als auch flach außen herausgepreßt. Das nach außen gepreßte, teigige Schweißgut wird dabei von einer Einsenkung aufgenommen, die von den keilförmigen Schrägflächen 13 der Zunge 9 und der Ausbauchung 6 des Rohrendes 2 gebildet wird. Außerdem wird durch die keilförmig wirkenden Schrägflächen 13 weniger des geschmolzenen Materials nach außen gepreßt.
• Die Breite a der im Bogen 8 verlaufenden zylindrischen Mantelfläche ist so breit oder geringfügig breiter, als die Stärke der plattenförmigen Scheide 1. Bei gleicher Breite wird ein stufenloser und damit formschöner Übergang vom Rohr 2 zu der Scheide 1 erzielt.
• Die Form des kuppenförmigen Rohrendes ist so gewählt, daß die Tangente T; die in der Nähe des keilseitigen Endes an den sich im Schnitt durch die Kuppe ergebenden Bogen gelegt ist, in etwa senkrecht auf der die Schweißfläche bildenden Keilfläche steht.
• Damit wird erreicht, daß die resultierende Kraft P1 der Stauchkraft P in etwa entlang der Rohrwandung in axialer Richtung verläuft.

Claims (12)

1. Patentansprüche: 1. Verfahren zum Verbinden einer Schmalseite eines plattenförmigen Bauteils mit einem durch spanlose Verformung verengten Rohrende mittels Widerstands-Preßstumpfschweißen, insbesondere zum Verbinden einer die Radachsen eines Fahrrades aufnehmenden Scheide mit einem Ende eines Rahmenrohres, gekennzeichnet durch folgende Merkmale: a) das Rohrende (2) wird bis auf einen Schlitz (5) kuppenförmig eingezogen, der sich in seiner Länge über etwa die lichte Weite des unverformten Rohrendes (2) erstreckt, b) an das plattenförmige Bauteil (1) wird eine Zunge (9) angeformt und deren freies Ende wird zur Bildung eines Keils (12) entlang mindestens einer Längskante angefast, c) das plattenförmige Bauteil wird beim Schweißvorgang mit seiner an dem freien Ende keilförmig ausgestalteten Zunge (9) auf den Schlitz (5) gesetzt und in den Schlitz (5) hineingepreßt.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zunge (9) des plattenförmigen Bauteils (1) an beiden Längskanten des freien Endes zur Bildung des Keils (12) angefastwird.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Schlitz (5) im Rohrende (2) in seiner Breite so bemessen wird, daß der Keil (12) mit seiner Spitze beim Aufsetzen auf das Rohrende (2) geringfügig in den Schlitz eintaucht.
4. 4. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Zunge (9) so ausgebildet wird, daß sie sich zum freien Ende hin konisch verjüngt
5. 5. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Herstellung des Keiles (12) an der Zunge (9) an beiden Seiten des Keiles jeweils ein flächiger Ansatz (10) belassen wird, der nach dem Eindringen des Keils (12) bei dem Schweißvorgang auf der Rohrwandung in Auflage kommt und mit dieser verschweißt.
6. 6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die seitlichen flächigen Ansätze (10) der Zunge entgegengesetzt zur Einschubrichtung des Keils zurückversetzt ausgebildet werden.
7. 7. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die seitlichen flächigen Ansätze (10) der Zunge (9) auf der gleichen Ebene wie die Keilschneide liegend ausgebildet werden, so daß die Stirnfläche der Zunge (9) eine l-Form aufweist
8. 8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das kuppenförmig eingezogene Rohrende in Längsrichtung des Schlitzes (5) bogenförmig verlaufend spanlos oder spanabhebend abgerundet ist, wobei die Bogenhöhe so gewählt ist, daß kurz vor Erreichen einer ausreichenden Eindringtiefe des Keils (12) in den Schlitz (5) die seitlichen flächigen Ansätze (10) der Zunge (9) auf der Rohrwandung zur Auflage kommen und mit dieser stumpf voreinanderstoßend verschweißt werden.
9. 9. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das kuppenförmige Rohrende (2) in den Schnitten in Längsrichtung des Rohrendes (2) und quer zur Längsrichtung des Schlitzes (5) einen solchen bogenförmigen Verlauf aufweisen, daß die Tangenten Tin der Nähe des keilseitigen Endes des Bogens (8) zumindest in etwa senkrecht auf den Keilflächen (15) stehen.
10. 10. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Zunge (9) des plattenförmigen Bauteils (1) beim Schweißvorgang nicht über die Keilflächen (15) hinaus in den Schlitz (5) gedrückt wird.
11. 11. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Zunge (9) beim Anformen geringfügig breiter ausgebildet wird als der Außendurchmesser des Rohrendes (2) und an den beiden Seiten der Zunge (9) über die Höhe der Keilflächen (12) zu ihrem freien Ende hin jeweils eine Abschrägung (13) ausgebildet wird und daß beim kuppenförmigen Einziehen des Rohrendes (2) letzteres so gestaucht wird, daß sich in der Verlängerung des Schlitzes (5) über seine Enden hinaus eine Ausbauchung (6) ergibt.
12. 12. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Höhe des Keils (12) in etwa der Dicke des plattenförmigen Teiles (1) entspricht.

    Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verbinden einer Schmalseite eines plattenförmigen Bauteils mit einem durch spanlose Verformung verengten Rohrende mittels Widerstands-Preßstumpfschweißen, insbesondere zum Verbinden einer die Radachsen eines Fahrrades aufnehmenden Scheide mit einem Ende eines Rahmenrohres. Ein solches Verfahren ist durch die DE-PS 5 14490 bekannt Für das Verschweißen eines plattenförmigen Bauteils z. B. eines Bleches oder Stanzteiles mit einem Rohrende im Widerstands-Stumpfschweißverfahren wird das Rohrende auf die Stärke des plattenförmigen Bauteils flachgeschlagen. Um am Rohrende die gleiche Wandstärke wie bei dem plattenförmigen Bauteil zu erhalten, wird in das Rohrende häufig eine Verstärkungszunge eingeschoben. Ein Beispiel hierfür ist die Verbindung der die Vorder- oder Hinterradachse aufnehmenden Scheiden mit den konifizierten Rahmenrohren bei Fahrrädern, die am Vorderrad zum Gabelkopf und am Hinterrad zum Tretlager bzw. zur Sattelaufnahme führen.

    Die Vorder- bzw. Hinterradscheiden sind Stanzteile, die außer dem einseitig offenen Langloch auch noch Löcher zur Befestigung der Schutzblechstützen erhalten. Durch das Konifizieren der Rahmenrohre erhält das Fahrrad ein besseres Aussehen und das Rohr in den Bereichen des kleineren Durchmessers eine erhöhte Wandstärke.

    Dieses führt nicht nur zu einer Erhöhung der Biegesteifigkeit der Rohre, sondern auch zu einer Erhöhung der Dicke des flachgeschlagenen Rohrendes, so daß sie der Stärke der Vorder- bzw. Hinterradscheide entspricht.

    Ist dies nicht durch Konifizieren zu erreichen, wird die Wandstärke des zusammengeschlagenen Rohres durch Einschieben einer Zunge auf die gleiche Stärke des plattenförmigen Bauteils gebracht.