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Dokumentenidentifikation DE10134681A1 27.02.2003
Titel Verfahren zum Verbinden von Bauteilen aus kohlestoffhaltigem Stahl
Anmelder Kochendörfer & Kiep Stanz- und Feinstanzwerk GmbH & Co. KG, 78467 Konstanz, DE
Erfinder Görnitz, Siegfried, 78476 Allensbach, DE;
Preiser, Markus, 78467 Konstanz, DE
Vertreter Dr. Weiss, Weiss & Brecht, 78234 Engen
DE-Anmeldedatum 20.07.2001
DE-Aktenzeichen 10134681
Offenlegungstag 27.02.2003
Veröffentlichungstag im Patentblatt 27.02.2003
IPC-Hauptklasse B23K 11/02
IPC-Nebenklasse B23K 11/14   B23K 11/16   
Zusammenfassung Bei einem Verfahren zum Verbinden von Bauteilen aus kohlenstoffhaltigem Stahl sollen die Bauteile durch Widerstandspressschweißen miteinander verbunden werden.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verbinden von Bauteilen aus kohlestoffhaltigem Stahl.

Schmiedbares Eisen mit weniger als 2.1% Kohlenstoff- Gehalt wird als Stahl bezeichnet. Dabei ist das im Hochofen-Prozess gewonnene Roheisen, z. B. Stahleisen (3,5 bis 4% C, bis 1% Si, 2 bis 3.5% Mn, bis 0,1% P, bis 0,005% S) aufgrund der hohen Gehalte an Kohlenstoff, Phosphor und Schwefel sehr spröde und wird deshalb nur zu einem geringen Teil zu mechanisch nicht hoch beanspruchten Gegenständen vergossen. Schweissbar ist Stahl bis auf einen Gehalt von 0,28-0.32% C.

Die Umwandlung von Roheisen zu Stahl erfolgt im wesentlichen durch das sogenannte Sauerstoff-Frischen nach dem Sauerstoff-Blasverfahren sowie im Elektrostahlverfahren. Dabei wird der Kohlenstoff-Gehalt auf das gewünschte Mass herabgesetzt. Dennoch erlaubt der relativ hohe Kohlenstoff-Gehalt kein oder nur ein sehr erschwertes Schweissen. Dies führt dazu, dass in der Vergangenheit Bauteile, insbesondere Getriebeteile, aus kohlenstoffhaltigen Stählen, wie beispielsweise C35, C45 usw. nicht verschweisst sondern entweder vernietet oder formschlüssig mit Stiften oder Schrauben verbunden wurden.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu schaffen, mit welchem kohlestoffhaltige Stähle verbunden werden können.

Zur Lösung dieser Aufgabe führt, dass die Bauteile durch Widerstandspressschweissen mit einander verbunden werden.

Beim Widerstandspressschweissen erzeugt der elektrische Widerstand in der Schweisszone beim Stromdurchgang die zum Schweissen erforderliche Wärme. Die Bindung zwischen den zu verbindenden Bauteilen wird durch Zusammenpressen der Teile erzeugt.

Bevorzugt wird beim vorliegenden Verfahren ein Buckelschweissverfahren mit Mittelfrequenz angewendet. Beim Buckelschweissverfahren werden die beiden flächig aufeinander liegenden Bauteile, von denen eines mit eingedrückten Buckeln bzw. geprägten Warzen versehen ist, oder zwischen denen geformte Einlegestücke angeordnet sind, durch plattenförmige Elektroden aufeinander gedrückt. Der Schweissstrom erwärmt die Teile an den Berührungsstellen auf die Schweisstemperatur dicht unter der Schmelztemperatur. Buckel und Warzen werden durch den Stauchdruck ganz oder teilweise eingeebnet.

In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird durch eine Invertersteuerung die 3-Phasen-Netzspannung gleichgerichtet und zu einer etwa 1000 Hz Wechselspannung umgeformt. Hierdurch entsteht ein Schweissstrom, der sehr schnell und sehr genau (1 Millisekunde) geregelt werden kann.

Ein weiteres wesentliches Augenmerk der vorliegenden Erfindung ist auf die Ausgestaltung der Buckel zu richten. Zumindest einem Bauteil werden Ringbuckel und/oder langgezogene Buckel eingeformt. Diese langgezogenen Buckel können eine Höhe von 1.6 mm haben.

Ein weiterer wichtiger Bestandteil des Verfahrens ist das Vorsehen einer Nachwärmzeit nach dem Schweissvorgang. Durch diese gezielte Nachwärmzeit wird eine Schweissnahtaufhärtung verhindert. Dadurch wird die Abkühlung der Teile im Bereich der Schweissverbindung wesentlich beeinflusst bzw. reduziert.

Ausserdem soll eine Stromanstiegszeit, welche zwischen einer Pausenzeit und der Nachwärmzeit vorgesehen ist, möglichst niedrig gehalten werden.

Durch das verbindungsgemässe Verfahren entsteht eine Schweissverbindung, die bezüglich der Festigkeit den Anforderungen entspricht. Ausführung, Haltbarkeit und Gefügebild sind vergleichbar mit den Schweissnähten von kohlenstoffarmen Werkstoffen. Ausserdem ist es mit diesem Verfahren möglich, die Teile ohne Schweissspritzer zu verschweissen.


Anspruch[de]
  1. 1. Verfahren zum Verbinden von Bauteilen aus kohlestoffhaltigem Stahl, dadurch gekennzeichnet, dass die Bauteile durch Widerstandspressschweissen miteinander verbunden werden.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Buckelschweissverfahren mit Mittelfrequenz angewendet wird.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass durch eine Invertersteuerung die 3- Phasen-Netzspannung gleichgerichtet und zu einer etwa 1000 Hz Wechselspannung umgeformt wird.
  4. 4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest einem Bauteil Ringbuckel und/oder langgezogene Buckel eingeformt werden.
  5. 5. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Bauteile im Bereich der Schweissnaht nach dem Schweissen nachgewärmt werden und dadurch gezielt abgekühlt werden.
  6. 6. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromanstiegszeit durch Regelung niedrig gehalten wird.






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