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Verbindung hon Bauteilen zur Herstellung von Bauelementen nach dem
Widerstands-Schweißverfahren Die Erfindung bezweckt die wirtschaftliche Herstellung
einer Verbindung von Bauteilen aus Metallblechen und Profilen untereinander oder
mit Beschlägen zu starren Bauelementen mit Hilfe des Widerstands-Schweißverfahrens,
wobei die Bauteile an der Verbindungsstelle teilweise ineinander einsinken.
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Das Widerstandsschweißen wird bekanntlich bereits unter anderem bei
der Herstellung von Steggittern angewendet, wobei die Bauteile infolge des Schmelzvorganges
etwas ineinander einsinken; jedoch handelt es sich bei den bekannten Verfahren um
eine Einsinkti.efe, die weit geringer ist als die Blechdicke des Bauteils an der
Verbindungsstelle.
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Im Gegensatz hierzu betrifft die Erfindung eine Verbindung. von Bauteilen,
wobei zur Stromkonzentration an den Verbindungsstellen an wenigstens einem der Bauteile,
der vorzugsweise aus Blech besteht, Vorsprünge ausgebildet sind, welche erfindungsgemäß
aus Lappen bestehen, die in die Schweißsichtung abgebogen sind und deren in dieser
Richtung gemessene Höhe die an den Verbindungsstellen vorhandene Dicke der Bauteile-
um
ein Vielfaches übersteigt und die sich mit den Gegenlappen oder
mit Stegen etwa gleicher Dicke des anderen Bauteils unter einem so hohen Anpreßdruck
kreuzen, daß sie während des Schweißvorganges um jeweils mehr als .das Einfache
der Blechdicke ineinander einsinken. Nach weiteren Erfindungsmerkmalen kann die
E.insinktiefe der abgebogenen Lappen ineinander während des Schweißvorganges geringer
als dieLappenhöhe oder gleich derselben bemessen sein. -Die Erfindungerlaubtdie
Herstellung verschiedenartiger Bauelemente durch die starre Verbindung zweier oder
mehrerer Bauteile, von welchen einer abgebogene Blechlappen besitzt, die mit den
Blechlappen oder Stegen des anderen Bauteils ver-. schweißt sind. Weiterhin können
durch eine solche Verbindung Bäuelemente mit Beschlägen versehen sowie raumabschließende
und: tragende Baukörper; wie z. B. Bauplatten aus Metallblechen, hergestellt wenden.
Baukörper, insbesondereSteggitter,können miteinander verbunden, hoch beanspruchte
Stellen verstärkt und die Außenkanten geschützt werden.
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Die Erfindung schlägt auch bestimmte Formen und Abmessungen für Beschläge
und Verbindungen vor, welche an einerodermehrerenKreuzungsstellen die für den Schweiß-
und Einsinkvorgang erforderliche Stromkonzentration bei einem entsprechenden Anpreßdruck
und über eine bestimmbare Einsinkstrecke aufrechterhalten.
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Die Zeichnungen veranschaulichen eineReihe von Ausführungsformen der
erfindungsgemäßen Verbindung, die an Hand der Fig. i bis a6- näher erläutert sind.
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Die Fig. i und 2 zeigen schematisch im Schnitt und Grundriß einen
allgemeinen Fall der erfindungsgemäßen Schweißverbindung. Aus den beiden Blechen
i und, 2 ist je ein Lappen 3 bzw: q. herausgewinkelt. Diese werden in einer Schweißpresse
oder Punktschweißmaschine so aufeinandergestellt, daß sie sich kreuzen und auf einer
Fläche, die dem Quadrat der Lappenstärke entspricht, berühren (Fig. 2). Der vom
Transformator 5 über die Elektroden 6 und 7- gelieferte Strom wird gezwungen, sich
an der Kreuzungsstelle der beiden Lappen auf die gegeberneDurchtrittsfläche einzuschnüren.
Unter einem Strom geeigneter Größe erhitzt sich die Kreuzungsstelle und erweicht,
so daß bei gleichzeitiger Anwendung eines entsprechenden Druckes ein Einsinken der
beiden Lappen ineinander eintritt. Ist die Temperatur ausreichend hoch, so entsteht
bei gleicher Lappenstärke erfahrungsgemäß in der Mitte des Einsinkweges der beiden
Lappen eine Schweißung (Fig. i). Es ist dabei weder erforderlich noch empfehlenswert,
die Schmelztemperatur des Werkstoffes zu überschreiten. -Die Fig. 3 bis 5 zeigen
die Anwendung der Erfindung zur Befestigung von Beschlägen an aus Stegen und Gurtblechen
bestehenden Baukörpern. Bisher mußten solcheBeschläge vor dem Aufbringen der Gurtbleche,
mit dem Steggitter verbunden werden. Die Gurtbleche mußten angemessen große Ausschnitte
für den Durchtritt dieser Beschläge aufweisen. Der Kraftfluß in den Gurtblechen
war dadurch unterbrochen *und deren Verschweißung mit den Stegen erschwert. Nahtschweißrollen
konnte man nur bis auf einen gewissen Abstand heranfahren. Die Erfindung sieht nun
vor, Beschläge 16 mit einer Anzahl Lappen bestimmter Form und Stärke und in auf
das Steggitter des Baukörpers abgestimmten Abständen zu versehen. Werden diese so
auf den aus den Stegen 17 und den Gurtblechen 18 bestehenden Baukörper aufgesetzt,
daß sich die einzelnen Lappen mit je einem Steg kreuzen, so kann mit Hilfe der Erfindung
der Beschlag nach Fertigung des Baukörpers an diesem befestigt wenden. Die Lappen
müssen dabei zunächst die Gürte durchdringen. Dieser Vorgang gelingt nur dann einwandfrei,
wenn, abgesehen von der Wahl des Elele'trodendruckes und der Größe des Schweißstromes,
bestimmte Regeln für die Bemessung der Lappen eingehalten werden. So hat es sich
als notwendig erwiesen, deren Stärke gleich dem i,2fachen bis i,5fachen der Stegstärke
des Baukörpers zu wählen. Die Lappenbreite soll mindestens den 5fachen, höchstens
den iofachen Wert der Lappenstärke aufweisen: Die Lappenhöhe wird zwischen dem 3fachen
Wert der Lapp.enstärke und . dem ifachen der Steghöhe der Stege 17 bemessen. Die
Zahl der Lappen richtet sich nach den zu übertragenden Kräften. Der eine Teil der
Lappen soll in die Längs-, der andere in die Querstege eingeschweißt werden.
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Die Fig. 6 und 7 zeigen ein Erfindungsbeispiel, bei dem ein Winkelhebel
aus den Hebelstücken ig und 2o und aus dem Rohrstück 2i durch die erfindungsgemäße
Schweißung hergestellt wurde.
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Die Schweißung nach der Erfindung wird meist auf Schweißpressen oder
Punktschweißmaschinen mit geradliniger Elektrodenbewegung ausgeübt. Beim Einschweißen
eines Beschlages dringen-alle Lappen gleichzeitig und gleichmäßig in den Baukörper
ein. Im Gegensatz dazu zeigen die Fig. 8 und g das Aufschweißen eines mit Lappen
versehenen Oberflächenbleches 2q- auf einen Steg 25 mit Hilfe einer Nahtschweißmaschine.
Die Elektrodenrolle 26 erfaßt in diesem Fall einen Einschweißlappen nach dem anderen.
Die Stromzufuhr zu den Elektroden ist kontinuierlich.
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Die Fig. io und ix zeigen dieVerbindung stumpf gestoßener Stege
30 und 3i durch einfache Klammern 32.
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Die Verbindung zweier stumpf gestoßener Steggitter, gleichgültig ob
beplankt oder ünbeplankt, mit Hilfe eines Spezialbeschlages zeigen die Fig. i:2
bis 15. Der Verbindungsbeschlag 36 ist mit längs und quer gestellten Lappen versehen,
die sich mit den korrespondierenden Längsstegen 37 bzw. » den Quersten 38 kreuzen.
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Die Fig. 16 zeigt ein dufch Winkelprofile ¢i, 4z und 43 und ein mit
Einschweißlappen versehenes Knotenblech 44 gebildetes Konstruktionsdetail.
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Die Fig. 17 und i8 zeigen die Verbindung von sich nicht kreuzenden,
sondern sich deckenden Stegen durch senkrecht zu diesen angeordnete Verbindungsstücke
46. Indiesem Fall entstehen jeweils zwei in. Serie geschaltete Schweißpunkte. Der
über-'
stehende, gestrichelte Teil der Verbindungsstücke kann während
oder nach der Schweißung entfernt werden.
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Die Erfindung umfaßt auch die Herstellung von raumabschließenden und
tragenden Bauelementen. In den Fig. i9 und 2o ist ein Ausschnitt eines solchen aus
Blechen bestehenden Elements dargestellt. Das Gerippe bildet ein Steggitter 47.
Auf dieses sind die mit den Einschweißlappen 48 versehenen Beplankungsbleche 49
mit Hilfe der erfindungsgemäßen Hochkantschweißung befestigt. Neben der früher angegebenen
Bemessung dieser Lappen ist deren Abstand für die erzielbare Festigkeit wichtig.
Es hat sich bewährt, diesen mindestens gleich dem iofachen Wert der Beplankungsblechstärke
und höchstens gleich dem 3ofachen Wert derselben vorzusehen. Die Fig.2i und 22 zeigen
ein Bauelement, welches nur aus zwei mit Einschweißlappen versehenen Blechen 5o
besteht.
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Es hat sich gezeigt, daß die erfindungsgemäße Schweißung nicht, wie
zu erwarten wäre, auf senkrecht in die Stege eindringende Schweißlappen beschränkt
ist. Es wurden vielmehr Beschläge und Verbindungsstücke mit bestem Erfolg auch schiefwinklig
eingeschweißt. Dies ist sowohl bei untbeplankten wie auch bei beplankten Stegen
möglich. Ein Anwendungsbeispiel ist in der Fig.23 dargestellt. Es handelt sich um
die I-förmige Verbindung von Baukörpern aus Blechen. Das Element 58 (z. B. eine
Außenwand) ist mit dem senkrecht dazu stehenden Plattenkörper (z. B. einer Zwischenwand)
59 mit Hilfe der Verbindungsbeschläge 6o starr und fest verschweißt. Ein solches
Verfahren eignet sich besonders als Baustellenmontage im Hochbau, Schiffbau usw.
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Die Fig. 24, 25 und 26 stellen eine Variante der Verbindung zweier
stumpf gestoßener Stege 70 und 71 mit Hilfe eingeschweißter Klammern 72 dar. Im
Gegensatz zur Lösung gemäß Fig. io und i i sind die Klammern jedoch so ausgebildet,
daß sie nach dem Einschweißen über die Stegkanten nicht hinausragen. Zu diesem Zweck
sind sie mit Längsschlitzen 73 versehen. Eine in der Längsmitte der Klammer 72 zwischen
den Schlitzen 73 vorgesehene stegartige Trennungsleiste kann zum Anheften der Stoßenden
der Stege 70, 71 dienen. Derartig ausgebildete Verbindungsklammern, welche auch
für Stegkreuzungen oder eine Vielzahl von Stegen ausgebildet werden können, sind
von Bedeutung, wenn auf diese nachträglich Beplankungen aufgebracht werden sollen.
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Den verschiedenen Anwendungsformen und Verfahren der Erfindung ist
der eigentliche Vorgang einer Einsink- oder Hochkantschweißung gemeinsam. Dieser
ist gekennzeichnet durch eine Stromeinschnürung an der Kreuzungsstelle, welche im
Gegensatz zur Punkt- oder Duckelschweißung ihre Größe während der Schweißung nicht
ändert. Der Schweißdruck wird vorzugsweise so hoch gewählt, daß die durch dem Schweißstrom
an der Kreuzung entwickelte Temperatur den Schmelzpunkt des Metalls nicht erreicht,
sondern im Bereich der Preßschweißung bleibt. Bezieht man den angewendeten Schweißdruck
auf die ideelle Kreuzungsfläche, also das Quadrat der Steg- bzw. Lappenstärke, so
gelangt man zu ungewöhnlich hohen spezifischen Drücken. Diese liegen oberhalb der
Zerreißfestigkeit und unterhalb der Brinellhärte des betreffenden Werkstoffes. So
wurde für einen Stahl mit 70 kg/mm2 Festigkeit bei _i mm Stegstärke, also
i mm2 ideeller Kreuzungsfläche, ein Druck von ioo kg/mm2 mit Erfolg verwendet. Der
Schweißstrom wird mit Vorteil so bemessen. daß der beim Einsinken verdrängte Werkstoff
eine glatte, rißfreie, nicht aufgeschmolzene Raupe bildet. Wird die Einsi.nktiefe
etwa gleich der 3fachen Lappenstärke bemessen, so entsteht eine versenkte, also
vorzüglich verankerte, aber nicht eingeschlitzte Schweißstelle. Bei größerer Lappenhöhe
und Einsinktiefe wandert die ihrer Größe nach unverändert bleibende Schweißstelle,
in das Innere; hinter ihr bilden sich Schlitze, so als ob die zu verschweißenden
Teile vorher mit solchen versehen worden wären.
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Die Beendigung .des Vorganges kann, wie schon erwähnt, durch Abschalten
des Stromes oder durch mechanische Begrenzung des Einsinkweges erzielt werden. Zur
Stromabschaltung eignen sich wegabhängige Relais und Zeitsteuerungen. Die meahanische
Beendigung des Eins.inkvorganges wird vorteilhaft erzielt, indem man relativ große
Flächen, z. B. an den einzuschweißenden Beschlägen oder an :den Elektroden, zum
Aufsitzen auf Gegenflächen bringt. Dadurch wird nicht nur der Einsinkvorgang beendet,
sondern auch die Stromkonzentration im Schweißpunkt aufgelöst.
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Die Schweißung wird mit normalem 5o-Hz-Netzstrom ausgeführt. Das Verfahren
eignet sich aber auch für Gleichstrom und fürWechselstrom höherer Frequenz. Dagegen
waren Versuche, die Pulsationsschweißung anzuwenden, bisher wenig erfolgreich.
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Eine Sonderwirkung erzielt die erfindungsgemäße Schweißung dadurch,
daß der Werkstoff an der Schweißstelle ungewöhnlich stark verformt und durchgeknetet
wird. Oxydhäute werden dabei zerstört und ausgeschieden, schmelzflüssige Teile werden
aus :der Schweißstelle herausgepreßt. Infolgedessen eignet sich das Verfahren nicht
nur für die zur Widerstandssehweißung gut geeigneten Werkstoffe, sondern beispielsweise
auch für schwer schweißbare Stähle, Aluminium- und Magnesiumlegierungen und sogar
für reines Leitungskupfer.
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Die Schweißung nach der Erfindung stellt ein rationelles Verbindungsverfahren
dar, durch welches auch neue konstruktive Lösungen ermöglicht werden. Sie ist als
reine Preßschweißu&ng mit hohen Wechselfestiäkeitswerten ausführbar; die Verankerung.
der Scbweißung übertrifft darin sogar die -der Punkt-, Buckel- und Nahtschweißung.
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Die Erfindung ist mit Vorteil auf dem Gebiete des Spar- und Leichtbaues
anzuwenden. Besonders zu erwähnen sind der Hochbau (Tore, Türen. Dächer usw.), der
Tiefbau, der Fahrzeugbau und der Schiffbau. Eine Anwendung ergibt sich weiter in
der Beschlagindustrie, der Spielwarenindustrie und der Herstellung von Haus- und
Küchengeräten.
Für die Schweißung von Kupfer und Aluminium ergeben
sieh zusätzliche Einsatzmöglichkeiten in der Elektrotechnik, bei Anwendung des erfindungsgemäßen
Verfahrens. .