DE4125748A1 - Lichtbogenschweissverbindung von einem tragteil und einem damit fest verbundenen bauteil - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Lichtbogenschweißverbindung von einem Tragteil als die eine Elektrode und einem Metall-Bauteil mit einer durchgehenden Ausnehmung, in die ein bolzenartiges Einschweißteil als die andere Elektrode eingeführt ist, das durch die Lichtbogenschweißung mit dem Tragteil und dem Bauteil fest verbunden ist.

Eine derartige Schweißverbindung ist aus der DE-AS 15 65 563 bekannt. Bei dieser Schweißverbindung handelt es sich darum, an einem Stahlträger ein Scha­ lungsblech anzubringen, wozu das Schalungsblech mittels einer an dem Stahlträger angeschweißten Stahlscheibe gegen den Stahlträger gedrückt wird. Die Verschwei­ ßung zwischen der Stahlscheibe und dem Stahlträger erfolgt mittels eines die Stahlscheibe durchsetzenden Bolzens, der außerdem durch ein Loch in dem Scha­ lungsblech geführt ist. Der Bolzen wird durch Lichtbogen-Stumpfschweißung mit dem Stahlträger verschweißt, wobei sich eine durchgehende Schweißverbindung zwischen dem Stahlträger, dem Bolzen und der Stahlscheibe ergibt. Diese Schweiß­ verbindung wird durch das Schalungsblech darum nicht gestört, weil dessen Loch so groß ist, daß seine Ränder noch einen erheblichen Abstand von der Schweißver­ bindung aufweisen. Das Schalungsblech darf übrigens auch darum nicht in die Schweißverbindung einbezogen werden, weil es üblicherweise mit einem eine Korrosion verhindernden Überzug versehen ist, z. B. Verzinkung oder Kunststoff. Diese Überzüge, insbesondere Zink, würden beim Schweißvorgang verdampfen. Der dabei in die Schweißverbindung eindringende Dampf beeinträchtigt dann die das Schweißbad bildende Legierung. Abgesehen davon bildet das Schalungsblech insofern eine Erschwerung des Schweißvorganges, als es notwendigerweise einen Abstand zwischen dem Stahlträger und der Stahlscheibe schafft, der dann von dem Schmelzbad und der daraus entstehenden Schweißverbindung zu überbrücken ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den durch die Schweißverbindung hergestellten Verbund zwischen einem Tragteil, einem Metall-Bauteil und einem bolzenartigen Einschweißteil besonders innig und damit mit höherer Festigkeit zu gestalten.

Erfindungsgemäß geschieht dies dadurch, daß das Einschweißteil aus einem Schaft und einem gegenüber dem Schaftdurchmesser über eine Stufe vergrößerten Kopf besteht, der in die Ausnehmung des am Tragteil anliegenden Bauteils hineinragt und infolge Ausbildung eines Schmelzbades auf dem Tragteil in dieses Schmelzbad derart eindrückbar ist, daß das Schmelzbad benachbart zur Wandung der Aus­ nehmung den äußeren Rand des Kopfes und die Stufe übergreift, wobei das Schmelzbad das Bauteil mindestens im Bereich der dem Tragteil zugewandten Kante der Wandung der Ausnehmung mit dem anliegenden Tragteil direkt ver­ bindet.

Aufgrund der Gestaltung des Einschweißteils aus einem Schaft mit demgegenüber vergrößertem Kopf und der Ausnutzung des über den äußeren Rand des Kopfes hochgedrückten Schmelzbades ergibt sich einerseits eine sichere und vollständige Ausfüllung des Raumes zwischen der Stirnseite des Kopfes und dem Bauteil durch das Schmelzbad, das dabei in das Tragteil, die Wandung der Ausnehmung und das Einschweißteil eindringt und benachbart zur Wandung der Ausnehmung hochsteigt, wobei es andererseits den äußeren Rand des Kopfes und die Stufe übergreift. Hierbei ergibt sich vor allem eine intensive Schweißverbindung im Bereich der dem Tragteil zugewandten Kante der Wandung der Ausnehmung und dem am Bauteil anliegenden Tragteil und - ähnlich einer Vernietung - ein Umgreifen des Kopfes im Bereich der Stufe, so daß sowohl das direkt auf dem Tragteil anliegende Bauteil an der kritischen Stelle der dem Tragteil zugewandten Kante der Wandung der Ausnehmung sicher verschweißt wird und andererseits das Einschweißteil durch das die Stufe übergreifende Schmelzbad ständig an das Tragteil herangezogen wird, wobei das Einschweißteil die über das Schmelzbad mit ihm verbundenen Wan­ dungsteile der Ausnehmung gegen das Tragteil drückt.

Ergänzend sei noch auf folgenden Stand der Technik hingewiesen:
In der DE-OS 31 49 513 wird ein Verfahren zur Befestigung von Platten auf Blechen aus Aluminium beschrieben, bei dem die Platten im Sinne des vorstehend genannten Metall-Bauteils mit einem Loch versehen sind, in das ein Aluminiumbol­ zen als Elektrode für einen Lichtbogen-Schweißvorgang eingesetzt wird. Der Bolzen soll dabei nur mit seiner Stirnseite mit dem Blech (im Sinne des vorstehenden Tragteils) verbunden werden, da die an dem Blech zu befestigende Platte auf der dem Blech zugewandten Seite mit einer Einsenkung versehen ist, die während des Schweißvorganges herausspritzendes Metall aufnimmt und damit verhindert, daß dieses Metall zwischen Platte und Blech gelangt. Die Befestigung der Platte am Blech erfolgt durch den Aluminiumbolzen, der pilzartig ausgebildet ist und mit seinem an seiner Unterseite schwach konisch ausgebildeten Kopf auf die Platte drückt. Die dabei auftretenden Zugkräfte werden dann allein von der Verschwei­ ßung an der Stirnseite des Bolzens aufgefangen, da eine umfassende Verschwei­ ßung, die auch die Platte einbezieht, bei dem Verfahren nicht beabsichtigt ist. Der bei der oben beschriebenen Erfindung herausragende Gedanke der Einbeziehung der Wandung der Ausnehmung in die Verschweißung und vor allem das Über­ greifen des Schmelzbades über die Stufe fehlt also bei der sich mit dem bekannten Verfahren ergebenden Gestaltung völlig.

Bei einem aus der DE-PS 3 08 11 820 bekannten Verfahren zum Anschweißen von Bolzen an einen Träger mit zwischengeschaltetem verzinkten Blech unter Anwen­ dung des Bolzenschweißverfahrens wird so vorgegangen, daß das in dem Blech notwendige Loch für die Durchführung des Bolzens und sein Verschweißen mit dem Träger mittels Durchbrennen des Bleches während des Brennens des für das Schweißen notwendigen Lichtbogens erfolgt. Dieses Brennen des Lichtbogens während des Durchbrennens des Bleches wird so eingestellt, daß dabei entstehende Zinkdämpfe vor dem Einsetzen des eigentlichen Schweißstroms für die Verbindung von Bolzen und Träger bereits entfernt sind.

Schließlich sei noch auf die GB-PS 10 00 577 verwiesen, in der ein Schweißbolzen offenbart ist, der aus einem Schaft und demgegenüber erweiterten Kopf besteht, dessen Stirnseite die Schweißstelle bildet. Die Stirnseite kann konisch oder gewölbt ausgebildet sein. Im Falle der Ausbildung mit einem erweiterten Kopf geht die Wölbung über eine scharfe Kante in einen sich in Richtung zum Schaft verjüngen­ den Konus über, an den sich dann der zylindrische Schaft anschließt. Darüber hinaus ist dieser Druckschrift hinsichtlich der Verwendung dieses Schweißbolzens nichts zu entnehmen.

In den Figuren ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Es zeigen:

Fig. 1 die Zusammenstellung von Träger, Metall-Bauteil und Einschweiß­ teil in der Position der Kontaktgabe zwischen Träger und Ein­ schweißteil;

Fig. 2 die gleiche Anordnung mit gegenüber dem Tragteil abgehobenen Einschweißteil und ausgebildetem Lichtbogen;

Fig. 3 die gleiche Anordnung mit erstarrtem Schmelzbad;

Fig. 4 eine perspektivische Ansicht zweier miteinander verschweißter Bleche und dem aus dem oberen Blech herausragenden Ein­ schweißteil.

Fig. 1 zeigt das aus einem Metall-Blechstück ausgebildete Tragteil 1, auf das das Metall-Bauteil 2 direkt aufgelegt ist, das z. B. von einem Blechstreifen gebildet sein kann. Das Metall-Bauteil 2 ist mit der Ausnehmung 3 versehen, im einfach­ sten Fall eine runde Bohrung, in die das Einschweißteil 4 eingesetzt ist. Das Einschweißteil 4 wird von einem Schweißwerkzeug gehalten, von dem hier nur die Haltebacken 5 und 6 schematisch angedeutet sind. Da es sich bei dem in diesem Zusammenhang verwendeten Lichtbogen-Schweißvorgang um ein bekanntes Ver­ fahren handelt, sei auf bekannte Schweißwerkzeuge verwiesen, die mit entsprechen­ den Spannbacken versehen sind.

Das Einschweißteil 4 besitzt den Schaft 7, der vorzugsweise zylindrisch ausgebildet ist. Der Schaft 7 geht über den Konus 8 in den Rand 9 über, der ebenfalls vorzugsweise zylindrisch ausgebildet ist. An den Rand 9 schließt sich die ballig geformte Wölbung 10 an. Konus 8, Rand 9 und Wölbung 10 bilden damit einen Kopf 11, dessen durch den Rand 9 gegebener äußerer Durchmesser größer ist als der Durchmesser des Schaftes 7. Der Durchmesser des Kopfes 11 ist kleiner als die Öffnung der Ausnehmung 3, so daß der Kopf 11 im wesentlichen berührungs­ frei gegenüber dem Bauteil 2 in der Ausnehmung 3 gehalten ist. Der Konus 8 bildet dabei die oben erwähnte Stufe, die auch als radiale Fläche ausgebildet sein kann. Im Schaft 7 ist eine Bohrung 16 vorgesehen, die zur Aufnahme irgendwel­ cher Teile dienen kann.

Durch die Haltebacken 5 und 6 wird das Einschweißteil 4 gegen das Tragteil 1 gedrückt. Das Tragteil 1 bildet dabei die eine und das Einschweißteil 4 die andere Elektrode für eine zur Zündung eines Schweißlichtbogens dienende Spannung, die in bekannter Weise an das nicht dargestellte Schweißwerkzeug und das Tragteil 1 angelegt ist. Der Schweißlichtbogen wird sodann in bekannter Weise durch Ab­ heben des Einschweißteils 4 vom Tragteil 1 gezogen.

In der Fig. 2 ist die gleiche Anordnung bei gezogenem Lichtbogen dargestellt, der hier durch die strahlenförmig zur Wölbung 10 verlaufenden punktiert gezeich­ neten Linien 12 angedeutet ist. Wegen des aus der Fig. 1 ersichtlichen Kontaktes in der Mitte der Wölbung 10 ergibt sich die Zündung des Schweißlichtbogens zunächst an dieser Stelle, die auch nach Abheben des Einschweißteils 4 vom Tragteil 1 den kürzesten Weg für den Lichtbogen bildet, so daß dieser im Bereich des vordersten Teils der Wölbung 10 gegenüber dem Tragteil 1 dieses zum Auf­ schmelzen bringt. Aufgrund der in bekannter Weise folgenden anschließenden Erhöhung des Schweißstroms erfaßt der Lichtbogen auch die äußeren Bereiche der Wölbung 10 und gelangt schließlich in den Bereich der oberen Kante 13 der Ausnehmung 3, so daß sich ein Schmelzbad ergibt, das die gesamte der Wölbung 10 gegenüberliegende Oberfläche des Tragteils 1, die Wölbung 10 und die Wan­ dung der Ausnehmung 3 umfaßt. Anstelle der Wölbung 10 kann auch ein flacher Konus vorgesehen sein.

Im Verlauf des Wiederheranführens des Einschweißteils 4 an das Tragteil 1 taucht das Einschweißteil 4 mit seiner Wölbung 10 in das Schmelzbad ein und verdrängt dabei die Schmelze, die, wie in Fig. 3 dargestellt, zwischen dem Rand 9 und der Wandung der Ausnehmung 3 hochsteigt und schließlich den Rand 9 und den Konus 8 unter Ausbildung des Wulstes 14 übergreift. In den Vorgang des Auf­ schmelzens und der Ausbildung des Schmelzbades wird vor allem auch die Kante 15 der Wandung der Ausnehmung 3 einbezogen, die an dem Tragteil 1 anliegt, so daß sich an dieser für die feste Verbindung besonders wichtigen Stelle ebenfalls das Schmelzbad ausbildet, das somit in das Tragteil 1, das Bauteil 2 und das Einschweißteil 4 eindringt, so daß sich eine innige Verbindung zwischen diesen Teilen ergibt, die durch den Wulst 14 noch besonders verstärkt wird, der gewisser­ maßen wie eine Vernietung den Kopf 11 des Einschweißteils 4 gegen das Bauteil 1 drückt.

In der Fig. 4 ist die Schweißverbindung des Tragteils 1 mit dem Bauteil 2 in perspektivischer Sicht dargestellt. Aus dem Bauteil 2 ragt das Einschweißteil 4 heraus, um das herum der durch das hochgestiegene Schmelzbad gebildete Wulst 14 verläuft und das Einschweißteil 4 zusätzlich umklammert.

Bei dem Tragteil und dem Metall-Bauteil kann es sich um Metallbleche oder dergleichen handeln. Es ist auch möglich, das Metall-Bauteil als stärkeres Kon­ struktionsteil auszubilden, das dann lediglich mit der oben beschriebenen Aus­ nehmung zu versehen ist, in die der Kopf des Einschweißteils hineinragen muß. Die beschriebene Lichtbogen-Schweißverbindung eignet sich insbesondere auch für das Verschweißen von aus Aluminium bestehenden Teilen, bei denen eine Ver­ schweißung bekanntlich schwierig ist. Insbesondere lassen sich Aluminiumbleche durch das bekannte Punktschweißen nur unter Schwierigkeiten miteinander ver­ binden, da hierbei die auf den Aluminiumblechen vorhandene Oxydhaut durch­ brochen werden muß. Abgesehen davon ist beim Punktschweißen zu beachten, daß die dabei auf die Bleche aufgesetzten Elektroden relativ schnell verschmutzen und daher ständig gereinigt werden müssen. Bei der erfindungsgemäßen Lichtbo­ gen-Schweißverbindung liegen dagegen ständig neue Elektroden vor, nämlich einerseits in Form des Tragteils und andererseits in Form des Einschweißteils.

Claims (9)

1. Lichtbogenschweißverbindung von einem Tragteil (1) als die eine Elektrode und einem Metall-Bauteil (2) mit einer durchgehenden Ausnehmung, in die ein bolzenartiges Einschweißteil (4) als die andere Elektrode eingeführt ist, das durch die Lichtbogenschweißung mit dem Tragteil (1) und dem Bauteil (2) fest verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Einschweißteil (4) aus einem Schaft (7) und einem gegenüber dem Schaftdurchmesser über eine Stufe (8) vergrößerten Kopf (11) besteht, der in die Ausnehmung (3) des am Tragteil (1) anliegenden Bauteils (2) hineinragt und infolge Ausbildung eines Schmelz­ bades (14) auf dem Tragteil (1) in dieses Schmelzbad (14) derart eindrückbar ist, daß das Schmelzbad (14) benachbart zur Wandung der Ausnehmung (3) den äußeren Rand des Kopfes (11) und die Stufe (8) übergreift, wobei das Schmelzbad (14) das Bauteil (2) mindestens im Bereich der dem Tragteil (1) zugewandten Kante (15) der Wandung der Ausnehmung (3) mit dem anliegen­ den Tragteil (1) direkt verbindet.

2. Schweißverbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Tragteil (1) aus Metallblech besteht.

3. Schweißverbindung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Einschweißteil (4) aus einem sich mit dem Metall des Tragteils (1) und des Bauteils (2) legierenden Metallteil besteht.

4. Schweißverbindung nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß die den Lichtbogen zündende Stirnseite des Einschweißteils (4) als Konus ausgebildet ist.

5. Schweißverbindung nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß die den Lichtbogen zündende Stirnseite des Einschweißteils als Wölbung (10) ausgebildet ist.

6. Schweißverbindung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Stirnseite mit einer Zündspitze versehen ist.

7. Schweißverbindung nach einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß die Stufe (8) sich konisch verjüngend in den Schaft (7) übergeht.

8. Schweißverbindung nach einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaft (7) zur Befestigung von Anbauteilen dient.

9. Schweißverbindung nach einem der Ansprüche 1-7, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaft (7) mit einer axialen, zum Kopf weisenden nichtdurchgehenden Bohrung (16) versehen ist.