Beim
Schweißen
tritt das Problem auf, dass Schweißspritzer entstehen. Diese
Schweißspritzer sind
im Wesentlichen Partikel aus geschmolzenem Metall, die Oberflächen, auf
die sie treffen, beschädigen
können.
Selbst wenn sie die Oberflächen,
auf die sie treffen nicht beschädigen,
so lagern sie sich doch darauf ab und stören bei nachfolgenden Arbeitsschritten.
Sie müssen
daher aufwendig entfernt werden, was mit einem unerwünschten,
nicht wertschöpfenden
Arbeitsschritt verbunden ist. Bei diesem Arbeitsschritt besteht
zusätzlich
die Gefahr, dass die bis dahin noch unbeschädigte Oberfläche beschädigt wird.
So sind Metalloberflächen
im Bereich der Fahrzeugindustrie oft mit einer Korrosionsschutzschicht versehen,
die beim Entfernen von Schweißspritzern, z.B.
durch Schleifen, beschädigt
werden kann, wodurch das fertige Produkt u.U. eine korrosionsanfällige Stelle
aufweist.
Das
Problem der Schweißspritzer
ist im Stand der Technik bekannt. So geht beispielsweise aus dem
deutschen Gebrauchsmuster
DE
296 18 437 U1 (Bolzenschweißtechnik Heinz Soyer) eine Bolzenschweißeinrichtung
hervor, die mit einer Spritzerschutzabdeckung ausgestattet ist.
Die Spritzerschutzabdeckung ist so an der Bolzenschweißeinrichtung
angebracht, dass verhindert wird, dass Schweißspritzer vom Schweißpunkt aus
auf umliegende Oberflächen
(Parkett- oder Teppichböden, Möbel usw.)
gelangen und diese schädigen
können (Brandflecken).
Die Spritzerschutzabdeckung besteht dazu aus einem plastisch verformbaren,
einigermaßen
hitzebeständigen
Material und ist faltenbalgartig ausgebildet. Er ist an einem Ende
an dem Gehäuse
der Bolzenschweißeinrichtung
angebracht und kann sich mit seinem freien Ende einem Verlauf einer
Oberfläche
des zu schweißenden
Materials anpassen. Als Material für die Spritzerschutzabdeckung werden
u.a. elastische Kunststoffe, Kautschuk, Gummi und elastische Kunstharze
vorgeschlagen. Die Spritzerschutzabdeckung ist für Schweißvorgänge, bei denen eine Schweißvorrichtung
senkrecht von einer Flachseite her auf eine im Wesentlichen ebene Oberfläche aufgesetzt
wird, gut geeignet. Für Schweißvorgänge allerdings,
bei denen eine Schweißvorrichtung
im Bereich eines Randes beide Seiten eines Metallblechs oder zwei
aneinander grenzende Metallbleche (Falz) umfasst und Schweißpunkte
setzt, ist sie nicht geeignet, da dabei die Spritzerschutzabdeckung
auf die schmale Stirnseite des oder der Metallbleche aufgesetzt
werden müsste
und der Schweißpunkt
nicht vollständig
abgeschirmt werden würde,
sodass erhebliche Teile der Schweißspritzer an der Spritzerschutzabdeckung vorbei
gehen würden.
Auch ist die Vorrichtung nicht geeignet, um verhältnismäßig unzugängliche Schweißstellen
zu erreichen.
Eine
weitere Möglichkeit,
Oberflächen
vor Schweißspritzern
zu schützen
ist in der deutschen Übersetzung
einer europäischen
Patentschrift
DE 696
17 721 T2 (Minnesota Mining and Manufacturing) offenbart.
Dabei wird eine Schutzschicht auf der zu schützenden Oberfläche abnehmbar
aufgebracht und nach dem Schweißvorgang
wieder entfernt. Das Aufbringen der Schutzschicht wird dabei mit
Hilfe eines speziellen druckempfindlichen Klebstoffs bewerkstelligt.
Als geeignetes Material für
die Schutzschicht werden z.B. Papier und Pappe mit einer Dichte
von mehr als 0,20 g/cm
3 genannt, sowie Filme
aus diversen Kunststoffen (z.B. Polyvinylchlorid, Polyethylenterephthalat,
Polyurethan, Polyethylen, Polyvinylfluorid, Celluloseacetat).
Das
Verfahren ist relativ aufwendig, da es mit mehreren Arbeitsschritten
verbunden ist: Anpassen der Schutzschicht an die Form der zu schützenden Oberfläche; sorgfältiges Aufkleben;
Schweißen;
Entfernen der Schutzschicht. Ferner wird verhältnismäßig viel Material verbraucht.
Für eine
Serienproduktion mit automatischen Schweißrobotern ist dieses Verfahren
daher nicht geeignet.
In
vielen Bereichen, wie z.B. der Automobilindustrie, ist es erforderlich,
dass zwei oder mehr Metallbleche entlang ihrer Ränder zusammengeschweißt werden.
Dazu werden im Allgemeinen so genannte Schweißzangen eingesetzt, die die
zusammenzuschweißenden
Metallbleche entlang eines Falzes umfassen. Die Schweißzangen
weisen zwei aufeinander zu gerichtete Elektroden (Pole) zum elektrischen
Schweißen
auf, mit denen die Metallbleche zusammengedrückt und punktgeschweißt werden
können.
Die Schweißzangen
sind oft an einem Roboterarm befestigt, mit Hilfe dessen sie an
die verschiedenen Schweißstellen
geführt
werden können. Reale
Falze weisen in der Regel eine länglich
Ausdehnung auf und werden an mehreren Stellen mit Hilfe von Schweißpunkten
zusammengefügt,
sodass es erforderlich ist, die Schweißzange entlang eines derartigen
Falzes zu führen.
Die Falze können
auch an relativ unzugänglichen
Stellen liegen, sodass es vorteilhaft ist, wenn die Schweißzangen
möglichst
klein gebaut sind.
Beim
Schweißen
derartiger Falze mit Schweißzangen
entstehen ebenfalls Schweißspritzer,
die sich im Wesentlichen auf Bahnen innerhalb eines Kegels (kurz:
Spritzerkegel) bewegen. Der Spritzerkegel ist dabei im Wesentlichen
wie folgt orientiert: Seine Spitze liegt im Bereich des Schweißpunktes;
seine Rotationsachse steht im Wesentlichen senkrecht auf der Stirnseite
des Falzes, in etwa parallel zu den Flachseiten des Falzes. Die
Schweißzange
ist dabei im Allgemeinen so orientiert, dass sie durch den Spritzerkegel
hindurch reicht und auch dessen Rotationsachse schneidet, sodass
sie im Allgemeinen von den Schweißspritzern getroffen wird, diese
aber nicht vollständig
abfangen kann. Daher können
Schweißspritzer
auf in der Nähe
befindliche Oberflächen
gelangen, was mit den oben bereits beschriebenen Nachteilen verbunden
ist. Die Schweißzange
selbst wird daher im Rahmen der vorliegenden Erfindung nicht als
Spritzerschutzabdeckung verstanden.
Eine
Spritzerschutzabdeckung für
die vorstehend erwähnten
Schweißzangen
ist im Stand der Technik bislang unbekannt. Dafür sind mehrere Gründe denkbar.
Zum
einen müssen
die Schweißzangen
im Betrieb, wie oben bereits erwähnt,
sehr viele Bewegungen ausführen
und dabei z.T. auch relativ unzugängliche Stellen erreichen.
Bei einer Spritzerschutzabdeckung analog zu der aus
DE 296 18 437 U1 ist zu
befürchten,
dass sie bei den Bewegungen der Schweißzange stört und die Oberflächen der
zusammenzuschweißenden
Metallbleche zerkratzt oder sonst wie beschädigt. Dadurch würde lediglich
ein Nachteil (Schweißspritzer
auf Oberflächen)
durch einen anderen Nachteil (durch die Spritzerschutzabdeckung
zerkratzte Oberflächen)
ersetzt werden.
Zum
anderen ist das Schweißen
von räumlich
länglich
ausgedehnten Falzen schweißtechnisch sehr
anspruchsvoll, weil Blechlängen,
Blechabstände
und Blechdicken walzwerkabhängig
variieren. Vor dem Hintergrund der
DE 296 18 437 U1 stellt sich die Frage, wie
eine derartige Spritzerschutzabdeckung hier wirkungsvoll eingesetzt
werden kann.
Ferner
ist eine Schweißzange
mechanischen Belastungen ausgesetzt, weil sie, wie oben erwähnt, Druck
auf den Falz ausübt,
um die Metallbleche zusammenzudrücken.
Beim Anbringen eines Spritzerschutzes besteht jedoch die Gefahr,
dass die Schweißzange
dadurch mechanisch geschwächt wird
und schließlich
im Betrieb versagt.
Eine
Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht daher darin, eine Vorrichtung
zum Verschweißen
von Metallblechfalzen dahingehend weiter zu entwickeln, dass entstehende
Schweißspritzer wirkungsvoll
abfangbar sind. Die Vorrichtung soll dabei eine gute Beweglichkeit
aufweisen und auch Schweißstellen
in unzugänglichen
Lagen erreichen können.
Die
Erfindung geht von der Beobachtung aus, dass Schweißspritzer
beim Erzeugen eines Schweißpunktes
mit einer Schweißzange
im Wesentlichen Flugbahnen nehmen, die innerhalb eines Kegels liegen,
wobei die Spitze des Kegels vom Schweißpunkt gebildet wird und seine
Rotationsachse in einer Richtung weg von dem Falz und im Wesentlichen
parallel zur Oberfläche
der Metallbleche im Bereich des Falzes orientiert ist.
Daher
braucht eine wirkungsvolle Spritzerabdeckung nicht den gesamten
offenen Raum um eine Schweißpunkt
abzuschirmen, sondern nur einen Teil davon, und zwar den Teil, in
dem die Schweißspritzer
fliegen.
Ein
erster Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist dementsprechend
eine Vorrichtung zum Punktschweißen von Metallblechen entlang
eines Falzes. Die Vorrichtung weist u.a. eine Schweißzange und
eine Spritzerschutzabdeckung zum Abfangen von Schweißspritzern
auf, die beim Erzeugen eines Schweißpunktes mit der Schweißzange entstehen. Die
Flugbahnen der Schweißspritzer
liegen dabei innerhalb eines Spritzerkegels, dessen Spitze der Schweißpunkt ist
und dessen Rotationsachse in einer Richtung weg von dem Falz und
im Wesentlichen parallel zur Oberfläche der Metallbleche im Bereich des
Falzes orientiert ist. Erfindungsgemäß ist die Spritzerschutzabdeckung
so ausrichtbar bzw. kann so ausgerichtet werden, dass sie den Spritzerkegel schneidet
und dass ihr Flächeninhalt
im Bereich des Ein- bis Fünffachen
des Flächeninhalts
des Schnitts durch den Spritzerkegel (kurz: Schnittfläche) liegt.
Lage
und Größe des Spritzerkegels
können lediglich
hinsichtlich der Lage seiner Spitze genauer angegeben werden. So
entspricht die Lage der Spitze der Lage des Schweißpunktes
und dieser ist im Wesentlichen in der Mitte der Verbindungslinie
zwischen den Elektroden der Schweißzange angeordnet. Die Lage
seiner Rotationsachse ist im Wesentlichen wie vorstehend angegeben.
Die genaue Lage seiner Rotationsachse und sein genauer Öffnungswinkel
hängen
indes von vielen Faktoren ab, die von Fall zu Fall variieren können. Zu
diesen Faktoren gehören
roboter- und schweißzangenabhängige Faktoren
wie z.B. der aktuelle Zustand von Roboter und Schweißzange und
deren genaue Funktionsweise.
Dazu
gehören
aber auch metallblechabhängige
Faktoren, wie z.B. die Falzlängen,
das Vorhandensein von Stoffen, wie z.B. Schmutz oder Kleber, zwischen
den Blechen im Falzbereich, und die Blechpassungen. Einem Fachmann
dürfte
es jedoch keine Schwierigkeiten bereiten, die Lage des Spritzerkegels
mit ausreichender Genauigkeit durch routinemäßige Versuche empirisch zu
bestimmen.
Die
erfindungsgemäße Vorrichtung
weist eine Spritzerschutzabdeckung auf, die in den Flugbahnen der
Schweißspritzer
angeordnet ist und diese dadurch größtenteils abfangen kann bevor
sie umliegende Oberflächen,
von denen sie aufwendig und mit der Gefahr der Beschädigung der
Oberfläche
entfernt werden müssten,
erreichen können.
Da die Oberflächen
nicht mehr beschädigt
werden, verbessert sich auch die Qualität der Werkstücke, insbesondere
im Hinblick auf Korrosionsanfälligkeit.
Außerdem
weist die Spritzerschutzabdeckung einen verhältnismäßig kleinen Flächeninhalt
auf, d.h. sie ist klein gebaut und schränkt dadurch die Beweglichkeit der
Vorrichtung kaum oder nicht ein. Auch Schweißstellen in unzugänglichen
Lagen können
dadurch erreicht werden.
In
einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung liegt der Flächeninhalt
der Spritzerschutzabdeckung im Bereich des ein- bis dreifachen der Schnittfläche, insbesondere
im Bereich des Ein- bis Zweifachen der Schnittfläche. Das bedeutet, dass die Spritzerschutzabdeckung
noch kleiner gebaut ist, und dadurch die Beweglichkeit der Vorrichtung
und die Erreichbarkeit unzugänglicher
Stellen noch besser sind.
Die
Schweißzange
kann vorzugsweise zwischen der Spritzerschutzabdeckung und dem zu schweißenden Falz
angeordnet werden. Dadurch stört
die Spritzerschutzabdeckung nicht beim Schweißvorgang und kann dennoch Schweißspritzer,
die an der Schweißzange
vorbei fliegen, wirkungsvoll abfangen.
In
einer Weiterbildung der erfindungemäßen Vorrichtung umgibt die
Spritzerschutzabdeckung die Schweißzange teilweise. Dazu ist
die Spritzerschutzabdeckung z.B. in der Art eines Zylindersegments gewölbt ausgebildet
und wölbt
sich teilweise um die Schweißzange
herum. Dies trägt
weiter dazu bei, Schweißspritzer
noch effektiver, d.h. vollständiger, abzufangen.
Ferner
ist es bevorzugt, wenn die Spritzerschutzabdeckung aus einem flexiblen
Kunststoffmaterial gebildet ist. Wird die erfindungsgemäße Vorrichtung
nämlich,
z.B. automatisch mit Hilfe eines Roboterarms, von Schweißpunkt zu
Schweißpunkt
oder von Falz zu Falz oder an unzugängliche Stellen geführt, so
kann es z.B. zu ungewollten Berührungen zwischen
Oberflächen
von Metallblechen und der Spritzerschutzabdeckung kommen. Ist die
Spritzerschutzabdeckung jedoch aus einem flexiblen Kunststoffmaterial
ausgebildet, so kann verhindert werden, dass es bei derartigen Berührungen
zur Beschädigung
der Metallblechoberflächen
(Kratzer) kommt. Bevorzugte Kunststoffmaterialien sind dabei außerdem langlebig,
schnell austauschbar, billig, unempfindlich gegenüber Schnittverletzungen,
unbrennbar, sodass es von Schweißspritzern nicht beschädigt wird,
und/oder umweltverträglich.
Als
besonders geeignetes Kunststoffmaterial hat sich dabei weiches PVC-Material
erwiesen, wie es z.B. von der Firma Herzog Plastic Handels GmbH als
Rollenware beziehbar ist. Weich-PVC ist Polyvinylchlorid, dem während des
Herstellungsprozesses ein oder mehrere Weichmacher beigefügt wurden. Die
Rollenware kann in einfacher Weise auf eine geeignete Größe und Form
zugeschnitten werden. Schweißspritzer
lagern sich auf diesem Material ab, ohne es zu beschädigen. Dadurch
ist die Schlacke der Spritzer zusätzlich auch aufgeräumt und
kann z.B. durch Abkratzen bequem und mit wenig Aufwand entfernt
und entsorgt werden. Teilweise fallen die Schlackerückstände der
Schweißspritzer
auch bei einer bestimmten Schichtdicke von selbst von der Spritzerschutzabdeckung
ab. Die Schlacke liegt dann in relativ kompakter Form vor und kann
leicht aufgekehrt, aufgesaugt oder sonst wie entsorgt werden.
Ferner
hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn die Spritzerschutzabdeckung
eine Dicke von 0,2 bis 15 mm aufweist, insbesondere von 0,3 bis
10 mm. Derartige Spritzerschutzabdeckungen weisen einerseits eine
gute strukturelle Stabilität
auf und können
so in allen möglichen
räumlichen
Ausrichtungen die Umgebung vor Schweißspritzern wirkungsvoll abschirmen.
Andererseits stören
sie aber kaum oder nicht bei der Bewegung der erfindungsgemäßen Vorrichtung
oder beim Erreichen unzugänglicher Stellen.
3 zeigt
die erfindungsgemäße Vorrichtung
im Einsatz an einer unzugänglichen
Stelle im Bereich eines Türeinstiegs
einer Kraftfahrzeugkarosserie (nur teilweise dargestellt). Die Schweißzange (7)
(halbtransparent dargestellt) umgreift einen Falz (2) und
erzeugt einen Schweißpunkt
(4). Dabei entstehen Schweißspritzer (6), deren
Flugbahnen (10, 10')
einen Spritzerkegel (11) bilden (stellvertretend für alle Flugbahnen
sind nur zwei Flugbahnen mit Bezugszeichen (10, 10') gekennzeichnet).
Die Spitze (12) des Spritzerkegels (11) ist der
Schweißpunkt
(4); die Rotationsachse (13) des Spritzerkegels
(11) ist in einer Richtung weg von dem Falz (2)
und im Wesentlichen parallel zur Oberfläche der Metallbleche (3)
im Bereich des Falzes (2) orientiert. Die Schweißzange (7)
ist zwischen der Spritzerschutzabdeckung (8) und dem Falz
(2) angeordnet. Die Spritzerschutzabdeckung (8)
ist dabei an der beweglichen Schweißzange (7) angebracht
und kann dadurch so ausgerichtet werden, dass sie den Spritzerkegel
(11) schneidet. Dabei kann die Schweißzange (7) ihrerseits
an einem Roboterarm (nicht dargestellt) angebracht sein, mit dessen
Hilfe sie und die Spritzerschutzabdeckung (8) bewegt und
an die Schweißstellen
geführt
werden kann. Die Spritzerschutzabdeckung (8) schneidet den
Spritzerkegel (11), wodurch die Schnittfläche (14),
dargestellt durch die gestrichelte Ellipse, gegeben ist. Die Flächeninhalte
der Schnittfläche
(14) und der Spritzerschutzabdeckung (8) sind
aufeinander abgestimmt. Dabei ist die Spritzerschutzabdeckung (8)
in vorliegendem Beispiel so ausgelegt, dass ihr Flächeninhalt
etwa dem Zweifachen des Flächeninhalts
der Schnittfläche
(14) entspricht. Dadurch können zum einen mit Hilfe der
Spritzerschutzabdeckung (8) Schweißspritzer effektiv abgefangen
werden. Zum anderen ist die Spritzerschutzabdeckung (8)
aber so klein ausgebildet, dass sie bei den Bewegungen der Schweißzange (7)
bzw. der erfindungsgemäßen Vorrichtung
nicht stört,
sodass mit der Schweißzange
(7) auch unzugängliche
Stellen erreichbar sind.