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Die
Erfindung betrifft eine Schweißvorrichtung
zum Widerstandsschweißen
nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 und ein Verfahren zum Widerstandsschweißen mit
dieser Schweißvorrichtung.
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Für die Herstellung
der Verbindung der Bauteile von mechatronischen Produkten wird Widerstandsschweißen häufig als
Verbindungsverfahren eingesetzt.
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Das
Widerstandsschweißen
beruht auf Joulescher Widerstandserwärmung beim Stromfluss durch
die zu fügenden
Werkstücke.
Beim Widerstandsschweißen
werden keine abschmelzende Elektrode und kein Lichtbogen benötigt. Die
Metallverbindung erfolgt durch Erwärmen der Berührungsfläche der
Werkstücke
mit Hilfe des elektrischen Stroms (Ohmscher Widerstand der zu verbindenden Teile)
und durch anschließendes
Zusammendrücken. Zum
Widerstandsschweißen
werden eine hohe Stromstärke
und eine niedrige Spannung benötigt. Diese
Schweißverbindung
liefert eine hohe Güte.
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Strom
und Kraft werden durch Schweißelektroden übertragen.
Die Werkstücke
werden an den Stoßflächen nach
ausreichendem Erwärmen
unter Druck geschweißt.
Es kann ein Punkt oder mehrere gleichzeitig geschweißt werden
(Einpunktschweißen, Mehrpunktschweißen). Je
nach der Stromzufuhr unterscheidet man:
- • Einseitiges
Punktschweißen,
wenn der Strom durch nebeneinander stehende Elektroden von einer
Werkstückseite
zugeführt
wird.
- • Zweiseitiges
Punktschweißen,
wenn der Strom durch sich unmittelbar gegenüberstehende Elektroden von
beiden Werkstückseiten
zugeführt wird.
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Aufgrund
der unterschiedlichen Bauteilegeometrien und Werkstoffe der Schweißpartner
ist der Einsatz von verschiedenen Schweißelektroden erforderlich.
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In 1 ist
exemplarisch die Schweißaufgabe
an einer mechatronischen Baugruppe dargestellt. Im Beispiel sollen
ein Widerstand 1 und Litzen 2 auf einen Grundkörper 3,
ein Stanzteil, geschweißt
werden. Der gezeigte Widerstand 1 ist erfolgreich nur mit der
Elektrode 4 und die Litzen 2 nur mit der Elektrode 5 zu
schweißen.
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Werden
für eine
Widerstandsschweißaufgabe
zwei oder mehrere Elektroden benötigt,
ist es üblich,
für jede
Elektrode einen eigenen Schweißkopf mit
eigenem Elektrodenhalter zu verwenden. Die Anzahl der Elektroden
ergibt sich aus
- • der für die relevanten Einsatzbedingungen
der Schweißaufgabe
gewählten
Elektrodenwerkstoffe und
- • der
gewählten
Form, Befestigung und Kühlung der
Elektroden.
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Eine
Ausnahme davon bildet das Mehrpunktschweißen, dabei werden mit zwei
oder mehr Elektroden nacheinander oder gleichzeitig mehrere Schweißpunkte
in einer Schweißspielzeit
erzeugt. Zum Beispiel werden beim einseitigen Doppelpunktschweißen in einer
Schweißspielzeit
zwei einzelne Schweißpunkte
hergestellt. Hierbei durchfließt
der gleiche Strom zwei Elektroden (siehe Bild 8 2) innerhalb
eines einzigen Stromkreises (Serienschaltung). Beim Vielpunktschweißen werden
in einem Schweißzyklus
zwei oder mehr Schweißpunkte
erzeugt, Bilder 6, 8, 9- 2. Polarität und Phasenlagen sind bei
Bild 6 und Bild 9 zu beachten.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schweißvorrichtung
zum Widerstandsschweißen
so weiterzubilden, dass mit ihr auch zwei oder mehr Schweißstellen,
bei denen unterschiedliche Elektroden erforderlich sind, kostengünstig herzustellen
sind. Weiterhin soll ein Verfahren zum Widerstandsschweißen mit
dieser Schweißvorrichtung
angegeben werden.
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Diese
Aufgabe wird bezüglich
der Schweißvorrichtung
durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.
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Erfindungsgemäß ist vorgesehen,
dass zumindest zwei Elektroden mit unterschiedlichen Elektrodeneigenschaften
in einem Elektrodenhalter angeordnet sind, der am Schweißkopf schnellwechselbar befestigt
ist. So können
mit nur einem Schweißkopf Schweißstellen,
bei denen unterschiedliche Elektroden erforderlich sind, kostengünstig hergestellt
werden. Durch das schnelle Auswechseln des Elektrodenhalters werden
Stillstandszeiten reduziert.
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Bevorzugt
ist der Elektrodenhalter mit einer einzigen Schraubverbindung am
Schweißkopf
befestigt und lässt
sich so schnell und einfach auswechseln.
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Die
Vorteile des schnellwechselbaren Elektrodenhalters bestehen auch
darin, dass der Elektrodenhalter durch Lösen der Schraube demontiert
und außerhalb
der Schweißvorrichtung
mit neuen Elektroden bestückt
werden kann, was wiederum eine Reduktion der Stillstandszeiten der
Maschine bewirkt.
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Entweder
sind die Elektroden für
den Minuspol und/oder die Elektroden für den Pluspol in einem eigenen
schnellwechselbaren Elektrodenhalter angeordnet.
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Die
unterschiedlichen Elektrodeneigenschaften umfassen die Geometrien
der Elektrodenspitzen, die Länge
der Elektroden, die Elektrodenwerkstoffe und die Kühlung der
Elektroden.
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Bezüglich des
Verfahrens wird die genannte Aufgabe dadurch gelöst, dass für jede Schweißbedingung
eine Elektrode im Elektrodenhalter angeordnet wird und dass für jede Schweißung die
geeignete Elektrode durch eine vertikale oder horizontale Bewegung
des Schweißkopfes
bzw. des Elektrodenhalters an die geforderte Schweißstelle
verfahren wird.
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Bevorzugt
wird durch unterschiedliche Längen
der Elektroden im Elektrodenhalter und/oder Drehung des Schweißkopfes
bzw. des Elektrodenhalters eine Störung des Schweißvorganges
durch die nicht im Einsatz befindliche Elektrode vermieden.
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Die
Erfindung kann beidseitig, d.h. für den Plus- und Minus-Pol verwendet
werden. Eine Abgrenzung zum Mehrpunkt-, Doppel- und Vielpunktschweißen besteht
darin, dass die verschiedenen Schweißstellen entsprechend der relevanten
Einsatzbedingungen und E-lektrodenausführungen verschieden parametriert
(Schweißparameter,
Elektroden usw.) werden können.
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Vorteile:
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- – Reduktion
der Stillstandszeiten aufgrund von Elektrodenwechseln
- – Der
Einsatz unterschiedlicher Elektrodengeometrien entsprechend der
vorliegenden Einsatzbedingungen ist möglich.
- – Geringere
Investitionskosten aufgrund des Wegfalls eines bzw. mehrerer Schweißköpfe
- – Geringere
Investitionskosten aufgrund der geringen Anzahl von Arbeitsstationen
an Maschinen
- – Einsatz
von bewährten
Verfahren und Komponenten zur Durchführung der Schweißaufgabe und
Prozessüberwachung
ist möglich
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Vorteile gegenüber Doppel- und Vielpunktschweißen:
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Eine
Prozessüberwachung
ist entsprechend einem zweiseitigen Einpunktschweißens auszuführen. Die
Aussichten Prozesskontrolleinrichtungen in der Fertigung einsetzen
zu können,
sind beim Einzelpunktschweißen
am größten, beim
Vielbuckelschweißen
sind sie als aussichtslos abzuschätzen.
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Die
Erfindung kann überall
dort eingesetzt werden, wo zwei oder mehr Schweißstellen unter unterschiedlichen
Einsatzbedingungen und mit unterschiedlichen gewählten Formen, Befestigung und Kühlung der
Elektroden ausgeführt
werden sollen.
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Beim
erfindungsgemäßen Einkopf-Mehr-Elektroden-Widerstandsschweißen wird demnach
eine nicht eingegrenzte Zahl von Elektroden unterschiedlicher Länge in einen
schnellwechselbaren Elektrodenhalter für zwei oder mehr Elektroden
eingesetzt.
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Weitere
vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind der Figurenbeschreibung
zu entnehmen.
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Die 1 und 2 wurden
schon in der Beschreibungseinleitung beschrieben.
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3 zeigt
einen Ausschnitt aus einer Schweißvorrichtung. Mit dem Bezugszeichen 9 ist eine
Aufnahme für
einen Elektrodenhalter 7 an einem Schweißkopf 6 bezeichnet.
Der Elektrodenhalter 7 ist so ausgebildet, dass er schnell
gegen einen anderen Elektrodenhalter ausgewechselt werden kann.
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Damit
dies möglich
ist, wird der Elektrodenhalter 7, in dem hier gezeigten
Beispiel, nur über
eine einzige Schraubverbindung 8 am Schweißkopf befestigt.
Es ist jede Verbindungsart denkbar, bei der der Elektrodenhalter 7 sowohl
fest am Schweißkopf 6,
oder hier an der Aufnahme 9, befestigt oder verankert ist
als auch leicht auswechselbar ist.
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Die
Vorteile des schnellwechselbaren Elektrodenhalters 7 bestehen
auch darin, dass der Elektrodenhalter 7 durch Lösen der
Schraubverbindung 8 demontiert und außerhalb der Schweißvorrichtung mit
neuen Elektroden bestückt
werden kann, was wiederum eine Reduktion der Stillstandszeiten der Maschine
bewirkt.
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In 3 ist
beispielhaft ein Elektrodenhalter 7 mit zwei Elektroden 4, 5 mit
voneinander verschiedenen Elektrodeneigenschaften gezeigt.
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Wie
in 3 gezeigt, ist gerade die Elektrode 5 im
Einsatz, während
die Elektrode 4 sich in einem Freiraum befindet, in dem
kein Kontakt zum Schweißmedium
oder anderen Bauteilen besteht. Aus diesem Grund weisen die beiden
Elektroden 4, 5 auch eine unterschiedliche Länge auf,
wodurch sie sich nicht so leicht gegenseitig stören.
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Die
Elektroden 10, 11 mit der entgegengesetzten Polung
wie die Elektroden 4, 5 sind unterhalb des zu
verschweißenden
Teils, hier ein Stanzteil 12, angeordnet und sind ebenfalls
in einem schnellwechselbaren Elektrodenhalter 13 angebracht.
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Die
Durchführung
der einzelnen Schweißaufgaben
erfolgt durch das Verschieben der Elektroden 4, 5 in
x-, y- und z-Achse.
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Das
Funktionsprinzip des erfindungsgemäßen Einkopf- Mehrelektroden-Schweißkopfes
ist in den 4 und 5 dargestellt.
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Das
Funktionsprinzip gestaltet sich wie nachfolgend dargestellt:
- 1. Schweißung
des Schweißpartners 1 (z.B.
der Widerstand 1 in 1) an den
Schweißpartner 3 mit
der Elektrode 5.
- 2. Verfahren des Schweißkopfs
bzw. des Elektrodenhalters 7 und damit der Elektroden in
vertikaler und horizontaler Richtung. Mit dem Bezugszeichen 14 ist
der Schweißhub
bezeichnet.
- 3. Schweißung
des Schweißpartners 3 (z.B.
Litze 2 in 1) an Schweißpartner 2 mit der
Elektrode 4.
- 4. Verfahren des Schweißkopfes 6 bzw.
des Elektrodenhalters 7 in die Grundposition.
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- 1
- Widerstand
- 2
- Litzen
- 3
- Grundkörper
- 4
- Elektrode
- 5
- Elektrode
- 6
- Schweißkopf
- 7
- Elektrodenhalter
- 8
- Schraubverbindung
- 9
- Aufnahme
- 10
- Elektrode
- 11
- Elektrode
- 12
- Stanzteil
- 13
- Elektrodenhalter
- 14
- Schweißhub