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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überwachung von Punktschweißungen zweier
elektrisch leitender Bauteile, bei welchem Verfahren im Bereich
der späteren
Schweißpunktes
zwei Elektroden an gegenüberliegenden
Flächen
der Bauteile angelegt und mit einer bestimmten, vorgebbaren und
insbesondere regelbaren Presskraft zusammengepresst werden, und
für eine
bestimmte Schweißzeit über die
Elektroden durch die zusammenpressten Bauteile ein bestimmter, vorgebbarer
und insbesondere regelbarer elektrischer Schweißstrom geleitet und anschließend abgeschaltet
wird bzw. eine elektrische Schweißspannung an die Elektroden angelegt
und anschließend
abgeschaltet wird, gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 1, wie es im Hause der Anmeldering eingesetzt und
hier als bekannt unterstellt wird.
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Das
vorbekannte Verfahren ist vorzugsweise zum Verschweißen von
Karosseriebauteilen vorgesehen, wobei die Karosserieteile entlang
eines gemeinsamen Überlappungsbereichs
mit hintereinander angeordneten Schweißpunkten versehen werden. Es
ist aber auch denkbar, andere Widerstandsschweißaufgaben (wie z.B. Buckelschweißungen)
so zu überwachen.
Zum Anbringen der Schweißpunkte
werden im Bereich des späteren
Schweißpunktes
zwei Elektroden an gegenüberliegenden
Flächen der
Bauteile angelegt und mit einer bestimmten, vorgebbaren und insbesondere
regelbaren Presskraft zusammengepresst. Anschließend wird in einem Primärkreis eines
Schweißtransformators
ein konstanter und insbesondere regelbarer Primärstrom angelegt, der in einem
zu dem Transformator zugehörigen
Sekundärkreis
einen Sekundärspannung
und bei einer elektrischen Leitung einen Schweißstrom erzeugt. Der bei angepressten
Elektroden fließende
Primärstrom
wird für
eine bestimmte Schweißzeit über die
Elektroden durch die zusammenpressten Bauteile geleitet und anschließend abgeschaltet,
wodurch Werkstoff der beiden Bauteile zumeist im Bereich des Flusses des
Schweißstroms
aufgeschmolzen wird, wodurch die Bauteile miteinander verschweißen.
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Allerdings
kommt es aufgrund vieler möglicher
Einflussfaktoren, wie verzinkten Blechen, Abweichungen der Materialstärken, Toleranzen
usw. immer wieder vor, dass eine Punktschweißung unzureichend ist oder sogar
misslingt. Aus diesem Grunde wird vielfach mit einem sehr hohen
Primärstrom
gearbeitet, wodurch wiederum das geschmolzene Material über Gebühr erhitzt
wird und sich dadurch Spritzer bilden. Die sich daraus bildenden
Schweißperlen
müssen
u.U. aufwendig entfernt und das geschweißte Bauteil nachgearbeitet
werden.
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Aus
der
DE 101 37 977
C1 ist ein Verfahren bekannt, bei dem Während des Schweißens die
vorliegenden Spannungswerte zwischen den Bauteilen und der jeweils
zugeordneten Bauteil gemessen und zur Beurteilung der Qualität einer
Schweißung
herangezogen werden. Dieses Verfahren ist allerdings sehr teuer
und auch aufgrund der jeweiligen Kontaktierung zumindest eines der
Bauteil sehr aufwendig.
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Aus
der
DE 101 10 045
A1 ist ein weiteres Verfahren zur Überwachung der Qualität einer
Punktschweißung
bekannt. Bei diesem Verfahren wird der Schweißpunkt mittels Ultraschall
untersucht. Liegt die erhaltene Laufzeit innerhalb eines bestimmten
Toleranzfensters wird der Schweißpunkt als gut bewertet. Außerhalb
dieses Fensters als nicht in Ordnung. Aus der
DE 103 28 635 A1 ist ein
Verfahren zur Überwachung
des Zustandes der Elektrodenkappen bei Punktschweißen bekannt.
Bei diesem Verfahren werden zwei Referenzmessungen im Schweißstromkreis
durch eine Schweißung
im Kurzschluss ohne zwischen den Elektroden befindliche Werkstücke durchgeführt. Die
hierbei erhaltenen Schweißstromwerte
bilden Referenzwerte. Sie werden von einer Steuereinheit anhand
darin abgelegter und zuvor ermittelten Werten untereinander vergleichen
und daraus Eigenschaften des Zustandes der Elektroden abgeleitet.
Die Referenzmessungen werden mit konstantem Primärstrom und konstanter Elektrodenkraft
ermittelt. Damit sind Änderungen
des Schweißstromwertes
durch die Änderungen
des elektrischen Widerstandes der Elektroden bedingt.
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Die
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Prüfverfahren für Schweißpunkte
zu entwickeln, dass auf möglichst
einfache und preiswerte Weise eine schnelle Aussage über die
Qualität
eines Schweißpunktes
erlaubt. Insbesondere soll diese Aussage möglichst zeitnah zur Verschweißung der
Bauteile miteinander erfolgen.
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Die
Aufgabe der Erfindung wird durch ein Verfahren mit den Verfahrensschritten
des Anspruchs 1 gelöst.
Durch die erfindungsgemäße Vorgehensweise
kann mit Hilfe eines entsprechend ausgestalteten Computer- und Auswerteprogramms
die Güte
des Schweißpunktes
nahezu unmittelbar nach seiner Herstellung und mit bei einer Schweißanlage
bereits vorliegenden Komponenten ermittelt werden. Insbesondere
kann hierdurch auch der Schweißstrom
auf einen Wert gesenkt werden, der zumindest weniger Schweißspritzer
erwarten lässt.
Des Weiteren ist der Einfluss aller möglicher Toleranzen durch die
Aufrechterhaltung der Presskraft von dem Beginn der Schweißung bis
nach Beendigung der Prüfung
des Schweißpunktes
zumindest reduziert.
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In
einer weiteren Ausgestaltung wird bei einer Unterschreitung des
Wertes des Prüfstromes
unter einen Mindestprüfstromwert
der Schweißpunkt
bzw. seiner Toleranzen als unzureichend gewertet und vorzugsweise
dokumentiert. In diesem Fall wird für eine bestimmte Zweitschweißzeit an
die Elektroden erneut eine Zweitschweißspannung angelegt, wodurch
nunmehr ein verbesserter Schweißpunkt
erzeugt werden kann. Auch dieser wird vorzugsweise wiederum geprüft, zweckmäßiger Weise
dokumentiert und ggf. die Schweißung erneut wiederholt.
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In
sinnvoller Weise wird in weiterführender
Weise der Wert des Primärprüfstroms
derart gewählt,
dass im Bereich des Stromflusses und der gegenseitigen Berührung der
Bauteile miteinander zumindest geringfügig Werkstoff der Bauteile
aufgeschmolzen wird und dass die beiden Bauteile aneinander zumindest
geheftet werden. Sollte sich zuvor kein Schweißpunkt gebildet haben, wird
dieses Anheften oder gar der nunmehr erfolgenden Ausbildung eines
Schweißpunktes
das Resultat der Schweißung
zumindest verbessert.
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Zur
Sicherung des Schweißpunktes
wird der Wert des Primärprüfstroms
höher als
der Wert des Primärstroms
aber insbesondere unterhalb eines mit hoher Wahrscheinlichkeit Schweißspritzer
erzeugenden Maximalprimärstroms
gewählt.
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In
einer weiterführenden
und das Schweißresultat
absichernden Weise wird bei einer Unterschreitung des Wertes des
Prüfstromes
unter einen Mindestprüfstromwert
der Schweißpunkt
als unzureichend gewertet und für
eine bestimmte Zweitschweißzeit
der Primärstrom
erneut angeschaltet, wobei die Zweitschweißzeit länger als die Schweißzeit gewählt wird.
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Weitere
sinnvolle Ausgestaltungen der Erfindung sind den weiteren Unteransprüchen entnehmbar.
Im Übrigen
wird die Erfindung anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen
näher erläutert. Dabei
zeigt
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1 eine
Prinzipdarstellung einer Punktschweißanlage,
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2 ein
Diagramm mit der Auswirkung eines reduzierten Schweißstromes
auf den Ausknöpfdurchmesser
des Schweißpunktes
und den Wert des Prüfstroms,
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3 ein
Diagramm, in dem die Presskraft der Elektroden und der Stromfluss
des Schweißstroms
mit Schweißpunktüberprüfung in
Abhängigkeit
der Zeit dargestellt ist,
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4 ein
Diagramm, in dem die Presskraft der Elektroden und der Stromfluss
des Schweißstroms
mit Schweißpunktüberprüfung und
Zweitschweißung
mit nochmaliger Schweißpunktüberprüfung in
Abhängigkeit der
Zeit dargestellt ist.
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In 1 eine
Prinzipdarstellung einer Punktschweißanlage dargestellt. Die Punktschweißanlage
weist einen Transformator 1 mit Primär- 2 und Sekundärspule 3 auf.
An der Primärspule 2 ist
eine insbesondere elektrische Konstantstromversorgungsquelle VP angeschlossen. An je einem Ende der Sekundärspule 3 ist
jeweils eine Elektrode 4, 5 einer Schweißzange elektrisch
leitend angeschlossen. Die Schweißzange selbst kann hand- oder insbesondere
robotergeführt
sein. Die Schweißzange
weist noch einen Presskrafteinheit auf, die an einer jeden Elektrode 5, 6 angreift.
Mittels der Presskrafteinheit können
die Spitzen der Elektroden 5, 6 mit konstanter,
insbesondere vorgebbarer Presskraft FD und
vorzugsweise unter Zwischenlage von miteinander zu verschweißenden Bauteilen 6, 7 aneinander
angelegt werden. Bei den Bauteilen 6, 7 handelt
es sich im Besonderen um Formbleche zur Herstellung von Karosserieteilen
von Kraftfahrzeugen, die zweckmäßiger Weise
entlang eines Falzes miteinander punktgeschweißt werden.
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Zur
Durchführung
des erfindungsgemäßen Verfahrens
werden die Elektroden 4, 5 im Bereich der später erfolgenden
Punktschweißung 8 an
gegenüberliegenden
Oberflächen 9, 10 der
gefügten
und gerichteten Bauteile 6, 7 im Bereich des späteren Schweißpunktes 8 angelegt.
Die Elektroden 4, 5 werden anschließend mit
einer bestimmten, vorgebbaren und regelbaren Presskraft FD zusammengepresst. Danach wird durch die Primärspule 2 ein
konstanter, insbesondere regelbarer Primärstrom IP durch
den Primärkreis
des Schweißtransformators 1 geleitet.
Dieser Primärstrom
IP erzeugt in bekannter Weise in der Sekundärspule 3 eine
Induktionsspannung VS, welche bei zusammengepressten
Elektroden 5, 5 den Schweißstrom IS bedingt.
Dieser Schweißstrom
IS wird für bestimmte Schweißzeit tS über
die Elektroden durch die zusammenpressten Bauteile 6, 7 geleitet.
Hierbei ist es sinnvoll, den Schweißstrom IS zuerst
mit einem niedrigen Wert, mit dem noch keine Schweißung möglich ist,
anzufahren, damit der Werkstoff zunächst erwärmt wird. Nach der Schweißzeit tS wird der Primärstrom IP und
damit auch der Schweißstrom
IS abgeschaltet. Bei der Durchleitung des
Scheißstroms IS quer zu der Oberfläche der beiden Bleche sollte
im Bereich seines Flusses und im Bereich der aneinander angepressten
Bleche möglichst
Werkstoff aufgeschmolzen werden.
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Zur Überprüfung der
Qualität
des so erzeugten Schweißpunktes 8 bzw.
zur Überprüfung ob überhaupt eine
Schweißung
stattgefunden hat, wird die die Elektroden 4, 5 zusammenpressende
Presskraft FD auf die Elektroden 4, 5 auch
nach der Schweißzeit
tS unverändert
aufrechterhalten. Nach einer sich der Schweißzeit tS anschließenden Wartezeit
tW wird für eine bestimmte regelbare
Prüfzeit
tP durch die Primärspule 2 ein Primärprüfstrom IPPS geleitet. Um die Gesamtbearbeitungszeit
zu reduzieren ist es hierbei in einigen Fällen möglich und auch sinnvoll, dass
die Wartezeit tW auf zumindest nahezu 0
Sekunden reduziert wird. Der nunmehr durch die Elektroden 4, 5 fließende Prüfstrom IPS wird ermittelt und der Wert des Prüfstroms
IPS mit zuvor ermittelten Vergleichswerten
verglichen. Diese Vergleichswerte werden anhand zuvor vorgenommenen
und hinsichtlich ihrer Qualität
bewerteten Schweißpunkte 8 gewonnen,
wobei mit ihnen so genannte Qualitätsfenster ermittelt werden
können.
Liegt ein Wert des Prüfstroms
IPS innerhalb eines entsprechenden Qualitätsfensters, wird
ein Schweißpunkt 8 als
gut bewertet.
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Unterschreitet
der Wert des Prüfstromes
IPS einen anhand der Vergleichswerte gewonnenen
Mindestprüfstromwert
IPmin, wird der Schweißpunkt 8 als unzureichend
gewertet. In sinnvoller Weise wird in diesem Fall für eine bestimmte
Zweitschweißzeit
tZS ein Primärstrom IZS erneut
angelegt, wodurch am Ort der zuvor gewünschten Schweißpunktes 8 eine
Zweitschweißung
vorgenommen wird. In zweckmäßiger Weise
wird hierbei die Zweitschweißzeit
tZS länger
als die Schweißzeit
tS gewählt.
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Alternativ
und/oder ergänzend
hierzu wird der Wert des Primärprüfstroms
IPS so gewählt, dass im Bereich des Stromflusses
und der gegenseitigen Berührung
der Bauteile 6, 7 miteinander zumindest geringfügig Werkstoff
der Bauteile 6, 7 aufgeschmolzen wird. Hierdurch
wird erreicht, dass die beiden Bauteile 6, 7 trotz nicht
erfolgter Schweißung
zumindest aneinander angeheftet werden. In zweckmäßiger Weise
wird hierbei der Wert des Primärprüfstroms
IPPS höher
als der Wert des Primärstroms
IP gewählt.
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In
2 ist
Diagramm zu der unten stehenden Wertetabelle dargestellt, das auf
eindrucksvolle Weise die Auswirkung eines reduzierten Schweißstromes
I
S auf den Ausknöpfdurchmesser eines Schweißpunktes
8 und
den Wert des Prüfstroms
I
PS aufzeigt. Bei der Erstellung der Wertetafel
nach Tabelle 1 wird die Presskraft F
D (Elektrodenkraft)
auf 4 kN eingestellt und mit Schweißströmen I
S zwischen
8,9 kA und 5,9 kA gearbeitet. Nach erfolgter Schweißung wurde
der Prüfstrom
I
PS durch den Schweißpunkt
8 gemessen,
wobei die Wartezeit t
W bei den vorliegenden
Versuchsreihen
0 Sekunden betrug. Die Werte für den Prüfstrom I
PS betrugen zwischen 6,5 kA und 5,74 kA.
Um die vorherig gemessenen Werte einer bestimmten Qualität zuordnen
zu können, wurde
der jeweils erzeugte Schweißpunkt
8 ausgerissen
und Aufknöpfdurchmesser
zwischen 7.2 mm und 0 mm ermittelt. Wie sich aus der vorliegenden
Tabelle ergibt, sollte bei den im Versuch vorliegenden Bedingungen
der Schweißstrom
I
S nicht wesentlich geringer als 6,5 kA
sein. Insbesondere ergeben sich gute Werte bei einem Schweißstrom I
S von etwa 9 kA, wobei hier noch keine Spritzer
auftraten.
Tabelle
1
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In 3 ist
ein Diagramm abgebildet, dass die Presskraft FD der
Elektroden 4, 5 und den Stromfluss des Schweißstromes
IS bei einem erfindungsgemäßen Verfahren
in Abhängigkeit
der Zeit zeigt. Insbesondere ist in dem Diagramm nach 2 der
Stromfluss und der Verlauf der Presskraft FD während der
Schweißpunktüberprüfung dargestellt.
Wie hieraus ersichtlich wird vor dem Einsetzen auch bereits des
nur erwärmenden
Schweißstroms
IS die Presskraft FD angelegt.
Der Schweißstrom
IS fließt
während
der Schweißzeit
tS und wird anschließend abgestellt. An die Schweißzeit tS schließt
sich die Wartezeit tW an, in der kein Strom
durch die Elektroden 4, 5 fließt, Die Presskraft FD hingegen wird vorzugsweise unverändert aufrechterhalten.
Nach der Wartezeit tW fließt während einer
Prüfzeit
tP ein Prüfstrom IPS durch
die Elektroden 4, 5. Während der Prüfzeit tP wird die Presskraft FD weiterhin
vorzugsweise unverändert
aufrechterhalten. Nachdem die Prüfzeit
tP abgelaufen ist, wird sowohl der Prüfstrom IPS und zeitversetzt dazu danach die Presskraft
FD abgeschaltet, bzw. nicht mehr aufrechterhalten
und die Elektroden 4, 5 gelöst. Die Bauteile 6, 7 und/oder
die Elektroden 4, 5 können dann zum Ort eines nachfolgend
anzubringenden Schweißpunktes 8 weitertransportiert
oder die fertig miteinander verschweißten Bauteile 6, 7 entnommen
werden.
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In 4 ist
ein weiteres Diagramm abgebildet, nur dass hier zusätzlich noch
der Verlauf der Presskraft FD und der Stromfluss
während
einer Zweitschweißung
mit nochmaliger Schweißpunktüberprüfung in
Abhängigkeit
der Zeit dargestellt ist. Zur Vermeidung unnötiger Wiederholung wird hier
nur auf den Verlauf des Diagramms nach der Prüfzeit tP eingegangen.
Im vorliegenden Fall wurde der Schweißpunkt 8 zumindest
als mangelhaft bewertet; d.h. der Prüfstrom IP lag
unterhalb des Minimalprüfstromwertes
IPSmin. Daher wird nach der Prüfzeit tP der Primärstrom IZS für eine bestimmte
Schweißzeit
tZS erneut angestellt und durch die unverändert mit
der Presskraft FD beaufschlagten Elektroden 4, 5 für die Zeitdauer
einer Zweitschweißzeit
tZS ein Zweitschweißstrom IZS geleitet.
Der Wert dieses Zweitschweißstroms
IZS wird zweckmäßiger höher eingestellt als derjenige
des Schweißstroms
IS. Alternativ oder ergänzend hierzu ist es sinnvoll,
die Zeitdauer der Zweitschweißung
gegenüber
derjenigen der Erstschweißung
zu verlängern.
Nach einer weiteren Wartezeit tW mit unverändert anliegender
Presskraft FD erfolgt erneut die nunmehr
bekannte Prüfung
des Schweißpunktes 8 während einer
Prüfzeit
tP mit entsprechendem Primärprüfstrom IPPS und bei weiterhin unverändert anliegender Presskraft
FD.
