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Verfahren zum Widerstandsschweißen von senkrecht aufeinanderstehenden
Blechen Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zürn Widerstandsschweißen von
T-förmig aufeinanderstoßenden Blechen aus Stahl bzw. aus anderem Werkstoff niedrigerer
elektrischer Leitfähigkeit, insbesondere auf ein Schweißverfahren zum Aufbringen
von verhältnismäßig dünnen Blechen auf Tragelemente.
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Beim Zusammenschweißen von verschiedenartig geformten Metalltragelementen
mit Blechen haben sich Schwierigkeiten ergeben. Beispielsweise ist es bei der Herstellung
von sogenannten »Bienenwabenplatten« aus rostfreiem Stahl notwendig, eine Außenhaut
oder Außenhäute aus rostfreiem Stahl auf einen sogenannten »Bienenwabenkern« aus
rostfreiem Stahl aufzuschweißen, der beispielsweise aus Blechfolien hergestellt
ist, die nur ein Drittel bis ein Achtel der Dicke der Außenhaut haben. Wegen der
größeren Dicke und der größeren von den Schweißelektroden berührten Oberfläche der
Außenhaut wird sie nicht so heiß wie der Bi.enenwabenkern, was eine unbefriedigende
Schweißverbindung zwischen den Teilen ergibt. Wenn dagegen ein genügend starker
Strom verwendet wird, um die Außenhäute auf die notwendige Temperatur zu erhitzen,
kann die Kernfolie leicht abschmelzen und sogar zerstört werden.
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Um diesen Schwierigkeiten zu begegnen, ist schon vorgeschlagen worden,
gleichzeitig mit dem Erhitzen der Außenhaut und des Kernes einen Schmiedevorgang
zu verbinden, um die Außenhäute in die Kernkantern mit der Geschwindigkeit hineinzupressen,
mit der diese durch das Hindurchströmen des Stromes geschmolzen werden. Dadurch
wird das Wegschmelzen des Kernes verhütet, jedoch ist bei einem solchen Arbeitsvorgang
die Verminderung der Gesamtdicke der Doppelplatte sehr groß, außerdem hat er eine
sehr unbefriedigende und schlechte Oberfläche der Doppelplatte- zur Folge.
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`'Weitere Versuche sind gemacht worden, bei. denen zusätzliche Heizvorrichtungen
für die Außenhäute geschaffen wurden, um deren Temperatur möglichst der Temperatur
des Kernes anzunähern, da es sich herausgestellt hat, daß die Schweißung ideal verläuft,
wenn die beiden Teile ungefähr die gleiche Temperatur erreichen. Eine
solche zusätzliche Erhitzung wurde durch einen gleichzeitig mit dem Verlauf
des Schweißstromes durch die Außenhaut dieser aufgeprägten sekundären Stromflüß
erreicht, der von einer Vielzahl von Elektrodenpunkten durch die Haut geschickt
wurde. Jedoch hat keines der- bekannten Verfahren beim Zusammenschweißen der Außenhaut
mit dem Kern vollständig befriedigende Ergebnisse gezeitigt.
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Gemäß der Erfindung werden die vorstehend genannten Nachteile und
Schwierigkeiten beim Widerstandsschweißen von Blechen, etwa aus rostfreiem Stahl,
auf Trägerelemente überwunden. Die Erfindung besteht darin, daß als hochkant stehendes
Blech ein mit einer dünnen Schicht eines gutleitenden Metalls überzogenes Blech
verwendet wird. Wenn z. B. eine Bienenwabendoppelplatte aus rostfreiem Stahl betrachtet
wird, wird das hochleitfähige Material in einer vorteilhaften Weiterbildung der
Erfindung von den Kanten des Bienenwabenkernes entfernt, so daß die Stahlhaut mit
dem Stahlkern aus rostfreiem Stahl in direkter Berührung steht. Bei dieser Anordnung
hat es sich gezeigt, daß bei. Durchlauf des Schweißstromes durch die Doppelplatte
die Kanten des Bienenwabenkernes sicher an der Haut angeschweißt werden, wobei die
Schicht des gutleitenden Metalls für den Schweißstrom einen Strompfad geringen Widerstandes
bildet und dadurch eine Überhitzung bzw. ein unerwünschtes Wegschmelzen der Kernbleche
verhindert. Dadurch entsteht eine Bienenwabendoppelplatte von. außergewöhnlicher
mechanischer Widerstandsfähigkeit. Wenn auch ein besonderes Beispiel ausgewählt
wurde;, um die Erfindung darzulegen und zu erläutern, so können nach der Erfindung
auch unterschiedliche, aber gleichartige Schweißarbeitsgänge durchgeführt wer= den,
bei denen die Merkmale der vorstehendem Erfindung verwendet werden.
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Weitere Vorteile der Erfindung ergehen sich: aus der nachstehenden
Beschreibung eines in der Zeichnung schematisch dargestellten: Ausführungsbeispieles.
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Fig. 1 zeigt eine Draufsicht auf eine Bienenwabendoppelplatte mit
teilweise weggelassener Außenhaut, die nach den Grundsätzen der vorliegenden. Erfindung
geschweißt ist;
Fig. 2 stellt einen Querschnitt durch die in Fig.
1 dargestellte Doppelplatte nach der Linie 2-2, in Richtung der Pfeile gesehen,
dar, wobei die Schweißelektroden und eine Stromquelle angedeutet sind; Fig. 3 ist
ein stark vergrößerter Teilquerschnitt der Berührungsstelle einer der Außenhäute
und des Kernes nach der Linie 3-3 der Fig. 1, in Richtung der Pfeile gesehen; Fig.4
ist schließlich ein Teilschnitt ähnlich der Fig. 3, welche die Berührungsstelle
einer der Außenhäute mit einer abgewandelten Kernform -zeigt.
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Die Erfindung wird nachstehend an Hand der Herstellung von Bienenwabendoppelplatten
aus rostfreiem Stahl beschrieben, wobei jedoch darauf hingewiesen wird, daß die
dargelegten Grundsätze ebenfalls für die Widerstandsschweißung verschiedener anders
gearteter Aufbauten anwendbar sind, bei denen Trägerelemente mit Blechen zusammengeschweißt
werdest müssen. Mit 10 ist ein Kern aus rostfreiem Stahl bezeichnet, der durch Zusammenschweißen
entsprechend geformter länglicher Streifen einer Folie 11 aus rostfreiem Stahl hergestellt
ist, wobei das Zusammenschweißen an den Berührungspunkten 12 erfolgt ist. Der Zellenaufbau
ist bei dem gewählten Darstellungsbeispiel viereckig, es ist jedoch selbstverständlich,
daß auch Zellen jeder anderen beliebigen Formgebung verwendet werden können. Jeder
der Streifen 11 trägt eine dünne Schicht 13 eines hochleitfähigen Materials, das
auf diesen, wie aus Fig. 3 und 4 hervorgeht, angebracht ist. Diese Schicht kann
auf dem Kernmaterial in jeder beliebigen Art angebracht werden, wie etwa durch Plattieren,
Aufwalzen oder durch andere bekannte Verfahren. Die Schicht 13 kann aus hochleitfähigem
Material, wie etwa Kupfer, Silber, Gold, Aluminium oder aus anderem hochleitfähigem
Material, bestehen.
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Die Kanten oder Enden 14 des Kernes 10 sind in Fig. 3 derart dargestellt,
daß gemäß der erwähnten vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung die Schicht des
gutleitenden Metalls an der Berührungsfläche der Kanten entfernt ist. Jedoch kann
das hochleitfähige Material 13 auch auf diesen Kanten stehenbleiben. Andererseits
können die Kanten 14 mit- Hilfe eines Sandstrahlgebläses oder eines anderen Verfahrens
gereinigt werden, wenn das erwünscht ist oder notwendig erscheint. In weiteren Fällen-
mag es sogar wünschenswert sein, die Enden des Kernes 11 so freizulegen, wie in
Fig. 4 gezeigt, so daß das hochleitfähige Material 13 erst in einer gewissen Entfernung
von der Oberfläche, gegen 'die der Kern 11- anliegt, beginnt. Am Kern 10 liegen
auf -beiden Seiten zwei Außenhäute 15 und 16 aus rostfreiem Stahl an-, die zusammen
mit dem Kern 10 eine Bienenwabendoppelplatte aus rostfreiem Stahl bilden. Üblicherweise
sind die Außenhäute 15 und -16 wesentlich dicker als die Kernfolie 11. - -Die Dicke
der Folie 11 ist zur Erhöhung der Klarheit der Darstellung etwas übertrieben dargestellt.
In der Praxis kann die Kernfolie beispielsweise 0,5 mm dick sein, während die Außenhäute-
aus rostfreiem Stahl 3- bis 8mal so dick sein können: Diese Abmessungen werden jedoch
nur als Beispiel gegeben. Die Erfindung ist selbstverständlich- nicht auf diese
Abmessungen begrenzt. -_ --Es wird darauf hingewiesen, daß die hochleitfähige Schicht
13, die auf den Folenstreifen 11. aufgebracht ist, äußerst dünn ist und in der Größenordnung
-von einigen Tausendstel Millimeter liegt. Die Dicke dieser Schicht ist in Fig.
3 und 4 zur besseren- Darstellung übertrieben dargestellt. Die Erfindung ist selbstverständlich
nicht auf die vorstehenden Abmessungen beschränkt, jedoch erscheint ein besonderer
Hinweis auf diese Abmessungsverhältnisse zum besseren Verständnis des hier dargestellten
Erfindungsgedankens notwendig.
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In Fig.3 ist ein stark vergrößerter Querschnitt durch einen der Folienstreifen
11 und die Außenhaut 15 dargestellt. Die dünnen Schichten 13 aus hochleitfähigem
Material auf den Folienstreifen 11 liegen mit ihren Kanten, ebenso wie die Kante
14 des Kerns 10, direkt an der Außenhaut 15 an.
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Nachfolgend wird das zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens
verwendete Gerät beschrieben. Übliche Schweißelektroden 17 und 18 einer Schweißpresse
sind in Fig. 2 dargestellt und in Fig. 1 der Klarheit wegen weggelassen. Sie sind
so angeordnet, daß sie an den oberen und unteren Außenhäuten 15 und 16 anliegen.
Diese Elektroden können von jeglicher beliebigen Art und Größe sein und erstrecken
sich über die gesamte zu schweißende Fläche der Bienenwabendoppelplatte der Fig.
2. Ein Leite- 19, ein Schalter 20 und Leiter 21 verbinden die Elektrode 18 mit einer
Stromquelle 22, während ein Leiter 23 die Elektrode 17 mit der Stromquelle 22 verbindet.
Diese Beschreibung des Schweißstromkreises ist stark vereinfacht, da meistens eine
komplizierte Zeit Steuerung usw. verwendet wird, um die Schweißstromzeiten zu steuern.
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N IN ach Anordnung des Kernes 10, der Außenhäute 15 und 16 und der
Elektroden 17 und 18, wie in Fig. 2 gezeigt, kann- der Schalter 20 eine gewisse
Zeitspanne zum Durchlauf eines starken Schweißstromes zwischen den Elektroden 17
und 18 geschlossen werden. Dieser starke Strom fließt durch die Außenhäute 15 und
16 und den Kern 10. Wenn die Schichten des hochleitfähigen Materials 13 nicht vorhanden
sind, bewirkt die größere Stromdichte in den Folienstreifen 11 infolge ihres kleinen
Oberflächenbereiches, daß. die darin erzeugte I2R-Hitze die in den Außenhäuten 15
und 16 erzeugte Hitze- übersteigt. Diese Tatsache, gekuppelt mit der besseren Hitzeableitung
von den Außenhäuten 15 und 16 durch die Elektroden 17 und 18, bewirkt, daß die Temperatur
des Kernes weit über die der Außenhäute 15 und 16 hinausgeht. Wenn die Stromdichte
dagegen erhöht wird, um die Außenhäute 15 und 16 auf die notwendige Temperatur zu
erhitzen, dann wird der Kern 10 überhitzt und zerstört. -Infolge der Schichten 13
aus hochleitfähigem Material, wie etwa Kupfer, gemäß der vorliegenden Erfindung
auf dem Kern 10 kann eine wesentlich erhöhte Strommenge durch eine Bienenwabendoppelplatte
geleitet werden. Dies ist möglich, weil der niedrige Widerstand der Schichten 13
die 12R-Heizwirkung im Kern 10 vermindert; die hochleitfähigen Schichten 13 führen
den Strom entlang den Streifen 11 und verhüten so eine Überhitzung des Kernes 10.
Die Menge des durch die Bienenwabendoppelplatte zwischen den Elektroden 17 und 18
geführten Stromes kann nunmehr genügend groß gewählt werden, um die Außenhäute 15
und -16 auf eine Temperatur zu erhitzen, die sich der des Kernes 10. nähert. Dies
ist der günstigste Zustand, um die Außenhäute 15 und 16 einwandfrei mit dem Kern
10 zu verschmelzen und dabei eine größtmöglich mechanische Widerstandsfähigkeit
zu erzielen.
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Bei der in Fig. 3 gezeigten Anordnung erzeugt der Berührungswiderstand
zwischen dem Kern 11 und den Außenhäuten 15 und 16- genügende R R-Hitze zum Schweißen.
Wenn das Ende 14 des Kernes freigelegt ist, wie in Fig. 4 gezeigt, dann wird der
verhältnisr
mäßig hohe Widerstand des Kernes zwischen den Blechflächen
15 und 16 und den Schichten 13 mit hoher Leitfähigkeit dem Kontaktwiderstand zuaddiert,
und die sich ergebende I2R-Hitze ergibt eine wirksame Verschweißung. Wenn der gesäuberte
Endteil des Kernes sich nur auf eine kurze Entfernung von der Außenhaut erstreckt,
dann gestattet er, wenn er abgeschmolzen ist, eine direkte Verbindung der Außenhäute
15 und 16 und der hochleitfähigen Schichten 13, wodurch dann die Stromstärke und
die Erhitzung in den Häuten 15 und 16 erhöht wird, wobei das Schmelzen deren inneren
Oberflächen erleichtert wird.
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Es ist klar, daß in der Praxis das Säubern der Enden 14 des Kernes
11 eine Anlage zwischen dem Kern 11 und den Außenhäuten 15 und 16 schaffen kann,
wie in Fig. 3 und 4 gezeigt. Es ist jedoch ebenso klar, daß auch bei anderen Arten
einer Anlage die hochleitfähigen Schichten 13 eine übermäßige Erhitzung und das
Wegbrennen des Kernes 11 ebenso verhindern, während gleichzeitig die Erhitzung der
Außenhäute 15 und 16 infolge der verstärkten Stromdurchlässigkeit des Aufbaues erleichtert
wird. Es hat sich beispielsweise herausgestellt, daß bei der Herstellung einer Bienenwabendoppelplatte
aus rostfreiem Stahl eine 40% festere Schweißverbindung erzielt wird, wenn ein Kern
aus rostfreiem Stahl, der mit Kupfer überzogen ist, an Stelle eines nicht plattierten
Kernes benutzt wird. Mit spezifischen Zahlenangaben ausgedrückt, wird bei Verwendung
der . Schweißmethode nach der Erfindung mit Außenhäuten aus rostfreiem Stahl und
einem kupferplattierten Kern aus rostfreiem Stahl eine Bienenwabendoppelplatte hergestellt,
die eine mechanische Festigkeit von etwa 4900 bis 5600 kg/cm2 aufweist, eine außergewöhnlich
große Schweißfestigkeit auf diesem Gebiet.
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Wenn auch die Prinzipien der Erfindung in Verbindung mit einem Bienenwabendoppelplattenaufbau
aus rostfreiem Stahl erläutert worden sind, bedeutet dies keine Einschränkung dahingehend,
daß diese Prinzipien nicht auch bei anderen Schweißarbeitsgängen anwendbar sind.
Beispielsweise können Stahlrippen, Flansche, Verstärkungsstege und ähnliche Tragelemente
an Häuten mit metallischer Oberfläche durch Widerstandsschweißung unter Anwendung
der Prinzipien der Erfindung angebracht werden. Selbstverständlich kann auch anderes
Material als Stahl verwendet werden, wobei immer nur ausschlaggebend ist, daß der
daran anzubringende Bauteil mit einem verhältnismäßig hochleitfähigen Material überzogen
ist. Außerdem kann das Blech aus porösen, gesinterten Metallen bestehen. Weiterhin
können die an den Blechen anzuschweißenden Teile auch aus anderen Metallen hergestellt
sein als aus dem Metall der Bleche.