Löt-oder Schweissverbindung von Profilen und Verfahren zu ihrer Herstellung

Abstract

 Bei in einer Ebene aneinanderstoßenden Profilen, insbesondere Hohlprofilen, besonders dünnwandigen Profilen mit komplizierten Querschnittsformen, die an der Verbindungsstelle mit Gehrung aneinanderstoßen und auch Profilen aus Strang-Preß-Materialien die sonst nicht leicht fügetechnisch verbunden werden können, soll zwischen den Stoßflächen der Profile (1, 2) ein flaches Zwischenstück (3) angeordnet sein, welches mit den beiden Profilen (1, 2) fügetechnisch verbunden ist. Dabei besteht das Zwischenstück (3) z. B. aus einem gut schweißbaren Leichtmetall. Zur Erleichterung des Verbindungsvorganges kann bei Hohlprofilen das Zwischenstück mit Vorsprüngen ausgestattet sein, weiche formschlüssig an den Innenseiten der jeweiligen Hohlprofile anliegen. Zur Verbindung der Hohlprofile kann beispielsweise das Wolfram-Inertgas-Verfahren oder ein Schweißverfahren mit magnetisch bewegtem Lichtbogen angewendet werden.

Beschreibung

[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft eine fügetechnische, insbesondere löt- oder schweißtechnische Verbindung von in einer Ebene aneinanderstoßenden Profilen und ist besonders geeignet für dünnwandige Hohlprofile, wie sie für Tür- und Fensterrahmen verwendet werden. Diese Profile haben oft eine komplizierte Querschnittsform und werden in großen Längen nach einem Strang-Preß-Verfahren hergestellt. Mit Gehrung aneinanderstoßende Profile wurden bisher verschraubt, wobei oft kompliziert geformte und daher teuere Verbindungsstücke notwendig waren. Wenn man diese Profile miteinander verschweißen oder verlöten will, müssen insbesondere dünnwandige Profile sorgfältig und mit geringeren Toleranzen gegeneinander ausgerichtet werden, damit zwischen ihnen kein unzulässig großer Spalt entsteht, der mit den üblichen fügetechnischen Verbindungen nicht überbrückt werden kann. Außerdem gibt es zahlreiche Werkstoffe, die für die Herstellung von Profilen sehr geeignet sind, die sich aber fügetechnisch gar nicht oder nur mit erheblichem Aufwand verbinden lassen.

[0002] In den VDI-Nachrichten vom 30.09.77 wird beschrieben, wie Fenster, Türen und Garagentore aus Aluminium unter Verwendung eines Negativ-Profils mit einem Epoxidharz verklebt werden. Die Fertigung dieser Negativ-Profile ist aber besonders bei Eckverbindungen mit einem erheblichen Aufwand verbunden.

[0003] Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist eine fügetechnische Verbindung von in einer Ebene, insbesondere mit Gehrung aneinanderstoßenden Profilen, die sich schnell und wirtschaftlich in großen Serien herstellen läßt und die oben erwähnten Probleme vermeidet.

[0004] Das im ersten Anspruch vorgeschlagene Zwischenstück bietet beiden Profilen eine definierte ebene und glatte Anlagefläche, auf der auch ein grob abgesägtes Profil bei der Montage in die gewünschte Lage verschoben werden kann. Zwischen dem Profil und dem Zwischenstück ist auf dem vollen Umfang eine Fläche vorhanden, die sich fügetechnisch besser verbinden läßt als stumpf aneinanderstoßende Profile. Unvermeidliche Toleranzen beim Profilquerschnitt oder Gehrungswinkel oder solche, die erst durch die Erwärmung beim Schweißen oder Löten entstehen können, führen bei direkt aneinanderstoßenden Profilen sehr leicht zu einer Verschiebung, so daß sich die Profile nicht mehr einwandfrei verbinden lassen, während zwischen Profil und dem Zwischenstück die Fläche geometrisch unverändert bleibt.

[0005] Im zweiten Anspruch wird eine Kombination von Werkstoffen vorgeschlagen, die für die vorliegende Erfindung von besonderem Interesse ist. Ein Profilwerkstoff aus Strang-Preß-Material läßt sich ohne Zusatzwerkstoff aufgrund seiner Rißempfindlichkeit nicht verschweißen. Eine Verschweißung unter Zuführung eines Zusatzwerkstoffes in Form eines Schweißdrahtes würde bei komplizierten Profilformen einen erheblichen Aufwand verursachen. Das Zwischenstück dient hier als Zusatzwerkstoff.

[0006] Im dritten Anspruch werden zwei geeignete Werkstoffe vorgeschlagen.

[0007] Im vierten Anspruch wird eine besondere Anwendung der vorliegenden Erfindung dargestellt. Bei Wohn- und Industriebauten werden seit langem kompliziert geformte Leichtmetallprofile für Tür- und Fensterrahmen mit Gehrung aneinandergestoßen und verschraubt. Dabei werden erhebliche Anforderungen an die spätere Maßhaltigkeit des fertigen Rahmens gestellt, weil diese später mit bereits zugeschnittenen Glasscheiben ausgefüllt werden sollen. Im Kraftfahrzeugbau haben Leichtmetallfensterrahmen erhebliche Vorteile in Bezug auf Gewichtsersparnis und Korrosionsbeständigkeit. Sie konnten aber bisher nicht aus den preisgünstigen Strang-Preß-Profilen hergestellt werden.

[0008] Im fünften Anspruch wird ein an sich bekanntes, aber für die vorliegende Erfindung besonders zweckmäßiges Schweißverfahren vorgeschlagen. Um die Wärmeeinbringung in die dünnwandigen Profile zu verringern, sollte dieses Schweißverfahren in ebenfalls an sich bekannter Weise pulsierend durchgeführt werden.

[0009] Im sechsten.Anspruch wird ein an sich bekanntes, aber für die vorliegende Erfindung besonders zweckmäßiges Lötverfahren vorgeschlagen. Dabei entsteht eine Verbindung, die innerhalb der Fertigungstoleranzen keinen Überstand des Bleches in der Schnittebene aufweist.

[0010] Zur leichteren Fixierung der Profile und des Zwischenstückes ist eine besondere räumliche Form des Zwischenstückes gemäß Anspruch 7 vorgeschlagen. Dazu weist das Zwischenstück aus der Verbindungsebene herausstehende Vorsprünge auf, die in das Innere der beiden Hohlprofile ragen und die Innenseite der Hohlprofile berühren. Diese Ausgestaltung bewirkt einerseits, daß das Zwischenstück nach Aneinandersetzen der Hohlprofile nicht mehr herausrutschen kann, und andererseits gewährleistet es schon eine Fixierung der Hohlprofile in ihrer Lage zueinander, bevor die Verbindung hergestellt ist.

[0011] Der Anspruch 8 sieht in Ausgestaltung dieses Erfindungsgedankens vor, als Zwischenstück ein Blech zu verwenden, welches so umgebördelt ist, daß Vorsprünge formschlüssig in das Innere beider Hohlprofile ragen. Dabei entspricht das Blech in seiner äußeren Form dem äußeren Querschnitt des Profils, während es im Inneren eine Öffnung aufweist, deren Ränder abschnittsweise in die eine oder andere Richtung umgebördelt sind. Ein solches Zwischenstück ist leicht und in einem Arbeitsvorgang herstellbar und bietet doch alle gewünschten Vorteile. Bei geeigneter Umbördelung lassen sich beide Hohlprofile mit Hilfe dieses Zwischenstückes fixieren, ohne daß es aufwendiger Haltevorrichtungen in der Nähe der Verbindungsebene bedarf.

[0012] Im Anspruch 9 wird in alternativer Ausgestaltung der Erfindung vorgeschlagen, ein geprägtes Zwischenstück zu verwenden. Dabei sollen in das Zwischenstück Vorsprünge sowohl in der einen wie auch in der anderen Richtung eingeprägt sein und zwar so, daß durch diese Vorsprünge ebenfalls eine Fixierung der Hohlprofile gewährleistet wird. Dieses geprägte Zwischenstück bietet sich insbesondere dann an, wenn kein Loch in der Mitte des Zwischenstückes vorgesehen werden soll. Die Anordnung der eingeprägten Vorsprünge nach jeder Seite ist so zu wählen, daß beide Hohlprofile in ihrer Lage fixiert werden können. Wenn die Vorsprünge nicht zu groß sind, kann auch eine fügetechnische Verbindung unter einem beliebigen Winkel zwischen den Hohlprofilen hergestellt werden, ohne daß es zu Schwierigkeiten in der Paßgenauigkeit kommt.

[0013] Im zehnten Anspruch wird ein Verfahren zur Herstellung einer solchen fügetechnischen Verbindung beschrieben. Dazu werden zwei in einer Ebene aneinanderstoßende Hohlprofile unter Zuhilfenahme eines Zwischenstückes gemäß den Ansprüchen 1 - 3 fügetechnisch verbunden. Die formschlüssigen in das Innere der beiden Hohlprofile ragenden Vorsprünge des Zwischenstückes erleichtern die exakte Positionierung der beiden Hohlprofile vor und während des Verbindens. Insbesondere ist eine Verschiebung durch thermische Effekte trotz einer möglicherweise weiter entfernt liegenden Halterung nicht mehr zu befürchten.

[0014] Im elften Anspruch wird ein besonderes Verfahren zur Herstellung solcher fügetechnischer Verbindungen beschrieben. Es wird vorgeschlagen, die Verbindung durch ein Schweißverfahren mit magnetisch bewegtem Lichtbogen herzustellen. Dieses an sich bekannte Schweißverfahren erfordert in der Nähe der Verbindungsstelle einen großen apparativen Aufwand, welcher sich umso leichter verwirklichen läßt, je weniger zusätzliche Halterungen für die Hohlprofile in der Nähe der Verbindungsstelle nötig sind. Daher stellt dieses Schweißverfahren in Verbindung mit den wie oben beschrieben geformten Zwischenstücken eine besonders vorteilhalfte Möglichkeit zur Herstellung einer fü^getech- nischen Verbindung dar.

[0015] Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt:

Fig. 1 zeigt schematisch eine fügetechnische Verbindung mit einem geprägten Zwischenstück,

Fig. 2 zeigt einen Querschnitt entsprechend der Linie II-II durch die in der Fig. 1 dargestellten Profile,

Fig. 3 zeigt eine Ansicht des Zwischenstücks aus Fig. 1 aus der Richtung III,

Fig. 4 zeigt die Ansicht des Zwischenstücks aus der Richtung IV.

Fig. 5 zeigt schematisch ein geprägtes Zwischenstück, wobei hier zur Veranschaulichung des Erfindungsgedankens auf die speziellen Querschnitte der Hohlprofile keine Rücksicht genommen wurde,

Fig. 6 zeigt ebenfalls schematisiert ein Zwischenstück mit umgebördelten Innenrändern und

Fig. 7 veranschaulicht, wie die Umbördelung auszuführen ist, wenn Hohlprofile unter einem Winkel von beispielsweise 90⁰ aneinandergefügt werden sollen.

[0016] In Fig. 1 sind die Profile 1 und 2 jeweils unter 45⁰ zu ihrer Längsachse abgeschnitten und an ein Zwischenblech 3 gepreßt, dessen Umriß auf dem gesamten Umfang um etwa 1,5 mm größer ist als der Umriß der Profile in der Gehrungsebene. Bei einem Profilquerschnitt von 40 mm und einer Profilwandstärke von 1,5 - 5 mmm reichen die erwähnten 1,5 mm aus, um alle Toleranzen auszugleichen und werden bei den üblichen Wolfram--Inertgas-Wechselstrom-Schweißverfahren nahezu bis auf den Profilquerschnitt abgeschmolzen, so daß nach dem Schweißen keine oder nur eine geringe Nachbearbeitung der Schweißnaht erforderlich ist.

[0017] Fig. 2 zeigt einen Querschnitt durch die in Fig. 1 dar- _' gestellten Profile und zwar rechtwinklig zur Längsachse des Profils. Das dargestellte Profil ist nur ein schematisches Beispiel; für die in Wirklichkeit oft recht komplizierten Profile können aber fügetechnische Verbindungen mit entsprechend geformten Zwischenstücken ganz analog hergestellt werden.

[0018] Fig. 3 und 4 zeigen ein schematisches Ausführungsbeispiel des Zwischenstückes für die in Fig. 1 dargestellte fügetechnische Verbindung, wobei Fig. 3 die Ansicht von der einen Seite und Fig. 4 die Ansicht von der anderen Seite darstellt.

[0019] Zur Erläuterung ist ein geprägtes Zwischenstück in perspektivischer Darstellung in der Fig. 5 dargestellt. Zur besseren Veranschaulichung des Prinzips der Prägungen nach beiden Seiten des Zwischenstückes wurde auf die speziellen Formen der Hohlprofile keine Rücksicht genommen, sondern ein Zwischenstück für Hohlprofile mit quadratischem Querschnitt gezeichnet. Ein Blech 10 wird durch Prägen mit Vorsprüngen versehen. Dabei sind die Prägungen 11 nach der einen Seite des Bleches erhaben, während die Prägungen 12 nach der anderen Seite erhaben sind. Die Form und der Ort der Prägungen sind so gewählt, daß jedes der beiden zu verbindenden Hohlprofile sich nach Andrücken an das Zwischenstück nicht mehr verschieben läßt.

[0020] In Fig. 6 ist ein anderes Ausführungsbeispiel für ein Zwischenstück 20 dargestellt. Dieses Zwischenstück ist für den Fall besonders geeignet, daß an der Verbindungsstelle der Hohlraum der Hohlprofile nicht unterbrochen werden soll. Das Zwischenstück ist ein Blech, welches in der Mitte eine Öffnung aufweist. Die Ränder der öffnung sind abschnittweise und abwechselnd in die eine oder andere Richtung umgebördelt. Dabei entstehen also Vorsprünge 21, welche in den Innenraum des einen Hohlprofils ragen und Vorsprünge 22, welche in den Innenraum des anderen Hohlprofils stehen. Wie aus der Zeichnung zu erkennen ist, lassen sich auch diese umgebördelten Ränder so gestalten, daß eine gute Fixierung von Zwischenblech und Hohlprofilen gewährleistet wird. Ein solches Zwischenstück ist ohne großen Aufwand herstellbar.

[0021] Fig. 7 zeigt ebenfalls nur schematisch für quadratische Querschnitte von Hohlprofilen ein Zwischenstück 30, welches die Art der Umbördelung veranschaulicht,die zu wählen ist, wenn Hohlprofile unter einem Winkel von beispielsweise 90° verbunden werden sollen. Es sind wiederum Umbörderlungen 31 und 33 nach der einen Seite des Zwischenstückes vorhanden und Umbörderlungen 32 und 34 nach der anderen Seite. Die Anordnung der Umbördelungen ist aber nun so gewählt, daß die Hohlprofile unter einem Winkel von 90° verbunden werden können. Dazu müssen die Vorsprünge 31 und 32 jeweils einen Winkel von 45⁰ zur Verbindungsebene bilden. Die Vorsprünge 33 und 34 bilden weiterhin einen Winkel von 90° zur Verbindungsebene, jedoch ist darauf zu achten, daß sie mit ihren Ecken nicht an die Innenseiten der Hohlprofile stoßen, bevor diese in der richtigen Lage zueinander sind. Aus diesem Grunde wurde eine gegenüber Fig. 6 etwas andere Anordnung der Umbördelungen gewählt, die der Aufgabenstellung gerecht wird.

[0022] Die Ausführungsbeispiele sind natürlich für verschiedene Hohlprofilquerschnitte zu modifizieren, wobei aber die wesentlichen Faktoren, die dabei zu berücksichtigen sind, in den schematischen Zeichnungen veranschaulicht wurden. Zumindest die Ausführungsform eines geprägten Zwischenstückes eignet sich auch für Hohlprofile mit nicht geradlinig begrenztem Querschnitt und bei Verbindung unter beliebigem Winkel. Die Prägungen lassen sich immer so formen und durchführen, daß Zwischenstück und Hohlprofile in der Verbindungsebene fixiert bleiben.

Ansprüche

1. Fügetechnische Verbindung von in einer Ebene aneinanderstoßenden Profilen, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

a) Zwischen zwei aneinanderstoßenden Profilen (1, 2) ist in der Schnittebene ein flaches Zwischenstück (3) angeordnet,

b) dieses Zwischenstück (3) ist mit den beiden Profilen (1, 2) fügetechnisch verbunden.

2. Fügetechnische Verbindung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

a) Die zu verbindenden Profile (1, 2) bestehen aus einem Leichtmetall, insbesondere einem Strang-PreßMaterial,

b) das Zwischenstück (3) besteht aus einem gut schweißbaren Leichtmetall.

3. Verbindung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

a) Die Profile (1, 2) bestehen aus AlMgSi 0,7 oder einem ähnlichen Werkstoff,

b) das Zwischenstück (3) besteht aus AlSi 12 oder einem ähnlichen Werkstoff.

4. Verbindung von Hohlprofilen nach den Ansprüchen 1, 2 oder 3, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

a) Die Verbindung wird angewandt für Tür- oder FensterRahmen aus Leichtmetall.

5. Verbindung nach den Ansprüchen 1, 2, 3 oder 4 mit folgenden Merkmalen :

a) Die Verbindung ist geschweißt nach dem Wolfram-Inertgas-Verfahren ohne zusätzliches Schweißmaterial.

6. Verbindung nach den Ansprüchen 1, 2, 3 oder 4 mit folgenden Merkmalen:

a) Die Verbindung ist gelötet mit einem beidseitig lotplattierten Blech als Zwischenstück (3).

b) Das Blech entspricht in seiner Form dem äußeren Querschnitt des Profils in der Schnittebene.

7. Verbindung nach Anspruch 1, insbesondere für Hohlprofile, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

a) Das Zwischenstück (10) weist aus der Verbindungsebene herausstehende Vorsprünge (11, 12) auf.

b) Die Vorsprünge ragen in das Innere der Hohlprofile.

c) Die Vorsprünge berühren die Innenseiten der Hohlprofile.

8. Verbindung nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

a) Das Zwischenstück ist ein Blech, welches so umgebördelt ist, daß Vorsprünge (21, 22) formschlüssig in das Innere beider verbundenen Hohlprofile ragen.

9. Verbindung nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

a) Das Zwischenstück ist durch Prägen mit Vorsprüngen (11, 12) nach beiden Seiten ausgestattet.

10. Verfahren zur Herstellung einer fügetechnischen Verbindung gemäß einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

a) Zwei in einer Ebene aneinanderstoßende Hohlprofile werden unter Zuhilfenahme eines Zwischenstückes fügetechnisch verbunden.

b) Durch formschlüssige in das Innere der beiden Hohlprofile ragende Vorsprünge (11, 12) des Zwischenstückes werden Hohlprofile und Zwischenstück in die für die Verbindung nötige exakte Konstellation zueinander gebracht und während des Verbindens in dieser gehalten.

11. Verfahren nach Anspruch 10, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

a) Es wird zur Verbindung der Hohlprofile ein Schweißverfahren mit magnetisch bewegtem Lichtbogen verwendet.

Zeichnung