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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zum Reinigen ölverschmutzter Werkstücke, welche
in einem Fügebereich
mittels Schweißen
oder mittels Kleben mit anderen Bauteilen gefügt werden sollen, und eine Vorrichtung
zur Durchführung
dieses Verfahrens.
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Ein
Großteil
der Bleche, die in der Automobilindustrie z.B. als Karosseriebleche
zum Einsatz kommen, werden zunächst
durch ein Preß-
oder Ziehverfahren geformt, bevor sie mit anderen Bauteilen gefügt werden.
Während
des Pressens bzw. Ziehens werden die Bleche mit Ziehöl behandelt,
um eine störungsfreie
Bearbeitung zu gewährleisten;
danach werden sie vielfach mit einem weiteren Ölfilm als Korrosionsschutz
während
des Transportes und der Lagerung versehen. Die Ölschichten auf diesen geölte Blechen
sind – abhängig von
der Raumlage, Temperatur und der Lagerungszeit des jeweiligen Blechs – oftmals
ungleichförmig
und unterscheiden sich von Blech zu Blech. Wenn auf ein solches
geöltes
Blech nun z.B. mittels Bolzenschweißen ein Bolzen aufgeschweißt werden
soll, so wirkt die Ölschicht
als Isolator sehr störend
bei der Erzeugung eines Lichtbogens zwischen Bolzen und Blech. Zwar
kann die Ölschicht
mit Hilfe eines Hilfslichtbogens abgebrannt werden, jedoch muß bei unterschiedlich
dicken Ölschichten
auf unterschiedlichen Blechen der Hilfslichtbogen für jedes
Blech individuell eingestellt werden, was sehr aufwendig ist; insbesondere
bei dünnen
Blechen besteht weiterhin die Gefahr, daß das Blech während des
Ausbrennens des Öls
durch den Hilfslichtbogen durchgebrannt wird. In Vertiefungen mit Ölansammlungen
schließlich
kann das Öl
durch Ausbrennen überhaupt
nicht entfernt werden.
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Um
dennoch das Bolzenschweißen
auf ölverschmierten
Blechen prozeßsicher
gewährleisten zu
können,
wird daher vor dem eigentlichen Schweißvorgang das Öl manuell
bzw. mechanisch entfernt. So ist beispielsweise aus der
DE-OS 16 21 607 ist ein
Verfahren zum Entfetten von Alublech durch mechanisches Entfernen
des Fetts (z.B. durch Bürsten
oder Schleifen) und anschließendes
Aufblasen eines wasserdampfhaltigen Luftstroms bekannt. Diese mechanische
Reinigung stellt einen zusätzlichen,
kostenintensiven Prozeßschritt
dar.
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Die
DE 40 25 663 A1 zeigt
eine Reinigungsvorrichtung mit einem Abstreifreiniger und einer Wischkante,
die mit Hilfe einer Druckfeder gegen das zu reinigende Werkstück gedrückt wird
und dabei überschüssiges Öl aus dem
Fügebereich
wegwischt. Diese Reinigungsvorrichtung versagt jedoch für kompliziert
geformte Fügebereiche
und/oder Fügebereiche
mit Anbauteilen etc., weil die Wischkante dann nur Teile des Fügebereiches überstreicht
bzw. Kollisionen der Wischkante mit Anbauteilen etc. auftreten können.
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Die
DE 41 17 263 A1 offenbart
ein Verfahren zum Laserschweißen
von Werkstücken,
bei dem die Wärme
des Laserstrahls genutzt wird, um den Fügebereich zu erhitzen und dabei
ein Verdampfen der im Fügebereich
anhaftenden Fettanteile zu erreichen. Dieses Verfahren ist jedoch
nicht auf das Bolzenschweißen übertragbar.
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In
der
DE 46 591 C ist
weiterhin ein Verfahren zum Reinigen imprägnierter poröser Werkstücke bekannt,
bei dem die Werkstücke
mit Hilfe eines heißen
Luftstroms abgeblasen werden.
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Der
Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Verfügung zu
stellen, um einen ölverschmutzten
Fügebereich
auf einem Werkstück,
insbesondere auf einem Blech, vor dem Bolzenschweißen oder
dem Kleben schnell, einfach und prozeßsicher zu reinigen zu können. Weiterhin
liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zu schaffen,
mittels derer die Reinigung des Fügebereichs automatisierbar
im gleichen Prozeßschritt
wie das Fügen
erfolgt.
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Die
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die
Merkmale der Verfahrensansprüche
1 und 2 sowie die Vorrichtungsansprüche 4 und 5 gelöst.
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Danach
wird zur Reinigung ein Heißluftgebläse verwendet,
welches fest mit der Fügevorrichtung
verbunden ist. Mittels des Heißluftgebläses wird ein
Strahl angewärmten
Gases auf den Fügebereich des ölverschmutzten
Werkstücks
gerichtet, welcher das Öl
anwärmt
und somit verflüssigt
und aus dem Fügebereich
hinaustreibt. So wird – unabhängig von der
Dicke der Ölschicht – der Fügebereich
schnell und unaufwendig von der Ölverschmutzung
befreit. Wird eine automatische Fügevorrichtung verwendet, so
kann die Regelung des Heißluftgebläses direkt
mit derjenigen der Fügevorrichtung
gekoppelt werden, so daß die
Reinigung des Fügebereiches
und das anschließende
Fügen im
gleichen Prozeßschritt
erfolgen können.
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Wird
als Fügeverfahren
das Bolzenschweißen
verwendet, so wird das Heißluftgebläse so angeordnet,
daß der
Gasstrahl direkt auf den zu bearbeitenden Fügebereich gerichtet ist. Direkt
vor dem Schweißen
wird der Fügebereich
kurzzeitig mittels des Heißluftgebläses behandelt,
wobei das dort vorhandene Öl
aus dem Fügebereich
verdrängt
wird. Dann wird das Heißluftgebläse ausgeschaltet,
um zu vermeiden, daß der
ausgestoßene
Gasstrahl den Lichtbogen beeinflußt. Die vorherige Reinigung
des Fügebereichs
mittels Heißluftgebläse stellt
eine reproduzierbar hochfeste Verbindung zwischen Werkstück und Schweißbolzen
sicher.
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Weiterhin
kann das erfindungsgemäße Verfahren
auch zur Reinigung ölverschmutzter
Werkstücke
vor dem Kleben eingesetzt werden: In diesem Fall wird das Heißluftgebläse so auf
dem Klebekopf einer Klebevorrichtung montiert, daß es in
Vorschubrichtung des Klebekopfes kurz vor der Klebedüse angeordnet
ist, mittels derer eine Klebstoffraupe auf das Blech aufgetragen
werden soll. Wird der Klebekopf nun entlang einer Klebebahn über das
Blech bewegt, so erwärmt
und reinigt das Heißluftgebläse kontinuierlich
den direkt vor der Klebedüse
liegenden Bereich des Werkstücks,
und die Klebstoffraupe kommt auf einen gesäuberten, warmen Fügebereich
zu liegen. Dadurch wird eine gute Haftung der Kleberaupe auf dem
Werkstück
sichergestellt und vermieden, daß die Kleberaupe durch den
auf sie ausgeübten Zug
der Klebedüse
von der Werkstückoberfläche gelöst wird.
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Das
Heißluftgebläse umfaßt zweckmäßigerweise
eine elektrisch betriebene Heizwendel, über die ein zu erwärmender
Gasstrom geleitet wird. Der Gasstrom wird dann mittels einer gerichteten
Düse auf
die Werkstückoberfläche geführt, wobei
die Düse so
geformt ist, daß der
Gasstrom – je
nach Anwendung – in
einem möglichst
großen
oder einem begrenzten Bereich auf das Werkstück trifft. Der Gasstrom kann
unterschiedliche Gase und z.B. auch gasförmige Lösungsmittel umfassen; aus Kosten-
und Umweltschutzgründen
ist es jedoch vorteilhaft – und für die meisten
Anwendungen vollkommen ausreichend – Preßluft zu verwenden. Die Temperatur
des Gasstroms liegt zweckmäßigerweise
zwischen 70°C und
100°C, da
dieser Temperaturbereich einerseits eine Verflüssigung der meisten Zieh- und
Korrosionschutzöle sicherstellt,
andererseits keine zusätzlichen Maßnahmen
zum Temperaturdämmung
der Fügevorrichtungen
gegenüber
dem Heißluftgebläse notwendig
macht.
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Im
folgenden wird die Erfindung anhand einiger in den Zeichnungen dargestellter
Ausführungsbeispiele
näher erläutert; dabei
zeigen:
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1 eine schematische Darstellung
einer Bolzenschweißvorrichtung
mit einem daran befestigten Heißluftgebläse zur Reinigung
eines zu schweißenden
Werkstücks;
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2 eine schematische Darstellung
einer Klebevorrichtung mit einem Heißluftgebläse zur Reinigung eines zu klebenden
Werkstücks.
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1 zeigt als Beispiel einer
Fügevorrichtung 1 eine
Bolzenschweißvorrichtung 1', mit Hilfe derer
ein Bolzen 2 mit einem Werkstück 3, z.B. einem verzinkten
Blech 4, verschweißt
werden soll. Die Funktionsweise einer solchen Bolzenschweißvorrichtung 1' ist bekannt:
Der Bolzen 2 wird zunächst
vom Blech 4 abgehoben, eine bestimmte Zeitdauer in dieser
abgehobenen Lage gehalten und dann auf das Blech 4 gepreßt. Beim
Abheben des Schweißbolzens vom
Blech 4 wird ein Zündlichtbogen
gezogen, der dann von einem Schweißlichtbogen überlagert
wird, der solange brennt, bis der rückgeführte Bolzen 2 auf dem
Blech 4 aufsitzt und mit diesem verschweißt wird.
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Das
Blech 4 ist als Folge eines vorhergegangenen Tiefziehprozesses
und/oder zum Schutz gegenüber
Korrosion mit einer Ölschicht 5 versehen. Diese Ölschicht 5 hat
in einigen Bereichen auf dem Blech 4 eine sehr geringe
Schichtdicke; in anderen Bereichen, insbesondere im Bereich von
Vertiefungen 6 im Blech 4, ist die Schichtdicke
der Ölschicht 5 dagegen
bedeutend höher
und kann bis zu einigen Zehntel Millimetern betragen. In Abhängigkeit
der Temperatur sowie der Transport- und Lagerungsbedingungen und
-zeiten des Blechs 4 kann die Konsistenz der Ölschicht 5 zwischen
dünnflüssig und
zähfließend variieren;
sie kann auch hochviskos sein und kann weiterhin Verschmutzungen
durch Staub etc. aufweisen.
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Um
prozeßsicher
eine gute Verbindung des Bolzens 2 mit dem Blech 4 während des
Schweißens zu
erreichen, muß das
Blech 4 im Fügebereich 7 (in diesem
Fall dem Schweißbereich 7') frei von Öl sein. Die Ölschicht 5 stellt
nämlich
einen Isolator dar, der – je
nach ihrer Dicke – die
Erzeugung des für
das Bolzenschweißen
notwendigen gleichförmigen
Lichtbogens behindert oder sogar unterdrückt. Zur Entfernung der Ölschicht 5 ist
erfindungsgemäß ein Heißluftgebläse 8 vorgesehen,
welches fest mit der Bolzenschweißvorrichtung 1' verbunden ist
und mit Hilfe dessen die Werkstückoberfläche 9 im
Schweißbereich 7' vor dem Anschweißen des
Bolzens 2 erwärmt
und einem Luftstrom ausgesetzt wird. Das Heißluftgebläse 8 weist einen Lufteinlaß 10 auf,
der mit der Druckluftversorgung der Fabrikhalle verbunden ist und
mittels dessen dem Heißluftgebläse 8 Preßluft unter
einem Druck von 4–5
bar zugeleitet wird; weiterhin weist das Heißluftgebläse 8 eine Düse 11 auf, über die
die erhitzte Luft auf die Werkstückoberfläche 9 im
Schweißbereich 7' geblasen wird. Eine
elektrisch betriebene Heizwendel 12 im Inneren des Heißluftgebläses 8 erwärmt die
durchgeleitete Luft auf die gewünschte
Temperatur.
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Zur
Reinigung ölverschmutzter
Stahlbleche hat die Heißluft
am Ausgang 13 der Düse 12 vorzugsweise
eine Temperatur zwischen 70°C
und 100°C. Um
diese Temperatur zu erreichen, hat die Heizwendel 12 eine
Temperatur von etwa 400°C,
und der Preßluftstrom
wir in einer (in 1 nicht
dargestellten – verschlungenen
Bahn über
die Heizwendel 12 geleitet, so daß ein effektiver Wärmetransfer
von der Heizwendel 12 zum Luftstrom erfolgt.
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Statt
der oben beschriebenen, sehr einfachen Ausführungsform des Heißluftgebläses 8,
welches von extern zugeführte
Druckluft erwärmt,
kann auch ein Hochleistungsfön
verwendet werden, welcher zusätzlich
zu der Heizwendel 12 ein Gebläse aufweist und Umgebungsluft
ansaugt, erwärmt
und auf die Werkstückoberfläche 9 bläst. Weiterhin
kann der Schweißbereich 7' auf dem Blech 4 – neben
der oben beschriebenen Vorbehandlung mit Heißluft – auch mit einen Strom eines
beliebigen anderen angewärmten
Gases behandelt werden. Dieses Gas wird dabei – wie in 1 gestrichelt angedeutet – über eine
Gasleitung der Düse 11 des
Heißluftgebläses 8 stromabwärts der
Heizwendel 12 zugeleitet und zusammen mit der an der Heizwendel
erwärmten
Heißluft
auf die Werkstückoberfläche 9 geblasen.
Alternativ kann das Gas dem Heißluftgebläse 8 durch
den Lufteinlaß 10 zugeführt werden,
wird an der Heizwendel 12 erwärmt und dann über die
Düse 11 auf
den Schweißbereich 7' geleitet. Als
(Zusatz-)Gase werden insbesondere verdampfte Lösungsmittel verwendet, die
zu einer schnelleren Verflüssigung
bzw. Auflösung
der Ölschicht 5 führen. Die
Lösungsmittel
können
dem Heißluftstrom über die
Zuleitung 14 im Bereich des Düse 11 auch in flüssiger Form
zugeführt werden,
werden dort durch die vorbeigeleitete Heißluft verdampft und im Luftstrom
auf die Werkstückoberfläche 9 geleitet.
Die Temperatur und der Druck der aufgetragenen Luft bzw. des aufgetragenen
Gases müssen
dem Verschmutzungszustand der jeweiligen Blechcharge angepaßt sein
und müssen
so hoch sein, daß jedes
Blech 4 der Charge – unabhängig von
der Hartnäckigkeit
seiner Verschmutzung – im
Fügebereich 7 prozeßsicher
von der Ölschicht 5 befreit
werden kann.
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Zur
Bolzenschweißung
eines ölverschmutzten
Blechs 4 wird zunächst
die Bolzenschweißvorrichtung 1' mit dem an
ihr befestigten Heißluftgebläse 8 nah
an den Schweißbereich 7' auf dem Blech 4 herangeführt. Dann
wird mittels des Heißluftgebläses 8 während einer
kurze Zeitdauer – welche
je nach erwarteter Verschmutzungszustand des Blechs 4 zwischen
Bruchteilen einer Sekunde und wenige Sekunden betragen kann – erhitzte
Preßluft
bzw. ein Gas auf den Schweißbereich 7' geblasen. Dadurch
wird die im Schweißbereich 7' befindliche Ölschicht 5 erwärmt, verflüssigt und
durch den Peeßluftstrom
unter Druck aus dem Schweißbereich 7' hinausgedrängt, so
daß der
Schweißbereich 7' nun (weitgehend)
frei von Ölverschmutzungen
ist. Anschließend
wird der Bolzen 2 mittels der Bolzenschweißvorrichtung 1' auf die gereinigte
Blechoberfläche 9 aufgesetzt
und mit dieser verschweißt;
während
dieses Schweißvorgangs
wird die Preßluft-
bzw. Gaszufuhr mittels eines Ventils 15 bzw. 15' abgeschaltet,
um eine Beeinträchtigung
des Zünd-
bzw. Schweißlichtbogens
durch den Luftstrom zu vermeiden.
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Um
dieses sequenzielle An- und Abschalten des Heißluftstroms im Vorfeld des
Schweißvorgangs zu
automatisieren, ist eine Regelvorrichtung 16 für das Heißluftgebläse 8 vorgesehen,
welche direkt an das Regelsystem 17 der Bolzenschweißvorrichtung 1' gekoppelt ist:
Diese Kopplung 18 stellt sicher, daß vor jedem Bolzenschweißvorgang
die Blechoberfläche 9 für eine im
Vorfeld festgelegte Zeit mit Heißluft behandelt wird, woraufhin
der Bolzen 2 aufgeschweißt wird. Dieser kombinierte
Prozeßschritt,
bestehend aus Heißluftblasen
und anschließendem Schweißen, wird
somit jedesmal automatisch durchlaufen, wenn die Bolzenschweißvorrichtung 1' ein Signal
zum Aufschweißen
eines Bolzens 2 erhält.
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2 zeigt die Verwendung eines
Heißluftgebläses 8' zur Reinigung
eines Werkstücks 3 für eine Klebeanwendung.
Die Fügevorrichtung 1 ist
in diesem Fall ein Klebesystem 20, mit Hilfe dessen auf das
Werkstück 3 in
einem Fügebereich 7,
der einer Klebebahn 19 entspricht, eine Klebstoffraupe 21 aufgetragen
wird. Um ein gutes Haften der Klebstoffraupe 21 auf der
Werkstückoberfläche 9 sicherzustellen, muß der Bereich
der Klebebahn 19 sauber und insbesondere frei von ölhaltigen
Verschmutzungen sein. Hierzu wird das Heißluftgebläse 8' eingesetzt, welches an dem Klebesystem 20 befestigt
ist und gemeinsam mit ihm bewegt wird. Die Düse 11' des Heißluftgebläses 8' ist so gegenüber der (in 2 durch einen Pfeil gekennzeichneten)
Vorschubrichtung des Klebesystems 20 ausgerichtet, daß der durch
diese Düse 11' kontinuierlich
abgegebene Heißluftstrom
den in Vorschubrichtung des Klebesystems 20 liegenden Bereich 22 des
Werkstücks 3 wärmt und
das dort vorhandene Öl
bzw. sonstige Verschmutzungen aus dem Bereich 22 verdrängt. Die durch
eine Klebstoffdüse 23 am
Klebesystem 20 abgegebene Klebstoffraupe 21 trifft
somit auf einen saubere, angewärmte
Oberflächenbereich 22,
wodurch eine gute Haftung zwischen Klebstoffraupe 21 und
Oberfläche 9 ermöglicht wird.
Die erhöhte
Temperatur der Oberfläche 9 kann
die Aushärtungseigenschaften
des Klebstoffs beeinflussen; um bei Bedarf diesen Effekt zu kompensieren,
kann durch geeignete Temperaturregelung des Klebstoffsystems 20 die Temperatur
der Klebstoffraupe 21 beim Austritt aus der Klebstoffdüse 11' entsprechend
erniedrigt werden.