DE9216859U1 - Bolzenschweißgerät mit einem Bolzenhalter - Google Patents

Bolzenschweißgerät mit einem Bolzenhalter

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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K9/00Arc welding or cutting
    • B23K9/20Stud welding
    • B23K9/201Stud welding of the extremity of a small piece on a great or large basis
    • B23K9/202Stud welding of the extremity of a small piece on a great or large basis by means of portable equipment, e.g. stud welding gun

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Description

Unser Zeichen/our nef.
P 5322 RW/wa
10. Dezember 1992
Anmelder: Lofink & Schöler oHG
Bolzenschweißgerät mit einem Bolzenhalter
Die Erfindung betrifft ein Bolzenschweißgerät zum Aufschweißen von Bolzen auf ein Werkstück mit einem Bolzenhalter.
Bolzenschweißverfahren sind allgemein bekannt und gehören zur Gruppe des Lichtbogenpreßschweißens. Die Wärme für das Schweißen entsteht durch einen Lichtbogen, der kurzzeitig zwischen den Stoßflächen der zu verbindenden Teile brennt. Die Teile werden durch schlagartiges Stauchen vereinigt. Es gibt drei Arten von Bolzenschweißverfahren, das Nelson-, Cyc Are- und das Graham-Verfahren. Die Verfahren unterscheiden sich in erster Linie in der Ausbildung der Bolzenspitze.
Zum schlagartigen Vereinigen von Bolzen und Werkstück werden spezielle Bolzenschweißgeräte, sogenannte Bolzenschweißpistolen, eingesetzt. Beschrieben sind solche Bolzenschweißpistolen beispielsweise in der DE 39 30 320 Al oder DE 38 13 292 Al. Zum Anvisieren der Stelle, auf welche der Bolzen aufzuschweißen ist,
ISARPATENT»
wird die Bolzenschweißpistole zuerst so auf das Werkstück aufgesetzt, daß die Spitze eines in den Bolzenhalter eingebrachten Schweißbolzens das Werkstück berührt. Hierauf wird dann der Schweißbolzen z.B. mit Hilfe einer elektromagnetischen Anordnung um einen vorgegebenen Hub zurückgezogen. Nach dem Abschalten der elektromagnetischen Anordnung wird dann der Schweißbolzen in Richtung zum Werkstück so beschleunigt, daß durch den von einer Druckfeder erzeugten Druck der durch den Lichtbogen im Werkstück ausgebildeten Schmelze eine innige Verbindung zwischen dem Werkstück und dem Schweißbolzen hergestellt wird.
Solche bekannten Bolzenschweißgeräte weisen im allgemeinen an ihrem vorderen Ende einen speziell ausgebildeten Bolzenhalter auf, in dem eine Kolbenstange eines Schubkolbens geführt wird. Der Bolzenhalter besteht aufgrund der guten mechanischen Federeigenschaften und der für das Bolzenschweißen ausreichenden elektrischen Leitfähigkeit in der Regel aus Beryllium-Kupferverbindungen .
Die Schweißbolzen werden dem Bolzenhalter über eine Bolzenzuführungseinrichtung zugeführt, und zwar so, daß sie vor dem Schubkolben zu liegen kommen. Die Schweißbolzen können dabei über die Bolzenzuführungseinrichtung beispielsweise durch Preßluft eingeführt werden. Der Bolzen gleitet dann im weiteren durch die Schubstange geschoben nach vorne, spreizt Spannelemente im Bolzenhalter und schiebt sich aus dem Bolzenhalter nach vorne hinaus. Dabei liegt ein Bolzenflanschstück mit seinem Schweißansatz lagerichtig immer vorne am Bolzenhalter. Die Schweißbolzen werden bis zu dem Punkt geschoben, an dem das vordere Bolzenflanschstück die Spannelemente, die den Bolzen schnappend festhalten, passiert hat. Schließlich wird der Bolzen über eine Druck- und Bewegungsvorrichtung im Bolzenschweißgerät durch pneumatischen oder unter Federdruck auf das Werkstück getrieben und verschweißt.
Es hat sich herausgestellt, daß sich beim Bolzenschweißen mit solchen bekannten Bolzenschweißgeräten ein toxischer Abrieb an
der Bolzenhalterwandung durch den Bolzenhalter einstellt. Die dabei frei werdenden Abriebpartikel als auch die Partikel, die durch das Verschweißen des Bolzens mit dem Werkstück entstehen, sind in Verbindung mit dem in der Umgebungsluft befindlichen Sauerstoff im hohen Maße toxisch. Untersuchungen haben gezeigt, daß die Gesundheitsschädlichkeit vor allem auf das Freiwerden von Berylliumoxidstaubverbindungen zurückzuführen ist.
Obwohl dieses Problem bereits länger bekannt ist, ist es bis heute nicht gelungen, diese Schadstoffbelastung beim Bolzenschweißen zu beseitigen. Der Grund liegt vor allem darin, daß sich die aus Berylliumverbindungen bestehenden Bolzenhalter durch besonders gute mechanische Federeigenschaften in Verbindung mit guten elektrischen Leitwerten auszeichnen.
Bemühungen andere geeignete Werkstoffe zu finden, die die vorgenannten Nachteile nicht aufweisen und dennoch ausreichende mechanische und elektrische Eigenschaften aufweisen, sind bisher erfolglos geblieben. Insbesondere waren Bolzenhalter mit anderen Materialien nicht für die Bolzenschweißtechnik in automatischen Bolzenschweißsystemen mit Spannfingerbolzenhaltekonstruktionen einsetzbar.
Obwohl Stahl oder dessen Legierung als Bolzenhalterwerkstoff wegen der guten mechanischen Eigenschaft geeignet wäre verwendet zu werden, reichen die elektrischen Leitfähigkeitseigenschaften nicht aus, um ein einwandfreies Verschweißen der Bolzen zu gewährleisten. Durch den verhältnismäßig großen elektrischen Widerstand von Stahl stellt sich nämlich ein größerer Schweißenergieverlust ein, der ein einwandfreies Verschweißen nicht mehr ermöglicht. Darüber hinaus führt der Schweißenergieverlust zur Aufheizung der Bolzenhalterwandung, was eine erhöhte Mate-rialermüdung mit sich bringt. Desweiteren besteht bei der Verwendung von Stahl oder dessen Legierung die Gefahr, daß bei besonders belasteten Stellen des Bolzenhalters eine Sekundärverschweißung oder ein Schmelzen des Materials der Bolzenhalterwandung beim Bolzenschweißen auftritt. Dies kann soweit führen, daß der
Bolzenhalter mit dem Schweißbolzen selber verschmilzt bzw. verschweißt .
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Bolzenschweißgerät mit einem Bolzenhalter so auszubilden, daß beim Verschweißen des Bolzens mit einem Werkstück keine gesundheitsschädlichen Schadstoff belastungen an die Umgebung abgegeben werden.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß der Bolzenhalter zumindest teilweise aus einem berylliumfreien Werkstoff gebildet ist und der Werkstoff so gewählt ist, daß er eine für das Verschweißen ausreichende mechanische Federeigenschaft als auch eine ausreichende elektrische Leitfähigkeit aufweist.
Es hat sich gezeigt, daß als Werkstoff eine berylliumfreie Kupferlegierung verwendet werden kann.
Der Werkstoff kann neben Kupfer mindestens eine der Legierungsbestandteile Blei (Pb), Eisen (Fe), Zink (Zn), Nickel (Ni), Mangan (Mn), Aluminium (Al), Zinn (Sn), Silizium (Si), Antimon (Sb), Wismut(Bi), Chrom (Cr) oder Zirkonium (Zr) aufweisen.
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel weist der zum Großteil aus Kupfer bestehende Bolzenhalter sämtliche vorgenannten Legierungsbestandteile auf.
Als besonders geeignet hat sich herausgestellt, wenn der Werkstoff des Bolzenhalters in etwa folgende Gewichtsteile von Stoffen aufweist: Cu 86,08 %, Pb 0,010 %, Fe 0,24 %, Zn 0,007 %, Ni 10,30 %, Mn 0,08 %, Al 0,008 %, Sn 0,011 %, Si 2,47 %, Sb 0,004 %, Bi 0,001 %, Cr 0,72 % und Zr 0,001 %.
Darüber hinaus sind auch Bolzenhalter aus einem Werkstoff geeignet, wie dieser in US-PS 5 028 391 beschrieben ist. Dieses Material sieht im wesentlichen Kupfer vor, das 9,5 % bis 11,5 % Gewichtsanteile Nickel, 0,5 % bis 2,0 % Gewichtsanteile Chrom und so viele Gewichtsanteile Silizium aufweist, daß sich ein Ver-
hältnis Nickel zu Silizium in einem Bereich von 3,4 bis 4,5 einstellt.
Die Erfindung wird im folgenden beispielshaft anhand einer Ausführung näher erläutert. Die einzige Figur zeigt das vordere Ende einer Bolzenschweißpistole.
Das vordere Ende der Bolzenschweißpistole ist in der Figur mit 1 bezeichnet. In einem nicht dargestellten Zylinder der Bolzenschweißpistole ist ein Schubkolben mit einer daran vorne befestigten Kolbenstange 2 geführt. Die Kolbenstange 2 endet in einem Bolzenhalter 3, der aus Gründen der besseren Auswechselbarkeit zwei - oder mehrteilig ausgebildet sein kann. Der Bolzenhalter 3 ist beispielsweise über eine Überwurfmutter 4 an einem erweiterten zylindrischen Ansatz, einer sogenannten Bolzenhalteraufnahme 5, der Bolzenschweißpistole befestigt.
Diese Bolzenhalteraufnahme 5 verfügt über eine seitliche Einfuhröffnung, an die ein schräg nach oben wegstehendes Bolzeneinführungsrohr 6 zum Einführen der Schweißbolzen angeformt ist. Die Bolzenhalteraufnahme 5 weist an ihrer dem Bolzenhalter 3 abgewandten Seite noch eine Überwurfmutter 7 auf, um die Bolzenhalteraufnahme 5 mit dem nicht dargestellten Zylinder der Bolzenschweißpistole zu verbinden.
Erfindungsgemäß ist der Bolzenhalter 3 vollständig oder zumindest mit denjenigen Teilen, die mit den Schweißbolzen in Reibungskontakt kommen, aus einem berylliumfreien Werkstoff, vorzugsweise einer berilliumfreien Kupferverbindung, ausgebildet. Dazu kann der Bolzenhalter 3 beispielsweise zum Großteil aus Kupfer und mindestens einer der Legierungsbestandteile Blei, Eisen, Zink, Nickel, Mangan, Aluminium, Zinn, Silizium, Beryllium, Chrom oder Zirkon oder aus sämtlichen dieser Legierungsbestandteile bestehen.
Als besonders vorteilhaft hat sich herausgestellt, den Bolzenhalter 3 im in Frage kommenden Bereich wie etwa folgt zu wählen:
86,08 % Kupfer; 0,01 % Blei; 0,24 % Eisen; 0,007 % Zink; 10,3 % Nickel; 0,08 % Mangan; 0,008 % Aluminium; 0,011 % Zinn; 2,47 % Silizium; 0,004 % % Antimon; 0,001 % Wismut; 0,72 % Chrom und 0,001 % Zirkonium.
Es besteht auch die Möglichkeit, als Werkstoff für den Bolzenhalter 3 Kupfer zu wählen, das 9,5 % bis 11,5 % Gewichtsanteile Nickel, 0,5 % bis 2,0 % Gewichtsanteile Chrom und so viele Gewichtsanteile Silizium enthält, daß sich ein Verhältnis Nickel zu Silizium in einen Bereich von 3,4 bis 4,5 ergibt. Ein derartiges Werkstoff ist beispielsweise aus der US-PS 50 28 391 bekannt.
Es hat sich herausgestellt, daß ein derartiger Bolzenhalter entgegen aller bisherigen Erfahrungen gute mechanische Federeigenschaften und gleiche Ergebnisse bezüglich der elektrischen Eigenschaften wie vorbekannte Berylliumkupferverbindungen zeigt. Ein Bolzenschweißgerät mit einem Bolzenhalter gemäß der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, daß die Schadstoffkonzentration von Beryllium- und Berylliumoxidstaubverbindungen, wie diese beim Stand der Technik bekannt sind, nicht mehr auftreten und somit einen wirksamen Beitrag zum Gesundheitsschutz am Arbeitsplatz liefert.

Claims (1)

  1. Bolzenschweißgerät zum Aufschweißen von Bolzen auf ein Werkstück mit einem Bolzenhalter (3),
    dadurch gekennzeichnet,
    daß der Bolzenhalter (3) zumindest teilweise aus einem berylliumfreien Werkstoff gebildet ist, wobei der Werkstoff so gewählt ist, daß er eine für das Verschweißen ausreichende mechanische Federeigenschaft als auch eine ausreichende elektrische Leitfähigkeit aufweist.
    Bolzenschweißgerät nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß der Werkstoff eine berylliumfreie Kupferlegierung ist.
    Bolzenschweißgerät nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß der Werkstoff zum Großteil aus Kupfer (Cu) und mindestens einer der Legierungsbestandteile Blei (Pb), Eisen (Fe), Zink (Zn), Nickel (Ni), Mangan (Mn), Aluminium (Al),
    ISAHPATEnT*
    Zinn (Sn), Silizium (Si), Antimon (Sb), Wismut (Bi), Chrom (Cr) oder Zirkonium (Zr) besteht.
    4. Bolzenschweißgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß der Werkstoff zum Großteil aus Kupfer (Cu) besteht und die Legierungsbestandteile Blei (Pb), Eisen (Fe), Zink (Zn), Nickel (Ni), Mangan (Mn), Aluminium (Al), Zinn (Sn), Silizium (Si), Antimon (Sb), Wismut (Bi), Chrom (Cr) und Zirkonium (Zr) aufweist.
    5. Bolzenschweißgerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,
    daß der Werkstoff in Gewichtsteilen in etwa wie folgt gewählt ist: Cu 86,08 %; Pb 0,010 %; Fe 0,24 %; Zn 0,007 %; Ni 10,30 %; Mn 0,08 %; Al 0,008 %; Sn 0,011 %; Si 2,47 %; Sb 0,004 %; Bi 0,001 %; Cr 0,72 % und Zr 0,001 %.
    6. Bolzenschweißgerät nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß der Werkstoff des Bolzenhalters (3) Kupfer (Cu) ist mit 9,5 % bis 11,5 % Gewichtsteilen Nickel (Ni), 0,5 % bis 2,0 % Gewichtsteilen Chrom (Cr) und so vielen Gewichtsteilen Silizium (Si), daß sich ein Verhältnis Nickel zu Silizium von 3,4 bis 4,5 ergibt.
DE9216859U 1992-12-10 1992-12-10 Bolzenschweißgerät mit einem Bolzenhalter Expired - Lifetime DE9216859U1 (de)

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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE8232180U1 (de) * 1982-11-16 1983-04-21 Widmann GmbH, 8031 Gilching Bolzenhalter für Schweißbolzen
DE3242383C1 (de) * 1982-11-16 1984-01-05 Widmann GmbH, 8031 Gilching Bolzenhalter für Schweißbolzen
DE3302613A1 (de) * 1983-01-27 1984-08-02 OBO Bettermann oHG, 5750 Menden Verfahren zur herstellung einer spannvorrichtung fuer bolzenschweissgeraete
DD297096A5 (de) * 1992-01-02 Spanneinrichtung zum Bolzenschweißen

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