CH709176B1 - Verfahren und Schweisseinrichtung zum elektrischen Widerstandsschweissen, mit einem Elektromagneten zur Erzeugung und Regelung der Schweisskraft. - Google Patents

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Schweisseinrichtung (1) zum elektrischen Widerstandsschweissen, wobei zwei Schweisselektroden (14, 16) unter Zwischenlage von zu verschweissenden Bauteilen (20) in einer Schliessrichtung (22) zusammengeführt und mit einer Schweisskraft (F) verpresst und mit einem elektrischen Schweissstrom beaufschlagt werden. Für den Schweissvorgang wird die in Schliessrichtung (22) wirkende Schweisskraft (F) durch einen Elektromagneten (30) erzeugt, welcher zur Erzeugung und Regelung der Schweisskraft (F) unabhängig von dem Schweissstrom (i) angesteuert wird, wobei jeweils ein aktueller Istwert (F Ist ) der Schweisskraft (F) ermittelt und mit einem vorgegebenen Sollwert (F S oll ) verglichen wird, und wobei die Schweisskraft (F) durch geregelte Ansteuerung des Elektromagneten (30) auf den Sollwert (F S oll ) eingeregelt wird.

Description

[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft zunächst gemäss dem Oberbegriff des Anspruchs 1 ein Verfahren zum elektrischen Widerstandsschweissen, wobei zwei Schweisselektroden unter Zwischenlage von zu verschweissenden metallischen Bauteilen in einer Schliessrichtung zusammengeführt und mit einer Schweisskraft verpresst und mit einem elektrischen Schweissstrom beaufschlagt werden, wobei für den Schweissvorgang die in Schliessrichtung wirkende Schweisskraft durch mindestens einen Elektromagneten erzeugt wird.

[0002] Weiterhin betrifft die Erfindung gemäss dem Oberbegriff des Anspruchs 7 auch eine Schweisseinrichtung zum elektrischen Widerstandsschweissen unter Anwendung des erfindungsgemässen Verfahrens, mit zwei Elektrodenhaltern für zwei mit einem elektrischen Schweissstrom beaufschlagbare Schweisselektroden, wobei wenigstens einer der zwei Elektrodenhalter derart bewegbar ist, dass die Schweisselektroden unter Zwischenlage von zu verschweissenden Bauteilen in einer Schliessrichtung zusammenführbar und mit einer Schweisskraft beaufschlagbar sind, wobei zur Erzeugung der Schweisskraft mindestens ein Elektromagnet vorgesehen ist.

[0003] Schweisseinrichtungen zum Widerstandsschweissen im Punkt- oder Buckelschweissverfahren sind allgemein bekannt; sie können als bewegliche Schweisszangen – siehe beispielsweise die Dokumente DE 20 2008 013 883 U1 und DE 20 2008 013 884 U1 – oder als stationäre Schweissmaschinen ausgebildet sein. Zum Verschweissen von zwei Bauteilen, insbesondere Metallblechen, werden zwei gegenüberliegende Schweisselektroden über Elektrodenhalter unter Zwischenlage der Bauteile zusammengeführt, mit einer Schweisskraft, d.h. einer mechanischen Presskraft, und dann mit einem elektrischen Schweissstrom beaufschlagt. Der hohe Schweissstrom fliesst im Kontaktbereich der Elektroden durch die Bauteile, die dadurch aufgeschmolzen und nach einem anschliessenden Abkühlen stoffschlüssig verbunden, folglich miteinander verschweisst werden.

[0004] Solche Schweisseinrichtungen können eine C-Bauform oder eine X-Bauform haben. Bei der C-Bauweise sind die Elektrodenhalter an gegenüberliegenden Enden eines C-förmigen Rahmens gehalten, wobei die eine Elektrode über einen Linearantrieb in gleichachsiger Richtung linear gegen die andere, ortsfeste Elektrode bewegbar ist. Bei der X-Bauweise ist mindestens einer der Elektrodenhalter an einer schwenkbar gelagerten, wippenartigen Schwinge angeordnet, wobei ein Linearantrieb an der Schwinge angreift, um die bewegliche Elektrode gegen die andere Elektrode zu verschwenken.

[0005] Bei vielen bekannten Punkt- und Buckelschweisseinrichtungen erfolgt einerseits die Schliessbewegung der Elektroden bis zu deren Werkstück-Anlage, andererseits aber auch die für den Schweissvorgang erforderliche Schweisskraft-Beaufschlagung über mindestens einen Linearantrieb, der als hydraulischer oder pneumatischer Druckzylinder oder als servoelektrischer Antriebsmotor ausgebildet sein kann. Der Linearantrieb muss daher sowohl für eine möglichst schnelle Schliess- und Öffnungsbewegung der Elektroden, andererseits aber auch für die erforderliche Schweisskraft ausgelegt sein, so dass der Linearantrieb wegen dieser Anforderungen recht aufwändig und folglich teuer ist. Ausserdem sind übliche Linearantriebe hinsichtlich der Schweisskraft-Beaufschlagung in aller Regel sehr träge.

[0006] Es sind daher auch gattungsgemässe Schweisseinrichtungen bekannt, mit denen die Schweisskraft mit einem Elektromagneten erzeugt wird.

[0007] So beschreibt beispielsweise das Dokument US 2 863 985 A eine «Magnetkraft-Schweisseinrichtung», bei der die bewegliche Schweisselektrode einerseits durch einen Aktuator in Form eines Druckzylinders über eine Kolbenstange bewegbar ist, und andererseits ist die Kolbenstange des Druckzylinders auf ihrer der Elektrode gegenüberliegenden Seite zusätzlich mit einem Anker eines Elektromagneten verbunden. Allerdings ist der Elektromagnet elektrisch in Reihe mit den Elektroden geschaltet, so dass der Schweissstrom auch über den Elektromagneten die Schweisskraft erzeugt. Daher ist nachteiligerweise die Schweisskraft stets abhängig vom jeweiligen Schweissstrom. Ausserdem ergibt sich über die Kolbenstange des Druckzylinders für den Magneten ein stark variierender Luftspalt, so dass die Schweisskraft sehr undefiniert ist.

[0008] Auch das Dokument US 2 863 986 beschreibt eine ähnliche «Magnetkraft-Schweisseinrichtung», wobei ein recht spezieller, aus zwei parallelen, sich bei Stromfluss magnetisch auseinanderbewegenden Platten bestehender Elektromagnet, ein so genannter Rückstoss- oder Repulsitionsmagnet (englisch: repulsion magnet), zwischen der beweglichen Elektrode und einem zugehörigen Elektrodenhalter angeordnet ist. Auch hierbei fliesst der Schweissstrom durch diesen Elektromagneten, so dass dann die Platten zur Erzeugung der Schweisskraft auseinandergedrückt werden. Somit ist auch hier die Schweisskraft stets abhängig vom Schweissstrom und daher nicht in allen Fällen optimal.

[0009] Schliesslich ist auch aus dem Dokument FR 2 837 413 A1 eine Schweisseinrichtung mit einem Elektromagnet für die Elektroden-Schliessbewegungen bekannt. Hierbei ist der Elektromagnet für den gesamten Bewegungshub der bewegbaren Elektrode ausgelegt, was zu einer grossen Bauform führt.

[0010] Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, die Erzeugung der Schweisskraft und dadurch insgesamt den Schweissprozess im Interesse einer hohen und konstanten Schweissqualität zu optimieren.

[0011] Erfindungsgemäss wird dies durch ein Verfahren mit den im unabhängigen Anspruch 1 definierten Merkmalen erreicht. Eine entsprechende Schweisseinrichtung ist Gegenstand des Anspruchs 7. Vorteilhafte Ausgestaltungsmerkmale der Erfindung sind in den jeweils abhängigen Ansprüchen sowie auch in der anschliessenden Beschreibung enthalten.

[0012] Erfindungsgemäss ist demnach vorgesehen, dass der Elektromagnet zur Erzeugung und Regelung der Schweisskraft unabhängig von dem Schweissstrom angesteuert wird, wobei jeweils ein aktueller Istwert der Schweisskraft ermittelt und mit einem vorgegebenen Sollwert verglichen wird, und wobei die Schweisskraft durch geregelte Ansteuerung des Elektromagneten auf den Sollwert eingeregelt wird. Mit Vorteil kann es sich um eine derart schnelle Regelung handeln, dass die Schweisskraft für den Schweissvorgang durch eine entsprechend dynamisch geregelte Ansteuerung des Elektromagneten mit einem sich über die Zeit ändernden Kraftprofil erzeugt werden kann. Dieses Kraftprofil kann individuell auf die jeweilige Schweissphase abgestimmt vorgegeben und eingeregelt werden.

[0013] Eine erfindungsgemässe Schweisseinrichtung ist demnach gekennzeichnet durch eine Regelungseinrichtung für die Schweisskraft mit einem Regler, der anhand eines Istwert-Sollwert-Vergleiches den Elektromagneten unabhängig vom Schweissstrom derart ansteuert, dass die Schweisskraft jeweils auf einen vorbestimmten Sollwert einregelbar ist. Dazu ist bevorzugt eine elektronische Ablaufsteuerung für den Schweissvorgang vorgesehen, wobei die Ablaufsteuerung die Bewegungen der Schweisselektroden, die Erzeugung und Regelung der Schweisskraft und davon unabhängig auch die Schweissstrom-Beaufschlagung steuert. Die Ablaufsteuerung ist hinsichtlich des Schweissvorgangs bevorzugt programmierbar, wozu die Ablaufsteuerung Speichermittel zur Vorgabe von bestimmten Parametern für den Schweissvorgang und insbesondere von Kraft-Sollwerten für bestimmte Kraftprofile für die Schweisskraft aufweist.

[0014] Das erfindungsgemässe Merkmal, wonach die Schweisskraft «unabhängig von dem Schweissstrom» erzeugt wird, ist so zu verstehen, dass die Zeitdauer und die Höhe des Schweissstroms keinen Einfluss auf die Schweisskraft haben, vielmehr wird zunächst durch separate Ansteuerung des/jedes Elektromagneten die mechanische Schweisskraft zur Verpressung der Bauteile zwischen den Schweisselektroden erzeugt, und dann erfolgt eine davon separate, unabhängige Ansteuerung zur Beaufschlagung der Elektroden und der Bauteile mit dem Schweissstrom. Somit besteht lediglich eine Abhängigkeit im zeitlichen Ablauf der Ansteuerung für die Schweisskraft und den Schweissstrom, weil der Schweissstrom innerhalb der Zeit fliessen soll, in der die Schweisskraft wirkt.

[0015] In bevorzugter Ausgestaltung weist die Schweisseinrichtung einen zusätzlichen Linearantrieb für Zustellbewegungen des bewegbaren Elektrodenhalters auf. Bei dem Linearantrieb kann es sich um eine pneumatische oder hydraulische Zylinderanordnung oder um einen elektromotorischen Antrieb handeln. Dabei sollte der Linearantrieb für die magnetische Schliesskraft-Erzeugung gegen lineare Bewegungen im Stillstand selbstsperrend ausgebildet und/oder über eine zusätzliche Blockiereinrichtung sperrbar sein, damit die elektromagnetisch erzeugte Schweisskraft effektiv auf die Schweisselektroden wirkt und nicht etwa den Linearantrieb zurückbewegen kann. Vorteilhafterweise muss der Linearantrieb nur für die Schliess- und Öffnungsbewegungen ausgelegt sein, nicht aber für die Erzeugung der Schweisskraft. Daher kann ein relativ einfacher und daher kostengünstiger Linearantrieb eingesetzt werden, der zudem für schnelle Schliess- und Öffnungsbewegungen optimiert sein kann. In Kombination damit kann durch eine entsprechende elektrische Ansteuerung des Elektromagneten durch Vorgabe von bestimmten Parametern die Schweisskraft innerhalb des Schweissprozesses sehr genau gesteuert und geregelt sowie auch programmiert werden. Dadurch kann ein sehr schneller, dynamischer Kraftaufbau mit einem optimierten Kraftprofil erreicht werden. So können im praktischen Einsatz beispielsweise 5 kN innerhalb von nur 20 ms erreicht werden.

[0016] Der Elektromagnet muss in erster Linie für den Kraftaufbau ausgelegt sein. Hierbei ist es vorteilhaft, den Elektromagneten für einen kurzen Weg, und zwar für eine so genannte Elektroden-Nachsetzbewegung auszulegen. Dies bedeutet, dass während des Schweissprozesses beim Aufschmelzen der Bauteile die Elektroden durch die Anpresskraft geringfügig weiter zusammenbewegt werden, um das Anpressen der Bauteile trotz der Aufschmelzung aufrechtzuerhalten. Auch für diese Nachsetzbewegung ist die Verwendung eines Elektromagneten besonders vorteilhaft, da die Nachsetzbewegung – sowie mit Vorteil auch eine elastische, durch die Schweisskraft verursachte Aufbiegung des Maschinengestells bzw. von Schweisszangenarmen – von dem Elektromagneten und seiner Bewegung bewältigt werden kann.

[0017] Erfindungsgemäss kann der Elektromagnet nach Belieben auf der Seite nur einer der beiden Elektroden bzw. Elektrodenhalter angeordnet sein, es ist aber auch möglich, zwei Elektromagnete einzusetzen, jeweils einen auf der Seite jeder der beiden Elektroden. Dies erlaubt eine besonders individuelle Steuerung und Regelung des Kraftaufbaus und des Kraftprofils während des Schweissprozesses, indem die zwei Elektromagnete bei Bedarf auch individuell unterschiedlich angesteuert und geregelt werden können.

[0018] Für die erfindungsgemässe Schweisskraft-Regelung kann die Erfassung des Kraft-Istwertes sensorisch über einen geeigneten Kraftsensor erfolgen, beispielsweise einen Dehnungsmessstreifen oder ein Piezoelement. Grundsätzlich ist aber auch eine sensorlose Erfassung der Kraft-Istwerte möglich durch Auswertung von anderen zur Verfügung stehenden physikalischen Systemgrössen, über die spezifische Kraft-Weg-Kennlinie des Elektromagneten. Da diese Kennlinie in aller Regel temperaturabhängig ist, erfolgt hierbei zusätzlich eine Erfassung und Auswertung der jeweiligen Umgebungstemperatur und der Temperatur der Magnet-Komponenten, wie beispielsweise der Magnetspule und des ferromagnetischen und/oder permanentmagnetischen Materials in Anker und/oder Joch.

[0019] Anhand von einigen in der Zeichnung veranschaulichten, bevorzugten Ausführungsbeispielen soll die Erfindung im Folgenden genauer erläutert werden. Dabei zeigen: <tb>Fig. 1<SEP>eine stark schematische Seitenansicht einer erfindungsgemässen Schweisseinrichtung in einer ersten Ausführungsform zusammen mit einer blockschaltbildartigen Darstellung einer Steuereinrichtung mit einer elektronischen Ablaufsteuerung für den Schweissprozess, <tb>Fig. 2<SEP>eine Teilansicht der wesentlichen Komponenten der Schweisseinrichtung gemäss Fig. 1 mit einer blockschaltbildartigen Darstellung einer Regelungseinrichtung für die Schweisskraft, <tb>Fig. 3<SEP>ein zweites Ausführungsbeispiel der Schweisseinrichtung in einer Darstellung analog zu Fig. 1 , jedoch ohne die Steuereinrichtung, und <tb>Fig. 4<SEP>eine weitere Ausführungsvariante der Schweisseinrichtung in einer Darstellung analog zu Fig. 3 .

[0020] In den verschiedenen Figuren der Zeichnung sind gleiche Teile stets mit den gleichen Bezugszeichen versehen.

[0021] Eine erfindungsgemässe Schweisseinrichtung 1 ist in allen Ausführungsbeispielen gemäss Fig. 1 bis 4 als stationäre Schweissmaschine ausgebildet, die ein etwa C-förmiges Maschinengestell 2 und ein unteres Fussteil 4 zum ortsfesten Aufstellen auf einem Boden aufweist.

[0022] Grundsätzlich kann aber die Schweisseinrichtung 1 auch als im Raum bewegliche Schweisszange, beispielsweise Roboter-Schweisszange, und/oder auch in X-Bauweise – wie eingangs erläutert – ausgebildet sein.

[0023] Das Maschinengestell 2 weist ein erstes, unteres Widerlager 6 und ein gegenüberliegendes zweites, oberes Widerlager 8 auf. An diesen Widerlagern 6, 8 sind zwei Elektrodenhalter 10, 12 für jeweils eine Schweisselektrode 14, 16 angeordnet. Bevorzugt ist mindestens einer der beiden Elektrodenhalter 10, 12, in den dargestellten Beispielen der obere Elektrodenhalter 10, über einen Linearantrieb 18 – insbesondere in Form eines pneumatischen oder hydraulischen Druckzylinders – derart bewegbar, dass die Schweisselektroden 14, 16 einerseits unter Zwischenlage von zu verschweissenden Bauteilen 20 geschlossen werden können, das heisst in einer Schliessrichtung 22 zusammenführbar sind, und andererseits auch in einer umgekehrten Öffnungsrichtung wieder geöffnet, das heisst voneinander wegbewegt werden können. Für einen Schweissprozess werden die Elektroden 14, 16 bei Anlage an den Bauteilen 20 zunächst mit einer mechanischen Schweisskraft F und anschliessend mit einem elektrischen Schweissstrom i beaufschlagt. Dazu sind die Elektrodenhalter 10, 12 über jeweils einen Stromleiter 24 mit einem Schweisstransformator 26 verbunden. Der gesamte Schweissprozess wird von einer in Fig. 1 blockschaltbildartig dargestellten Steuereinrichtung 28 gesteuert.

[0024] Weiterhin ist vorgesehen, dass für den Schweissvorgang die in Schliessrichtung 22 wirkende Schweisskraft F durch mindestens einen Elektromagneten 30 erzeugt wird.

[0025] Wie sich nun weiter aus Fig. 1 ergibt, so weist die Steuereinrichtung 28 eine elektronische Ablaufsteuerung 32 auf, die den gesamten Ablauf des Schweissprozesses steuert, das heisst das Schliessen der Elektroden 14, 16 bis zur Anlage an den Bauteilen 20, die Erzeugung der Schweisskraft F, die Beaufschlagung der Elektroden 14, 16 mit dem Schweissstrom i über den Schweisstransformator 26, eine anschliessende Abkühlzeit des Schweisspunktes sowie schliesslich das Öffnen der Elektroden 14, 16 zur Freigabe der verschweissten Bauteile 20.

[0026] Für diesen Steuerablauf steuert die Ablaufsteuerung 32 zunächst den Linearantrieb 18 insbesondere über eine zugehörige Leistungselektronik 34 an. Sofern der Linearantrieb 18 nicht im Stillstand gegen Bewegungen bereits selbstsperrend ist, wie dies zum Beispiel bei elektrischen Servomotoren der Fall ist, ist dem Linearantrieb 18 eine zusätzliche Blockiereinrichtung 36 zugeordnet, die ebenfalls von der Ablaufsteuerung 32, insbesondere über eine Ansteuerelektronik 38, angesteuert wird. Weiterhin steuert dann die Ablaufsteuerung 32 – bevorzugt wiederum über eine Leistungselektronik 40 – den Elektromagneten 30 zur Erzeugung der Schweisskraft F an. Es folgt dann die Beaufschlagung der Elektroden 14, 16 mit dem Schweissstrom i, indem die Ablaufsteuerung 32 den Schweisstransformator 26 über eine weitere zugehörige Leistungselektronik 42 ansteuert. Schliesslich steuert die Ablaufsteuerung 32 auch eine Ruhe- oder Abkühlzeit und das abschliessende Öffnen der Elektroden 14, 16 über den Linearantrieb 18, gegebenenfalls nach Lösen der Blockiereinrichtung 36.

[0027] In Fig. 2 sind die wesentlichen Komponenten der Schweisseinrichtung 1 zusammen mit einem speziellen Detail der Steuereinrichtung 28 veranschaulicht. Erfindungsgemäss ist demnach eine Regelungseinrichtung 44 für die Schweisskraft F mit einem Regler 46 vorgesehen, der anhand eines Istwert-Sollwert-Vergleiches den Elektromagneten 30 derart ansteuert, dass die Schweisskraft F jeweils auf einen vorbestimmten Sollwert FSolleinregelbar ist. In den dargestellten Ausführungsbeispielen wird jeweils ein Istwert FIstder Schweisskraft F über einen geeigneten Kraftsensor 48 erfasst, wobei dieser Istwert Fistinsbesondere über einen Signalverstärker 50 dem Regler 46 zugeführt wird.

[0028] In den dargestellten Ausführungsbeispielen ist der Kraftsensor 48 zwischen dem unteren Widerlager 6 und dem unteren, stationären Elektrodenhalter 12 angeordnet. Grundsätzlich kann der Kraftsensor 48 aber auch an jeder beliebigen anderen Stelle angeordnet sein, an der die Schweisskraft F als Istwert FIstermittelt werden kann.

[0029] Die Ablaufsteuerung 32 generiert für das jeweils gewünschte Kraftprofil jeweils Sollwerte FSoll, die ebenfalls dem Regler 46 zugeführt werden. Der Regler 46 generiert dann eine entsprechende Stellgrösse FStell, mit der über die Leistungselektronik 40 der Elektromagnet 30 beaufschlagt wird, um die Schliesskraft F zu erzeugen.

[0030] Die erfindungsgemässe Regelung ermöglicht eine Optimierung des zeitlichen Kraftprofils der Schweisskraft F für den jeweiligen Schweissprozess. Dabei ist von besonderem Vorteil, dass die Schweisskraft F unabhängig von dem Schweissstrom i ist.

[0031] Im Folgenden sollen noch einige Ausführungsvarianten erläutert werden.

[0032] Gemäss Fig. 1 und 2 ist der Elektromagnet 30 auf der Seite des einen, über den Linearantrieb 18 bewegbaren Elektrodenhalters 10 angeordnet, und zwar zwischen dem Elektrodenhalter 10 und dem Linearantrieb 18 bzw. der Blockiereinrichtung 36. Bei dieser Ausführung wird der Elektromagnet 30 folglich insgesamt für die Zustellbewegungen des Elektrodenhalters 10 über den Linearantrieb 18 mit bewegt. Alternativ könnte der Elektromagnet 30 auch zwischen dem Linearantrieb 18 und dem Widerlager 8 angeordnet sein, so dass dann der Elektrodenhalter 10 mittelbar über den blockierten Linearantrieb 18 von dem Elektromagneten 30 mit der Schweisskraft F beaufschlagt wird. In beiden Fällen ist demnach der Linearantrieb 18 praktisch in mechanischer Reihenschaltung mit dem Elektromagneten 30 angeordnet.

[0033] Bei der in Fig. 3 dargestellten Ausführung ist der Elektromagnet 30 auf der Seite des anderen, dem über den Linearantrieb 18 bewegbaren Elektrodenhalter 10 gegenüberliegenden Elektrodenhalters 12 zwischen diesem und dem Widerlager 6 angeordnet. Dabei ist der Elektromagnet 30 folglich ebenfalls stationär abgestützt. Hierbei wird der untere Elektrodenhalter 12 mit der Schweisskraft F beaufschlagt.

[0034] Die in Fig. 4 veranschaulichte Ausführungsform kombiniert praktisch beide Varianten gemäss Fig. 1 und 2 einerseits und Fig. 3 andererseits. Dies bedeutet, dass beiden Elektrodenhaltern 10, 12 jeweils ein Elektromagnet 30 zugeordnet ist. Die somit vorgesehenen zwei Elektromagnete 30 sind daher in Fig. 4 mit den Bezugszeichen 30a und 30b gekennzeichnet. Die beiden Elektromagnete 30a, 30b erzeugen zwei gegeneinander wirkende Kräfte, aus denen die Schweisskraft F resultiert. Hierbei entspricht die Anordnung des oberen Elektromagneten 30a der Ausführung gemäss Fig. 1 und 2 , während der untere Elektromagnet 30b der Ausführung gemäss Fig. 3 entspricht. Allerdings kann auch dabei der obere Elektromagnet 30a alternativ zwischen dem Widerlager 8 und dem Linearantrieb 18 angeordnet sein, wie dies zuvor als Alternative zu Fig. 1 und 2 beschrieben wurde.

[0035] In allen Fällen braucht der oder jeder Elektromagnet 30/30a, 30b nur für einen sehr geringen Hub ausgelegt zu sein.

[0036] Weiterhin besteht in allen Fällen der oder jeder Elektromagnet 30 bzw. 30a, 30b aus einem Joch 52 und einem dazu beweglichen Anker 54. Das Joch 52 weist mindestens eine nicht bezeichnete Spule auf, die zur Betätigung des Ankers 54 mit einem elektrischen Strom beaufschlagbar ist. Vorzugsweise ist der jeweilige Elektromagnet 30 bzw. 30a, 30b so orientiert, dass der Anker 54 auf der dem jeweiligen Elektrodenhalter 10 bzw. 12 zugewandten Seite zugeordnet ist, wobei jeweils das Joch 52 auf der gegenüberliegenden, dem jeweiligen Widerlager 6, 8 zugewandten Seite angeordnet ist. Grundsätzlich ist aber auch eine umgekehrte Orientierung des/jedes Elektromagneten 30, 30a, 30b möglich. Der Anker 54 besteht aus einem permanentmagnetischen Material oder als Eisenkern aus einem ferromagnetischen Material. Alternativ kann der/jeder Elektromagnet 30 auch «kinematisch umgekehrt» aufgebaut sein, das heisst, die Spule kann im beweglichen Anker 54 angeordnet sein, und das stehende Joch 52 kann aus einem permanentmagnetischen oder ferromagnetischen Material bestehen. Auch eine Variante mit zwei Spulen, einer feststehenden Spule im Joch 52 und einer mit dem Anker 54 beweglichen Spule, ist möglich.

[0037] Es sei noch erwähnt, dass der oder jeder Elektromagnet 30 für eine Elektroden-Nachsetzbewegung so ausgelegt sein kann, dass der Anker 54 bei elektromagnetischer Ansteuerung einen kurzen Weg, das heisst einen Anker-Hub, von bis zu 5 mm ausführen kann. Für bestimmte Anwendungsfälle, insbesondere für eine Ausführung, bei der der Elektromagnet 30 bzw. 30a zwischen dem Linearantrieb 18 und dem Widerlager 8 angeordnet ist, kann der Bewegungsbereich bzw. Anker-Hub auch bis zu 15 mm betragen.

Claims (17)

1. Verfahren zum elektrischen Widerstandsschweissen, wobei zwei Schweisselektroden (14, 16) unter Zwischenlage von zu verschweissenden Bauteilen (20) in einer Schliessrichtung (22) zusammengeführt und mit einer Schweisskraft (F) verpresst und mit einem elektrischen Schweissstrom (i) beaufschlagt werden, wobei für den Schweissvorgang die in Schliessrichtung (22) wirkende Schweisskraft (F) durch einen Elektromagneten (30; 30a, 30b) erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromagnet (30; 30a, 30b) zur Erzeugung und Regelung der Schweisskraft (F) unabhängig von dem Schweissstrom (i) angesteuert wird, wobei jeweils ein aktueller Istwert (FIst) der Schweisskraft (F) ermittelt und mit einem vorgegebenen Sollwert (FSoll) verglichen wird, und wobei die Schweisskraft (F) durch geregelte Ansteuerung des Elektromagneten (30; 30a, 30b) auf den Sollwert (FSoll) eingeregelt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schweisskraft (F) für den Schweissvorgang durch eine dynamisch geregelte Ansteuerung des Elektromagneten (30; 30a, 30b) mit einem sich über die Zeit ändernden Kraftprofil erzeugt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der jeweilige Istwert (FIst) der Schweisskraft (F) sensorisch mittels eines Kraftsensors (48) erfasst wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der jeweilige Istwert (FIst) der Schweisskraft (F) sensorlos durch Auswertung von anderen zur Verfügung stehenden physikalischen Systemgrössen, über die Kraft-Weg-Kennlinie des Elektromagneten (30; 30a, 30b), erfasst wird, wobei vorzugsweise zusätzlich eine Erfassung und Auswertung der Umgebungstemperatur und/oder der Temperatur des Elektromagneten erfolgt.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine (14) der zwei Schweisselektroden (14, 16) mittels eines Linearantriebs (18) bewegbar ist, wobei der Linearantrieb (18) gegen Bewegungen im Stillstand selbstsperrend ist und/oder für den Schweissvorgang über eine zusätzliche Blockiereinrichtung (36) gegen Bewegungen gesperrt wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Schweisskraft (F) anteilig durch den Elektromagneten (30a) und mindestens einen weiteren, zweiten Elektromagneten (30b) erzeugt wird, wobei vorzugsweise jeder Elektromagnet (30a, 30b) geregelt angesteuert wird.

7. Schweisseinrichtung (1) zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6, mit zwei Elektrodenhaltern (10, 12) für zwei mit einem elektrischen Schweissstrom (i) beaufschlagbaren Schweisselektroden (14, 16), wobei mindestens einer (10) der zwei Elektrodenhalter (10, 12) derart bewegbar ist, dass die Schweisselektroden (14, 16) unter Zwischenlage von zu verschweissenden Bauteilen (20) in einer Schliessrichtung (22) zusammenführbar und mit einer Schweisskraft (F) beaufschlagbar sind, wobei zur Erzeugung der Schweisskraft (F) ein Elektromagnet (30; 30a, 30b) vorgesehen ist, gekennzeichnet durch eine Regelungseinrichtung (44) für die Schweisskraft (F) mit einem Regler (46), der anhand eines Istwert-Sollwert-Vergleiches den Elektromagneten (30; 30a, 30b) unabhängig vom Schweissstrom (i) derart ansteuert, dass die Schweisskraft (F) jeweils auf einen vorbestimmten Sollwert (FSoll) einregelbar ist.

8. Schweisseinrichtung nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch einen Linearantrieb (18) für Zustellbewegungen des bewegbaren Elektrodenhalters (10), wobei der Linearantrieb (18) gegen lineare Bewegungen im Stillstand selbstsperrend ausgebildet und/oder über eine Blockiereinrichtung (36) sperrbar ist.

9. Schweisseinrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromagnet (30) auf der Seite des einen, über den Linearantrieb (18) bewegbaren Elektrodenhalters (10) zwischen diesem und dem Linearantrieb (18) oder zwischen dem Linearantrieb (18) und einem Widerlager (8) angeordnet ist.

10. Schweisseinrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromagnet (30) auf der Seite des anderen, dem über den Linearantrieb (18) bewegbaren Elektrodenhalter (10) gegenüberliegenden Elektrodenhalters (12) zwischen diesem und einem Widerlager (6) angeordnet ist.

11. Schweisseinrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass beiden Elektrodenhaltern (10, 12) jeweils ein Elektromagnet (30a, 30b) zugeordnet ist, wobei die beiden Elektromagneten (30a, 30b) gegeneinanderwirkend die Schweisskraft (F) erzeugen.

12. Schweisseinrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der oder jeder Elektromagnet (30; 30a, 30b) aus einem Joch (52) und einem dazu beweglichen Anker (54) besteht, wobei der Anker (54) beispielsweise auf der dem jeweils zugeordneten Elektrodenhalter (10, 12) zugewandten Seite angeordnet ist.

13. Schweisseinrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 12, gekennzeichnet durch eine Ablaufsteuerung (32) für den Schweissvorgang, wobei die Ablaufsteuerung (32) die Bewegungen der Schweisselektroden (14, 16), die Erzeugung und Regelung der Schweisskraft (F) und davon unabhängig auch die Schweissstrom-Beaufschlagung (i) steuert.

14. Schweisseinrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Ablaufsteuerung (32) Speichermittel zur Vorgabe von vorbestimmten Parametern für den Schweissvorgang und insbesondere von Kraft-Sollwerten (FSoll) für vorbestimmte Kraftprofile für die Schweisskraft (F) aufweist.

15. Schweisseinrichtung nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Ablaufsteuerung (32) den Regler (46) für den Istwert-Sollwert-Vergleich und zur Ausgabe einer Stellgrösse (FStell) zur Ansteuerung des oder jedes Elektromagneten (30; 30a, 30b) – insbesondere mittelbar über eine Leistungselektronik (40) – ansteuert.

16. Schweisseinrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Seite mindestens eines der zwei Elektrodenhalter (10, 12) ein Kraftsensor (48) angeordnet ist, der seine Sensor-Ausgangssignale als Kraft-Istwerte (FIst) an die Ablaufsteuerung (32) ausgibt.

17. Schweisseinrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 15, gekennzeichnet durch die Kraft-Weg-Kennlinie des Elektromagneten als Mittel zur sensorlosen Erfassung der Schweisskraft (F) und zur Ausgabe als Kraft-Istwerte (FIst) an die Ablaufsteuerung (32).