DE102004060389A1

DE102004060389A1 - Verfahren zum Bolzenschweißen von Schweißenteilen mit länglich ausgedehnter Schweißfläche

Info

Publication number: DE102004060389A1
Application number: DE200410060389
Authority: DE
Inventors: Werner Leinenweber; Torsten Ehrentreich
Original assignee: Nelson Bolzenschweiss Technik GmbH and Co KG
Current assignee: Nelson Bolzenschweiss Technik GmbH and Co KG
Priority date: 2004-12-14
Filing date: 2004-12-14
Publication date: 2006-07-06
Anticipated expiration: 2024-12-15
Also published as: DE102004060389B4

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bolzenschweißen von Schweißteilen (41) mit länglicher, gerader oder gekrümmter Schweißfläche (43), bei dem der Schweißstelle ein Schutzgas zugeführt wird, bei dem zwischen der Oberfläche eines Werkstücks (55) und der Schweißfläche (43) des Schweißteils (41) ein elektrischer Lichtbogen mit einem vorbestimmten konstanten oder zeitlich variierenden Schweißstrom gezündet wird, bei dem durch den Lichtbogen das Schweißteil an der Schweißfläche (43) und die Werkstückoberfläche angeschmolzen werden und bei dem das Schweißteil (41) nach einer vorbestimmten Zeit in die Schmelze des Werkstücks (55) eingetaucht und der Schweißstrom abgeschaltet wird, wobei mittels einer stromdurchflossenen Spule (55), deren Spulenachse im Wesentlichen zu der die Bewegungsrichtung des Schweißteils (41) in Richtung auf das Werkstück (55) bewirkenden Schweißachse (37) parallel verläuft, ein Magnetfeld im Bereich des Lichtbogens erzeugt wird, wobei die Spule (57) eine vorbestimmte Anzahl von Windungen aufweist und wobei der über den Lichtbogen fließende Schweißstrom durch die Spule (57) geführt wird. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Schutzgas-Feldformereinheit (1) sowie eine Bolzenschweißvorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bolzenschweißen von Schweißteilen, die eine länglich ausgedehnte, gerade oder gekrümmte Schweißfläche aufweisen. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Schutzgas-Feldformereinheit für eine Bolzenschweißvorrichtung zum Verschweißen derartiger Schweißteile sowie eine Bolzenschweißvorrichtung mit einer derartigen Schutzgas-Feldformereinheit.

Bei Schweißteilen mit länglicher, gerader oder in Längsrichtung gekrümmter Schweißfläche besteht das Problem, dass bei einem Verschweißen derartiger Schweißteile mit in der Praxis üblichen Bolzenschweißgeräten die Schweißteile häufig nur bevorzugt in einem mittleren Bereich der länglich ausgedehnten Schweißfläche verschweißt wird und die Endbereiche nicht oder nur unvollständig verschweißt werden. In derartigen Fällen ist ein manuelles oder automatisches Nachschweißen erforderlich, was jedoch mit einem entsprechenden Zeit- und Kostenaufwand verbunden ist.

An dieser Stelle sei darauf hingewiesen, dass im Sinne der vorliegenden Erfindung unter einer länglichen, geraden oder gekrümmten Schweißfläche eine Geometrie der Schweißfläche verstanden wird, bei der die Länge der Schweißfläche um ein Mehrfaches größer ist als die Breite der Schweißfläche. Dabei muss die Breite der Schweißfläche entlang der Länge der Schweißfläche selbstverständlich nicht notwendigerweise konstant sein. Die Schweißfläche kann geradlinig verlaufen oder auch entlang ihrer Länge gekrümmt sein. Eine ringförmig geschlossene Schweißfläche soll jedoch nicht von dem vorstehend definierten Begriff einer länglichen, gekrümmten Schweißfläche erfasst sein.

Zur Verbesserung der Schweißqualität beim Bolzenschweißen von im Querschnitt kreiszylindrischen Schweißteilen auf gelochtes oder ungelochtes Blechmaterial ist es beispielsweise aus der DE 195 08 380 B4 bekannt, im Bereich der Schweißstelle mittels einer ringförmigen Spule ein Magnetfeld mit radialer Komponente zu erzeugen. Durch die radiale Magnetfeldkomponente wird ein Rotieren des Lichtbogens bei Schweißteilen oder Werkstücken erreicht, bei der die zu verschweißende Oberfläche jeweils eine im Querschnitt kreisförmige Ausnehmung aufweist. Insbesondere sind auch Schweißteile sicher verschweißbar, die einen ringförmigen Querschnitt und damit eine ringförmige Schweißfläche aufweisen.

Bei der Schweißvorrichtung nach der DE 195 08 380 B4 ist einer der Spulenanschlüsse über einen Regelwiderstand mit dem an der Halteeinrichtung für das Schweißteil anliegenden negativen Potenzial verbunden. Der andere Spulenanschluss ist mit einem Spulenkörper bzw. einem Abstandshalter verbunden, innerhalb dem die Spule vorgesehen ist. Innerhalb des Führungskolbens, mit dem die Halteeinrichtung für das Schweißteil verbunden ist, ist ein integrierter Gaszufuhrkanal ausgebildet. Auf diese Weise wird in den Innenraum des hohlzylindrischen Gehäuses der Ringspule, in welchen der Führungskolben bzw. die Halteeinrichtung und das Schweißteil hineinragen, Schutzgas zugeführt, um ein Verschweißen auch bei längeren Schweißzeiten ohne die sonst auftretende Porenbildung zu ermöglichen.

Bei dieser Schweißvorrichtung wird somit der Erregerstrom für die Ringspule direkt vom Schweißstrom abgeleitet, da der Spulenkreis parallel zu dem über die Schweißstelle geschlossenen Stromkreis geschaltet ist. Notwendig hierfür ist jedoch ein Regelwiderstand, mit dem der Erregerstrom für die Spule an die jeweiligen Schweißverhältnisse angepasst werden muss.

Der wesentliche Effekt, der mit einer derartigen Schweißvorrichtung erzielt wird, ist das Ausüben einer Kraft in Umfangsrichtung auf den Lichtbogen, so dass dieser entlang der ringförmigen Schweißfläche wandert, um auf diese Weise ein vollständiges Aufschmelzen und Verschweißen von ringförmigen Schweißflächen zu gewährleisten.

Aus der DE 36 31 598 A1 ist eine Schweißpistole für das Lichtbogenschweißen nach dem Hubzündungsverfahren bekannt, bei der zur Stabilisierung des Lichtbogens eine Ringspule mit einer Windung oder wenigen Windungen verwendet wird, wobei die Spule vom gesamten Schweißstrom durchflossen wird. Durch die Verwendung einer Spule mit einer oder wenigen Windungen ergibt sich der Vorteil, dass diese nahe dem Bolzen und dem Lichtbogen vorgesehen werden können. Dies führt zu einer günstigen Anpassung der Feldlinien des magnetischen Feldes im Bereich des Lichtbogens. Die Feldlinien verlaufen in diesem Bereich annähernd parallel zur Achse des Bolzens und erzeugen so nur geringe magnetische Streufelder. Da der Schweißstrom vom Durchmesser des Bolzens abhängt, wird zudem erreicht, dass für stärkere Lichtbogen, d.h. größere Schweißströme, die für dickere Bolzen erforderlich sind, ein stärkeres Magnetfeld erzeugt und damit eine größere Stabilisierungswirkung erreicht wird.

Auch bei dieser Vorrichtung wird das Verschweißen der Bolzen mit Schutzgas durch das Vorsehen einer Gasglocke ermöglicht, wobei die Ringspule mit der wenigstens einen Windung im vordersten Bereich der Gasglocke vorgesehen ist, die mit ihrer vorderen Stirnseite auf das Werkstück aufgesetzt werden kann. Das Zuführen des Gases in den Innenraum der topfförmigen Gasglocke erfolgt in üblicher Weise, d.h. durch einen Gasanschluss im oberen Bereich der Gasglocke.

Mit einer derartigen Gasglocke ist ein relativ langes Vorströmen von Schutzgas erforderlich, bis im Bereich der Schweißstelle eine ausreichende Schutzgasatmosphäre gegeben ist. Denn die zunächst vorhandene Luftatmosphäre muss entweder vom rückwärtigen Bereich der Gasglocke her in Richtung auf den vorderen Bereich der Gasglocke durch einen Spalt zwischen dem Werkstück und der vorderen Stirnseite der Gasglocke nach außen gedrückt werden oder es muss laufend Schutzgas zugeführt werden, wobei das Schutzgas langsam den Innenraum der Gasglocke füllt und jeweils das Gas oder das Gas-Luft-Gemisch am rückwärtigen (oberen) Bereich der Gasglocke durch entsprechende Öffnungen ausgespült werden kann.

Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Bolzenschweißverfahren bereitzustellen, mit dem auch Schweißteile mit länglicher Schweißfläche sicher verschweißbar sind. Des Weiteren liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Schutzgas-Feldformereinheit für eine Bolzenschweißvorrichtung sowie eine Bolzenschweißvorrichtung mit einer derartigen Schutzgas-Feldformereinheit zu schaffen, mit der das Verfahren realisierbar ist.

Die Erfindung löst diese Aufgabe mit den Merkmalen der Patentansprüche 1 bzw. 7 und 15.

Erfindungsgemäß wurde festgestellt, dass mit einer Vorrichtung mit einer Schutzgas-Feldformereinheit, die eine Magnetspule aufweist, wie sie in der DE 36 31 598 A1 beschrieben ist, überraschenderweise auch Schweißteile mit länglicher Schweißfläche sicher verschweißbar sind. Offensichtlich wirkt sich das Magnetfeld, das durch eine Ringspule mit wenigen Windungen im vordersten Bereich der Schutzgas-Feldformereinheit erzeugt wird, auch in der Weise positiv aus, dass auch bei Schweißteilen mit länglicher Schweißfläche eine Schweißung über die gesamte Länge gewährleistet werden kann.

Da für das Verschweißen derartiger Schweißteile regelmäßig längere Schweißzeiten von zumindest mehr als 50 ms erforderlich sind, müssen derartige Schweißungen zur Vermeidung von ansonsten auftretenden Poren im aufgeschmolzenen Material unter Schutzgasatmosphäre durchgeführt werden.

Mittels Versuchen konnte festgestellt werden, dass mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und unter Verwendung einer Bolzenschweißvorrichtung mit einer Schutzgas-Feldformereinheit nach der Erfindung sogar Schweißteile mit vorzugsweise gerader Schweißfläche (wobei die Schweißfläche in einer Ebene liegt) über die gesamte Länge der Schweißfläche sicher verschweißbar sind, wenn die Länge der Schweißfläche 25 mm und die Breite der Schweißfläche beispielsweise 2,5 mm beträgt. Mit herkömmlichen Schweißvorrichtungen und Verfahren für das Bolzenschweißen waren derartige Schweißteile kaum verschweißbar, ohne dass ein Nachschweißen in den Endbereichen der Schweißfläche erforderlich wurde.

Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erfolgt das Zuführen des erforderlichen Schutzgases über einen Ringraum, wobei sich die Schweißachse, insbesondere der Bolzenhalter mit dem darin gehaltenen Schweißteil, durch den Innenraum innerhalb des Ringraums hindurch erstreckt. Das Gas wird bis in einen vorderen Bereich des Ringraums geführt, so dass das Schutzgas in etwa an einer axialen Position (bezogen auf die Achse der Schweißachse) radial aus dem Ringraum nach innen in Richtung auf die Schweißstelle strömen kann. Das Abführen des Schutzgases, gegebenenfalls zusammen mit der im Raum innerhalb des Ringraums zunächst befindlichen Luft erfolgt entgegen der Zuführrichtung des Schutzgases im Ringraum.

Auf diese Weise ergibt sich der Vorteil, dass bereits kurze Zeit nach dem Zuführen von Schutzgases in den inneren Raum innerhalb des Ringraums in der Umgebung der Schweißstelle eine Schutzgasatmosphäre erzeugt werden kann, wobei die zunächst in diesem Raum enthaltene Luft in Richtung des rückwärtigen Bereichs des Raums innerhalb des Ringraums verdrängt wird. Zusätzlich wird durch diese Maßnahme pro Schweißung ein relativ geringes Volumen von Schutzgas verbraucht.

Demzufolge umfasst die Schutzgas-Feldformereinheit nach der Erfindung einen topfförmigen Bereich, welcher eine Umfangswandung aufweist, in der ein Ringraum vorgesehen ist, in dem in einem rückwärtigen, dem Schweißkopf oder der Schweißpistole zugewandten Bereich über wenigstens eine Zuführöffnung das Schutzgas zugeführt wird. Das Schutzgas wird in dem Ringraum bis in einen vorderen, dem Werkstück zugewandten Bereich geleitet und von dort in Richtung auf die Schweißstelle in den Innenraum des topfförmigen Bereichs der Schutzgas-Feldformereinheit geleitet.

Der topfförmige Bereich der Schutzgas-Feldformereinheit ist bei der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung durch ein im Wesentlichen hohlzylindrisches oder topfförmiges Trägerelement gebildet, wobei der elektrische Leiter der Spule vorzugsweise auf den Außenumfang des Trägerelements gewickelt sein kann. Selbstverständlich kann der Leiter jedoch auch in die betreffende Außenwandung integriert oder innerhalb der Außenwandung vorgesehen sein.

Die Windungen des elektrischen Leiters der Spule liegen vorzugsweise in axialer Richtung im Wesentlichen dicht an dicht nebeneinander, wenn mehr als eine Windung vorgesehen ist. Der elektrische Leiter kann dabei insbesondere als Litze mit rechteckigem Querschnitt ausgebildet sein, dessen längere Seite dem Außenumfang des Trägerelements zugewandt ist. Auf diese Weise können die Windungen im vordersten Bereich der Schutzgas-Feldformereinheit vorgesehen sein. Innerhalb des hohlzylindrischen oder topfförmigen Trägerelements und im Wesentlichen koaxial zu diesem kann ein hohlzylindrisches Teil mit gegenüber dem Innendurchmesser des Trägerelements kleinerem Außendurchmesser vorgesehen sein. Die Innenfläche der Wandung des Trägerelements und die Außenfläche der Wandung des hohlzylindrischen Teils bilden dabei einen Ringraum für das Zuführen des Schutzgases, wobei der Ringraum vorzugsweise von einem rückwärtigen Bereich, in dem das Zuführen des Schutzgases erfolgt, bis in einen vorderen Bereich der Schutzgas-Feldformereinheit reicht. Selbstverständlich können das Trägerelement und das hierzu koaxiale, hohlzylindrische Teil auch einstückig ausgebildet sein.

Der topfförmige Bereich der Schutzgas-Feldformereinheit bzw. das Trägerelement besteht aus einem nicht-ferromagnetischen Material, wie z.B. Messing oder Kunststoff, wobei das Material vorzugsweise entsprechend widerstandsfähig gegen Hitze und Schweißspritzer sein sollte, da die Schutzgas-Feldformereinheit zur Durchführung eines Schweißvorgangs vorzugsweise mit ihrem vorderen Bereich unmittelbar auf die Oberfläche des Werkstücks aufgesetzt wird Annähernd die selben Anforderungen gelten für das innere, hohlzylindrische Teil. Bei Verwendung eines Kunststoffmaterials muss daher ein entsprechend hitzebeständiger Kunststoff gewählt werden.

Nach einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schutzgas-Feldformereinheit ist die vordere Stirnseite des inneren, hohlzylindrischen Teils in axialer Richtung gegen über der vorderen Stirnseite des äußeren, hohlzylindrischen oder topfförmigen Trägerelements zurückversetzt. Auf diese Weise kann das Schutzgas bei einem Aufsetzen der Stirnseite des Trägerelements auf eine Werkstückoberfläche über den durch die Werkstückoberfläche und die zurückversetzte Stirnseite des hohlzylindrischen Teils entstehenden Ringspalt radial nach innen in den Innenraum des hohlzylindrischen Teils strömen.

Selbstverständlich kann jedoch der Ringraum zwischen den beiden Wandungen des Trägerelements und des hohlzylindrischen Teils im vorderen Bereich in axialer Richtung geschlossen sein, Das Ausströmen des Gases kann dann beispielsweise durch radiale Durchbrüche oder Bohrungen im vorderen Bereich des hohlzylindrischen Teils erfolgen. Die betreffenden Durchbrüche können beispielsweise in äquidistanten Winkelabständen in der Wandung des hohlzylindrischen Teils vorgesehen sein.

Anstelle von Bohrungen kann auch ein umlaufender Ringspalt zwischen einer zurückversetzten Stirnseite der Wandung des hohlzylindrischen Teils und einem sich radial nach innen erstreckenden Flansch an der Innenseite der Wandung des hohlzylindrischen oder topfförmigen Trägerelements vorgesehen sein.

Durch das Erzeugen eines im Wesentlichen gleichmäßigen, symmetrischen Gasstroms radial nach innen ergeben sich keine nennenswerten Störungen des Lichtbogens.

Nach einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schutzgas-Feldformereinheit weisen das hohlzylindrische Teil und das Trägerelement im rückwärtigen Endbereich zwischen sich einen durch senkrecht zur Achse des Trägerelements und des hohlzylindrischen Teils verlaufende Ringwandungen begrenzten Ringraum auf, dem durch Zuführöffnungen Schutzgas zuführbar ist. Die in Richtung auf das vordere Ende des hohlzylindrischen Teils und des Trägerelements gesehen vordere Ringwandung kann dabei eine Mehrzahl von Durchbrüchen aufweisen, die vorzugsweise in äquidistanten Winkelabständen vorgesehen sind. Durch diese Durchbrüche kann das Schutzgas in den Ringraum strömen, der sich bis in den vorderen Bereich des Trägerelements und des hohlzy lindrischen Teils erstreckt. Auf diese Weise wird ein gleichmäßiger Schutzgasstrom im Ringraum bis in den vorderen Bereich des Trägerelements und von hier ein gleichmäßiger Strom des Schutzgases radial nach innen erzeugt.

Weitere Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen. Die Erfindung wird nachfolgend anhand einer in der Zeichnung dargestellten Ausführungsform näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:
1 eine perspektivische Explosionsdarstellung einer Schutzgas-Feldformereinheit nach der Erfindung und
2 einen Längsschnitt durch die Schutzgas-Feldformereinheit nach 1 in zusammengesetztem Zustand.
Die in 1 dargestellte Schutzgas-Feldformereinheit 1 umfasst einen Haltering 3, mit dem die gesamte Schutzgas-Feldformereinheit 1 in montiertem Zustand an einem nicht näher dargestellten Bolzenschweißkopf oder an einer nicht näher dargestellten Bolzenschweißpistole ortsfest fixiert werden kann. Beispielsweise kann der Haltering 3 mittels einer Schraubverbindung oder klemmend am Gehäuse eines Bolzenschweißkopfs oder der Bolzenschweißpistole fixiert werden.
Von der vom Bolzenschweißkopf oder von der Bolzenschweißpistole abgewandten Stirnseite des Halterings 3 erstrecken sich zwei Distanzstäbe 5 nach unten, die beispielsweise mit dem Haltering 3 verschraubt sein können. Am anderen Ende der Distanzstäbe 5 wird eine Halteplatte 7 befestigt, beispielsweise mittels Maschinenschrauben 9, verschraubt.
Die Halteplatte 7 weist einen kreisförmigen Durchbruch 11 auf, wobei in den beiden Seitenwandungen der Halteplatte 7 Bohrungen 13 für das Zuführen von Schutzgas vorgesehen sind. Mit den Bohrungen 13 werden Anschlussstutzen 15 verbunden, die, wie in 1 dargestellt, als Winkel-Anschlussstutzen ausgebildet sein können. Die freien Enden der Anschlussstutzen 15 können selbstverständlich mit nicht näher dargestellten Leitungen für das Zuführen von Schutzgas verbunden werden.
In den Durchbruch 11 der Halteplatte 7 wird ein im Wesentlichen hohlzylindrisches Teil 17 eingesetzt, das beispielsweise aus einem ausreichend hitzebeständigen Kunststoff oder einem nicht-ferromagnetischen Metall bestehen kann. Aus Gründen einer kompakteren Darstellung ist das hohlzylindrische Teil 17 in 1 rechts von der Halteplatte 7 dargestellt. Wie aus 2 ersichtlich, weist das hohlzylindrische Teil 17 jedoch an seinem oberen Bereich, der mit der Halteplatte 7 verbunden ist, zwei Ringflansche 19 und 21 auf, wobei der Ringflansch 19 einen geringfügig größeren Durchmesser aufweist als der Ringflansch 21. Damit kann der Ringflansch 21 von der Unterseite der Halteplatte 7 her (in 1 die linke Seite der Halteplatte 7) in den Durchbruch 11 der Halteplatte 7 so weit eingeschoben werden, bis dessen Oberseite im Wesentlichen bündig mit der Oberseite der Halteplatte 7 abschließt und der Ringflansch 19 in eine Ringschulter 23 am unteren Rand des Durchbruchs 11 in der Halteplatte 7 eingreift. Die Ringschulter 23 dient dabei als Anschlag für den Ringflansch 19 und definiert die axiale Position des hohlzylindrischen Teils 17 in Bezug auf die Halteplatte 7, d.h. wie weit das hohlzylindrische Teil 17 in den Durchbruch 11 der Halteplatte 7 (mit dem Ringflansch 21 voraus) eingeschoben werden kann.
Nach dem Einschieben des hohlzylindrischen Teils 17 in den Durchbruch 11 der Halteplatte 7 wird von unten ein weiteres hohlzylindrisches Trägerelement auf das hohlzylindrische Teil 17 aufgeschoben, wobei das hohlzylindrische Trägerelement 25 einen Innendurchmesser aufweist, der um einen vorgegebenen Betrag größer ist als der Außendurchmesser des vorderen Bereichs des hohlzylindrischen Teils 17. Auch das Trägerelement 25 kann aus einem nicht-ferromagnetischen Metall oder einem ausreichend hitzebeständigen Kunststoff bestehen.
Das Trägerelement 25 weist an seinem oberen Endbereich (rechts in 1) einen sich radial nach außen erstreckenden Ringflansch 27 auf. Im Ringflansch 27 sind Bohrungen 29 vorgesehen, die dazu dienen, um das Trägerelement 25 mittels Maschinenschrauben 9 mit der Halteplatte 7 zu verbinden. An seiner oberen Stirnseite weist die Wandung des Trägerelements bzw. der Ringflansch 27 ebenfalls eine Ringschulter 31 (2) auf, in welche der Ringflansch 19 des hohlzylindrischen Teils 17 mit einem Bereich eingreift, der über die untere Stirnseite der Halteplatte 7 hinausragt. Die Höhe der durch die Ringschultern 23 der Halteplatte 7 und der Ringschulter 31 des Trägerelements 25 gebildeten Ringnut ist kleiner bemessen als die Dicke des Ringflanschs 19. Bei einem Anziehen der Schrauben 9 für das Befestigen des Trägerelements 25 an der Halteplatte 7 wird somit auch das hohlzylindrische Teil 17 durch das Klemmen der Ringschulter 19 fest fixiert.
An der Oberseite der Halteplatte 7 (rechte Oberseite in 1) wird eine Abdeckplatte 33 aufgesetzt und mittels Schrauben 9 mit der Halteplatte verschraubt. Die Abdeckplatte 33 weist einen zentralen Durchbruch 35 auf, durch den die Schweißachse 37 des nicht näher dargestellten Bolzenschweißkopfs bzw. der nicht näher dargestellten Bolzenschweißpistole hindurchragt. Die Schweißachse weist, wie in 1 dargestellt, eine Halteeinrichtung für das Halten und Führen von zu verschweißenden Schweißteilen 41 während des Bolzenschweißvorgangs auf. Selbstverständlich muss der Durchbruch 35 in der Abdeckplatte 33 nicht notwendigerweise kreiszylindrisch ausgebildet sein, sondern kann der Form der Schweißachse angepasst sein.
Die in 1 dargestellte Halteeinrichtung 39 ist so ausgebildet, dass sie spezielle Schweißteile 41 zu fixieren vermag, welche einen unteren Bereich (in 1 links) aufweisen, der eine längliche Schweißfläche 43 aufweist. Die längliche Schweißfläche 43 ergibt sich durch das Herstellen des Schweißteils 41 aus einem Blech vorbestimmter Dicke, beispielsweise einer Dicke von 1 – 5 mm. Die Länge der Schweißfläche 43 ist deutlich größer als deren Breite, die der Blechdicke entspricht, und kann 25 mm und mehr betragen.
Die Halteeinrichtung 39 weist für das Fixieren des Schweißteils 41 eine Grundplatte 45 auf, mit welcher, beispielsweise mittels einer Schraubverbindung 47, eine Anpressplatte 49 federnd verbunden ist. Die Federung kann beispielsweise durch das Vorsehen eines Federelements, beispielsweise einer Tellerfeder 51 zwischen der Unterseite des Schraubenkopfs und der Oberseite der Anpressplatte 49 erreicht werden. Auf diese Weise kann in den durch eine Vertiefung in der Grundplatte 45 vorgesehenen Spalt das Schweißteil 41 aufgenommen und geklemmt werden.
Im dargestellten Ausführungsbeispiel weist das Schweißteil 41 in seinem oberen Bereich die Form eines aufgebrochenen Kreisrings auf, in welchem ein zu haltendes Element, beispielsweise ein Kabel eingelegt und fixiert werden kann.
Wie aus 1 und 2 ersichtlich, weist der Ringflansch 19 axiale Durchbrüche oder Bohrungen 53 auf, durch die das Schutzgas, welches über die Zuführbohrungen 13 der Halteplatte dem Ringraum zwischen den Ringflanschen 19 und 21 und der Innenwandung des Durchbruchs 11 der Halteplatte 7 zugeführt wird, in den Ringraum zwischen den Wandungen des Trägerelements 25 und des hohlzylindrischen Teils 17 in Richtung auf den vorderen, unteren Bereich der Schutzgas-Feldformereinheit 1 strömen kann.
Die Durchbrüche oder Bohrungen 53 sind vorzugsweise in äquidistanten Winkelabständen vorgesehen, so dass selbst dann, wenn das Gas nur an einer oder wenigen Stellen in den Ringraum zwischen den Ringflanschen 19 und 21 zugeführt wird, annähernd gleichmäßig in den Ringraum unterhalb des Ringflanschs 19 eintritt.
Wie in 2 ersichtlich, ist die untere Stirnfläche der Wandung des hohlzylindrischen Teils 17 gegenüber der unteren Stirnfläche des hohlzylindrischen Trägerelements 25 um einen Abstand D zurückversetzt, so dass das Schutzgas nach einem Aufsetzen der Stirnseite des Trägerelements 25 auf ein Werkstück 55 durch den Ringspalt, der von der Werkstückoberfläche und der unteren Stirnseite des hohlzylindrischen Teils 17 gebildet wird, zunächst radial nach innen in Richtung auf die Schweißstelle strömt und anschließend, entgegen der Zuführrichtung im Ringraum zwischen den Wandungen des Teils 17 und des Trägerelements 25, nach oben in den rückwärtigen Bereich der Schutzgas-Feldformereinheit geführt wird. Das Schutzgas kann dann durch den Durchbruch 35 der Abdeckplatte 33 nach oben austreten.
Auf diese Weise wird ein gleichmäßiges Zuführen von Schutzgas unmittelbar in den Bereich der Schweißstelle ermöglicht. Somit wird die Luft, die zunächst im Ringraum zwischen den Wandungen des hohlzylindrischen Teils 17 und des Trägerelements 25 sowie im Innenraum des hohlzylindrischen Teils 17 vorhanden ist von unten nach oben verdrängt, wobei im Bereich der Schweißstelle durch das Zuführen des Schutzgases sehr schnell eine für das Durchführen des Schweißvorgangs ausreichende Schutzgasatmosphäre entsteht. Auf diese Weise ist kein zeitlich langer Vorströmvorgang für das Zuführen des Schutzgases erforderlich. Zudem ist pro Schweißung nur ein geringes Volumen von Schutzgas erforderlich.
An dieser Stelle sei darauf hingewiesen, dass die vorstehend näher beschriebene Schutzgaszuführeinheit auch ohne die nachfolgend beschriebene Spule, welche die Schutzgaszuführeinheit zu einer Schutzgas-Feldformereinheit erweitert verwendbar ist, um Bolzenschweißungen mit Schweißteilen durchzuführen, bei denen keine Feldformung erforderlich ist.
Wie in den 1 und 2 gezeigt, ist im vorderen Bereich des hohlzylindrischen Trägerelements 25 eine Ringspule 57 vorgesehen, die im dargestellten Ausführungsbeispiel drei Windungen umfasst. Die Ringspule 57 wird mittels eines (erforderlichenfalls isolierten) elektrischen Leiters gebildet, der vorzugsweise einen rechteckigen Querschnitt aufweist. Auf diese Weise können die Windungen mit hoher Kompaktheit im vordersten Bereich des Trägerelements 25 vorgesehen werden. Die Windungen der Ringspule 57 werden in an sich bekannter Weise vom gesamten Schweißstrom durchflossen. Hierzu kann dem einen Anschlussende der Spule 57 der von einem Schweißgerät oder Steuergerät gelieferte Schweißstrom zugeführt werden. Das andere Anschlussende der Spule 57 kann dann mit der Schweißachse verbunden werden. Auf diese Weise fließt der Schweißstrom zunächst durch die Ringspule 57 und anschließend über die Schweißachse und das Schweißteil 41, den Lichtbogen zwischen der Schweißfläche 43 des Schweißteils 41 und dem Werkstück 55. Versuche, die mit einer derartigen Schutzgas-Feldformereinheit bzw. einer entsprechenden Bolzenvorrichtung mit einer derartigen Schutzgas-Feldformereinheit 1 durchgeführt wurden, haben gezeigt, dass mit einer derartigen Vorrichtung auch Schweißteile sicher und über die gesamte Länge der Schweißfläche verschweißbar sind, wenn die Schweißfläche eine gegenüber der Breite der Schweißfläche große Länge aufweist.

Claims

Verfahren zum Bolzenschweißen von Schweißteilen mit länglicher, gerader oder gekrümmter Schweißfläche, (a) bei dem der Schweißstelle ein Schutzgas zugeführt wird, (b) bei dem zwischen der Oberfläche eines Werkstücks (55) und der Schweißfläche (43) eines Schweißteils (41) ein elektrischer Lichtbogen mit einem vorbestimmten konstanten oder zeitlich variierenden Schweißstrom gezündet wird, (c) bei dem durch den Lichtbogen das Schweißteil (41) an der Schweißfläche (43) und die Werkstückoberfläche angeschmolzen werden und (d) bei dem das Schweißteil (41) nach einer vorbestimmten Zeit in die Schmelze des Werkstücks (55) eingetaucht und der Schweißstrom abgeschaltet wird, (e) wobei mittels einer stromdurchflossenen Spule (57), deren Spulenachse im Wesentlichen zu der die Bewegungsrichtung des Schweißteils (41) in Richtung auf das Werkstück (55) bewirkenden Schweißachse (37) parallel verläuft, ein Magnetfeld im Bereich des Lichtbogens erzeugt wird, (f) wobei die Spule (57) eine vorbestimmte Anzahl von Windungen aufweist und (g) wobei der über den Lichtbogen fließende Schweißstrom durch die Spule (57) geführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Spule (57) eine bis sechs Windungen, vorzugsweise zwei bis vier Windungen umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Schweißteil (41) eine in Draufsicht längliche, gerade Schweißfläche (43) aufweist, wobei die Länge der Schweißfläche (3) vorzugsweise im Bereich von 5 bis 25 mm, insbesondere im Bereich von 10 bis 25 mm, liegt und wobei die Breite der Schweißfläche (43) vorzugsweise im Bereich von 1 bis 5 mm, insbesondere im Bereich von 1 bis 2,5 mm liegt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass während des Schweißvorgangs Schutzgas zugeführt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Zuführen von Schutzgas über einen Ringraum erfolgt, innerhalb welchem die Schweißachse (37) geführt ist, wobei die Gasströmung im Bereich der axialen Position des Lichtbogens radial nach innen in Richtung auf die Schweißstelle geführt wird und wobei das Schutzgas im Raum innerhalb des Ringraums entgegen der Zuführrichtung im Ringraum abgeführt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Spule (57) als Spuleneinheit (25, 57) mit einer zylindrischen, topfförmigen Form ausgebildet ist, und dass die Spuleneinheit (25, 57) zum Schweißen mit ihrer Stirnseite auf das Werkstück (55) aufgesetzt wird.
Schutzgas-Feldformereinheit für eine Bolzenschweißvorrichtung, insbesondere zum Verschweißen von Schweißteilen mit länglicher gerader oder gekrümmter Schweißfläche, (a) welche ortsfest an einem Schweißkopf oder einer manuellen Bolzenschweißpistole der Bolzenschweißvorrichtung befestigbar ist, (b) und welcher ein Schutzgas zuführbar ist, das von der Schutzgas-Feldformereinheit (1) bis in einen Bereich geleitet wird, in welchem während eines Bolzenschweißvorgangs ein Lichtbogen erzeugt wird, (c) mit einer eine Ringspule (57) umfassenden Spuleneinheit (25, 57), welche so ausgebildet ist, dass die Windungen der Ringspule (57) die Schweißachse (37) des Schweißkopfs oder der Schweißpistole umschließen, mittels welcher das zu verschweißende Schweißteil (41) gehalten ist, wobei die Spulenachse im Wesentlichen zur Bewegungsrichtung der Schweißachse parallel verläuft, (d) wobei die Ringspule (57) hinsichtlich des Leiterquerschnitts so dimensioniert ist, dass der gesamte Schweißstrom zur Erzeugung eines Magnetfelds während des Schweißvorgangs über die Spulenwindungen fließen kann, und (e) wobei zwei Spulenanschlüsse vorgesehen sind, von denen der eine Spulenanschluss mit der den Schweißstrom führenden Schweißleitung verbindbar ist und von denen der andere elektrisch mit der Schweißachse (37) verbindbar ist, dadurch gekennzeichnet, (f) dass die Feldformereinheit (1) einen topfförmigen Bereich (7, 17, 25) aufweist, welcher eine Umfangswandung aufweist, in der ein Ringraum vorgesehen ist, dem in einem rückwärtigen, dem Schweißkopf oder der Schweißpistole zugewandten Bereich über wenigstens eine Zuführöffnung das Schutzgas zugeführt wird, (g) wobei das Schutzgas in dem Ringraum bis in einen vorderen, einem Werkstück (55) zugewandten Bereich geleitet und von dort in Richtung auf die Schweißstelle in den Innenraum des topfförmigen Bereichs der Schutzgas-Feldformereinheit (1) geleitet wird.
Schutzgas-Feldformereinheit nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Spule (57) eine bis sechs Windungen, vorzugsweise zwei bis vier Windungen aufweist.
Schutzgas-Feldformereinheit nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Spuleneinheit (25, 57) ein im wesentlichen hohlzylindrisches oder topfförmiges Trägerelement (25) aufweist, wobei der elektrische Leiter vorzugsweise auf den Außenumfang des Trägerelements (25) gewickelt ist.
Schutzgas-Feldformereinheit nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Windungen des elektrischen Leiters der Spule (57) in axialer Richtung im Wesentlichen dicht an dicht nebeneinander liegen, wobei der elektrische Leiter als Litze mit rechteckigem Querschnitt ausgebildet ist, dessen längere Seite dem Außenumfang des Trägerelements (25) zugewandt ist.
Schutzgas-Feldformereinheit nach einem der Ansprüche 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb des hohlzylindrischen oder topfförmigen Trägerelements (25) und im Wesentlichen koaxial zu diesem ein hohlzylindrisches Teil (17) mit gegenüber dem Innendurchmesser des Trägerelements (25) kleinerem Außendurchmesser vorgesehen ist, wobei die Innenwandung des Trägerelements (25) und die Außenwandung des hohlzylindrischen Teils (17) einen Ringraum für das Zuführen von Schutzgas bilden, welcher bis in einen vorderen Bereich des Trägerelements (25) reicht.
Schutzgas-Feldformereinheit nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die vordere Stirnseite des hohlzylindrischen Teils (17) in axialer Richtung gegenüber der vorderen Stirnseite des hohlzylindrischen oder topfförmigen Trägerelements (25) zurückversetzt ist, so dass bei einem Aufsetzen der Stirnseite des Trä gerelements (25) auf eine ebene Werkstückoberfläche ein Ringspalt entsteht durch den Schutzgas radial nach innen in den Innenraum des hohlzylindrischen Teils (17) strömen kann.
Schutzgas-Feldformereinheit nach einem der Ansprüche 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass das hohlzylindrische Teil (17) und das Trägerelement (25) im rückwärtigen Endbereich zwischen sich einen durch senkrecht zur Achse des Trägerelements (25) und des hohlzylindrischen Teils (17) verlaufende Ringwandungen (19, 21) begrenzten Ringraum aufweisen, dem durch Zuführöffnungen (13) Schutzgas zuführbar ist.
Schutzgas-Feldformereinheit nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die in Richtung auf das vordere Ende des hohlzylindrischen Teils (17) und des Trägerelements (25) gesehen vordere Ringwandung (19) eine Mehrzahl von vorzugsweise in äquidistanten Winkelabständen vorgesehenen Durchbrüchen (53) aufweist, durch die das Schutzgas in den Ringraum strömt, der sich bis in den vorderen Bereich des Trägerelements (25) und des hohlzylindrischen Teils (17) erstreckt.
Bolzenschweißvorrichtung mit einer Feldformereinheit (1) nach einem der Ansprüche 7 bis 14.