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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bolzenschweißen unter
Einsatz von Schweißteilen mit insbesondere länglicher,
gerader oder gekrümmter Schweißfläche.
Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Schutzgas-Feldformereinheit
für eine Bolzenschweißvorrichtung zum Verschweißen
derartiger Schweißteile sowie eine Bolzenschweißvorrichtung mit
einer derartigen Schutzgas-Feldformereinheit.
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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 werden 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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Aus
der
DE 102 53 415
A1 ist eine Lichtbogen-Schweißvorrichtung und
ein Verfahren zum Schweißen von Blechen an metallische
Gegenstücke bekannt, wobei mittels einer Magnetfelderzeugungsvorrichtung
im Bereich des Lichtbogens ein Magnetfeld mit einer Komponente quer
zur Erstreckung der länglichen Stirnseite des zu verschweißenden
Blechs und quer zur Erstreckung des bei dem Schweißvorgang
erzeugten Lichtbogens erzeugt wird. Hierdurch wird der Lichtbogen
in Richtung der Erstreckung der länglichen Stirnseite des
zu verschweißenden Teils bewegt. Insbesondere wird bei
diesem Verfahren ein magnetisches Wechselfeld eingesetzt, um den
Lichtbogen mehrmals entlang der Stirnseite des zu verschweißenden
Teils hin und her bewegen zu können, wobei die Schmelze
während dieser Hin- und Herbewegungen erzeugt wird. Das
Zuführen eines Schutzgases ist bei dieser Vorrichtung bzw.
diesem Verfahren nicht vorgesehen. Zur Erzeugung des Magnetfelds
ist eine separate Stromversorgungseinheit erforderlich, wodurch
ein zusätzlicher Aufwand bedingt ist.
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Aus
der
DE 28 18 896 A1 ist
ein Verfahren zum Lichtbogen-Bolzenschweißen bekannt, mit
dem die Bildung von Schweißporen durch das Zuführen von
Schutzgas vermieden wird, wobei die den Schweißbereich
umgebende Luft und das Schutzgas gemeinsam aus dem Schweißbereich
abgesaugt werden. Hierzu wird ein doppelrandiges Ringelement verwendet,
welches das zu verschweißende Teil umgibt, wobei im Ringraum
zwischen der Innenwandung des Ringelements und dem zu verschweißenden
Teil das Schutzgas zugeführt und im Ringraum zwischen den
beiden Wandungen des Ringelements wieder abgesaugt wird. Allerdings
ist es hierbei erforderlich, den relativ großen inneren
Ringraum, in welchem sich das zu verschweißende Teil befindet,
vollständig mit Schutzgas zu füllen, bevor ein
Schweißvorgang mit dem gewünschten guten Schweißergebnis
ausgeführt werden kann. Eine Feldformereinheit zur Gewährleistung
einer qualitativ hochwertigen Schweißung auch mit länglich
ausgedehnten Schweißteilen ist hierbei nicht vorgesehen.
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Um
ein Bolzenschweißverfahren bereitzustellen, mit dem auch
Schweißteile mit länglicher Schweißfläche
sicher verschweißbar sind, wird in der
DE 10 2004 060 389 A1 einer
Vorrichtung mit einer Schutzgas-Feldformereinheit vorgeschlagen,
die eine Magnetspule aufweist, wie sie in der
DE 36 31 598 A1 beschrieben
ist. Überraschenderweise sind hierdurch auch Schweißteile
mit länglicher Schweißfläche sicher verschweißbar.
Offensichtlich wirkt sich das Magnetfeld, das durch eine Ringspule
mit wenigen Win dungen 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.
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In
der Praxis zeigen sich bei der Anwendung einer derartigen Bolzenschweißvorrichtung
Nachteile im Bedienkomfort und der Handhabung aufgrund einer manchmal
als störend empfundenen Kabelführung oder eines
erhöhten Gewichts.
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Der
vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Bolzenschweißverfahren
sowie eine Feldformereinheit für eine Bolzenschweißvorrichtung
und eine Bolzenschweißvorrichtung zur Durchführung
eines solchen Verfahren zu schaffen, welche den Bedienkomfort erhöht
und die Handhabung vereinfacht.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren
mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch eine Feldformereinheit
mit den Merkmalen des Anspruchs 6 und eine Bolzenschweißvorrichtung
mit den Merkmalen des Anspruchs 9 gelöst.
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Durch
die erfindungsgemäße separate Ausbildung einer
Feldformereinheit von der eigentlichen Bolzenschweißvorrichtung
bzw. von dem Schweißkopf oder der manuellen Bolzenschweißpistole
der Bolzenschweißvorrichtung ist es nunmehr möglich, die
Feldformereinheit vor dem eigentlichen Schweißvorgang auf
oder unterhalb eines Werkstückes zu positionieren und erst
nachfolgend den Schweißkopf oder die manuelle Bolzenschweißpistole
der Bolzenschweißvorrichtung anzusetzen.
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Hierdurch
vereinfacht sich vorteilhafterweise die Handhabung des Schweißkopfs
oder der manuellen Bolzenschweißpistole, welche nicht mehr
das zusätzliche Gewicht der Feldformereinheit aufweist.
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Die
in der
DE 10 2004
060 389 A1 geschilderten vorteilhaften Auswirkungen der
Feldformereinheit zeigen sich selbstverständlich auch in
der erfindungsgemäßen separaten Ausbildung, wobei
Versuche überraschenderweise auch bei einer Anordnung der
Feldformereinheit unterhalb des Werkstücks nahezu identische
Auswirkungen auf den Schweißvorgang belegen. Möglicherweise
dient als Erklärung die Tatsache, dass ein Lichtbogen zwischen
einer Stirnfläche der Spule und der Oberfläche des
Gegenstücks nur theoretisch homogen ist und sich die Ladungen
auf den kürzesten geraden Strecken zwischen Stirnfläche
der Spule und Oberfläche des Gegenstücks bewegen.
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In
der Praxis bewirken dagegen Randeffekte und das elektrische Potenzial,
dass der Lichtbogen und damit die Schweißung nicht homogen
sind. Beobachtet wird zum Beispiel eine Ablenkung des Stromflusses
von der Schweißachse hin zum positiven Potenzial am Gegenstück.
Dadurch ist die Schweißnaht am Bolzen nicht gleichmäßig,
sondern an einer Seite größer oder höher.
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Wird
nun eine Spule um den Bolzen so herumgewickelt, dass die Spulenachse
mit der Schweißachse zusammenfällt, entsteht durch
die Bestromung der Spule ein Magnetfeld, das im spuleninneren parallel
zur Schweißachse ist und am Spulenrand eine zusätzliche
radiale Komponente hat. Da sich der Lichtbogen am Spulenrand befindet,
wirkt aufgrund des Magnetfeldes eine Kraft auf den Lichtbogen. Die zur
Stromachse parallele Magnetfeldkomponente ist im Wesentlichen parallel
zum Stromfluss im Lichtbogen und hat daher keine oder nur geringe
Wirkung.
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Die
senkrechte, radiale Komponente des Magnetfeldes erzeugt auf die
geladenen Teilchen im Lichtbogen eine Lorenz-Kraft, die die Ladungen
auf einem Kreisbogen beschleunigt. Die Ladungen im Lichtbogen bewegen
sich somit auf einer Spirale, analog zur Wicklung der ein Magnetfeld
erzeugenden Spule. Die Ladungen kreisen im oder gegen den Uhrzeigersinn,
je nachdem ob die senkrechte Magnetfeldkomponente radial nach außen
oder nach innen zeigt. Durch die beschriebene Wirkung des Magnetfeldes
wird der Lichtbogen kreissymmetrisch, was vorteilhafterweise eine
wesentlich homogenere Schweißung bzw. Schweißnaht
zur Folge hat.
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In
bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist die Feldfonnereinheit
bzw. die Spule als Spuleneinheit mit einer zylindrischen, topfförmigen
Form ausgebildet, so dass die Spuleneinheit zum Schweißen
mit ihrer Stirnseite auf das Werkstück (von oben oder unten)
aufgesetzt wird. Dies kann beispielsweise auch mittels einer ortsfest
zum Werkstück anordenbaren Schablone mit wenigstens einer
Ausnehmung geschehen, in welche vorzugsweise die Spule bzw. die
Spuleneinheit ebenfalls zumindest in einer Ebene parallel zum Werkstück
ortsfest einsetzbar ist. Hierdurch ist es vorteilhafterweise möglich,
sowohl die Spule ortsfest zum Werkstück anzuordnen, als auch
den Schweißbereich, nämlich innerhalb der Ausnehmung,
eindeutig festzulegen.
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Durch
die Austauschbarkeit, beispielsweise Einsetzen und Halterung der
Spule bzw. der Spuleneinheit in einen entsprechend komplementär
ausgebildeten Ausnehmungsrand (Stufe) oder eine entsprechende Ausbildung
der oberen Stirnfläche der Spule (Erweiterung beispielsweise
in Form eines Kragens) ist es vorteilhafterweise möglich,
die Ausnehmung(-en) der Schablone auch mit anderen Spulen für
unterschiedliche Schweißungen zu bestücken.
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Im
Falle der Anordnung der Spule unterhalb des Werkstücks
(und damit unterhalb der Schweißfläche) verbleibt
dennoch der Vorteil der eindeutigen Festlegung des Schweißbereiches
und eine etwaige Führung des Schweißkopfs oder
der Schweißpistole, jedoch in diesem Fall nur durch die
Ausnehmung selbst, statt, wie im oberen Fall, durch die darin eingesetzte
Spule, durch welche hindurch die Schweißung erfolgt. In
jedem Fall wird für die Schweißung das Schweißteil
durch die Ausnehmung zur Oberfläche des Werkstücks
hindurch bewegt und mit dem Werkstück verschweißt.
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In
vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung wird der über
den Lichtbogen fließende Schweißstrom durch die
Spule geführt. Hierbei ist die Ringspule hinsichtlich des
Leiterquerschnitts so dimensioniert, dass der gesamte Schweißstrom
zur Erzeugung eines Magnetfelds während des Schweißvorgangs über
die Spulenwindungen fließen kann. Vorteilhafterweise können
hierbei zwei Spulenanschlüsse vorgesehen sein, von denen der
eine Spulenanschluss mit der den Schweißstrom führenden Schweißleitung
verbindbar ist und von denen der andere Spulenanschluss elektrisch
mit dem Werkstück verbindbar ist. In diesem Fall ergibt
sich daher keine zusätzlich Leitung zum Schweißkopfs
oder der Schweißpistole.
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In
bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung weist die Spuleneinheit
ein im Wesentlichen hohlzylindrisches oder topfförmiges
Trägerelement auf, wobei der elektrische Leiter der Ringspule
vorzugsweise auf den Außenumfang des Trägerelements
gewickelt ist. Hierdurch kann im Innenraum des Trägerelements
die Schweißung erfolgen, ohne dass eine Schädigung
der Spule zu befürchten ist. Selbstverständlich
kann der Leiter jedoch auch in die betreffende Außenwandung
integriert oder innerhalb der Außenwandung vorgesehen sein.
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Da
für das Verschweißen von Schweißteilen mit
längeren Schweißzeiten von beispielsweise mehr als
50 ms Poren im aufgeschmolzenen Material auftreten können,
ist es vorteilhaft derartige Schweißungen unter Schutzgasatmosphäre
durchzuführen.
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Hierzu
kann die Bolzenschweißvorrichtung bzw. die (manuell bedienbare)
Bolzenschweißpistole oder der Schweißkopf im vorderen
Bereich einen Ringraum, beispielsweise in Form eines doppelwandigen
Napfes, aufweisen, durch welchen, wie in der
DE 10 2004 060 389 A1 beschrieben,
ein Schutzgas zugeführt werden kann, 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.
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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.
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Auf
diese Weise ergibt sich der Vorteil, dass bereits kurze Zeit nach
dem Zuführen von Schutzgas 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.
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Demzufolge
umfasst eine derartige Bolzenschweißvorrichtung einen topfförmigen
Bereich bzw. Napf, welcher eine doppelwandige Umfangswandung aufweist,
in der ein Ringraum vorgesehen ist, in welchem 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 geleitet.
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Der
topfförmige Bereich kann hierbei vorzugsweise als Teil
des Schweißkopfes oder der Bolzenschweißpistole
ausgebildet sein, so dass dieser topfförmige Bereich in
die Ausnehmung der Schablone oder in einen Einsatz, vorzugsweise
in die darin eingesetzten Spuleneinheit eingreift und vorzugsweise
für das Ansetzen des Schweißkopfes oder der Bolzenschweißpistole
als Führung, dient.
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Entsprechend
weist der in das hohlzylindrische oder topfförmige Trägerelement
und im Wesentlichen koaxial zu diesem einführbare, hohlzylindrische,
topfförmige Bereich einen gegenüber dem Innendurchmesser
des Trägerelements kleineren Außendurchmesser
auf. Der Ringraum in dem topfförmigen Bereich reicht vorzugsweise
von einem rückwärtigen Bereich, in dem das Zuführen
des Schutzgases erfolgt, bis in einen vorderen Bereich des topfförmigen
Bereich.
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Der
topfförmige Bereich sowie die hiervon getrennt ausgebildete
Feldformereinheit bzw. das Trägerelement besteht aus einem
nicht-ferromagnetischen Material, wie z. B. Messing, Kupfer oder Kunststoff,
wobei das Material vorzugsweise entsprechend widerstandsfähig
gegen Hitze und Schweißspritzer sein sollte, da die Feldformereinheit
sowie der topfförmige Bereich zur Durchführung
eines Schweißvorgangs vorzugsweise mit ihrem vorderen Bereich
unmittelbar auf die Oberfläche des Werkstücks
aufgesetzt wird. Bei Verwendung eines Kunststoffmaterials muss daher
ein entsprechend hitzebeständiger Kunststoff gewählt
werden.
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Nach
einer Ausführungsform des topfförmigen Bereichs
für die Zuführung des Schutzgases ist die vordere
Stirnseite in axialer Richtung gegenüber 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 topfförmigen Bereichs entstehenden Ringspalt
radial nach innen in den Innenraum des hohlzylindrischen Teils strömen.
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Selbstverständlich
kann jedoch der Ringraum zwischen den beiden Wandungen des topfförmigen
Bereichs im vorderen Bereich in axialer Richtung geschlossen sein.
Das Ausströmen des Gases kann dann beispielsweise durch
radiale Durchbrüche oder Bohrungen im vorderen Bereich
des topfförmigen Bereichs erfolgen. Die betreffenden Durchbrüche
können beispielsweise in äquidistanten Winkelabständen
in der Wandung des topfförmigen Bereichs vorgesehen sein.
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Durch
das Erzeugen eines im Wesentlichen gleichmäßigen,
symmetrischen Gasstroms radial nach innen ergeben sich keine nennenswerten
Störungen des Lichtbogens.
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Weitere
Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand in der Zeichnung dargestellter
Ausführungsformen näher erläutert. In
der Zeichnung zeigen:
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1 eine
perspektivische Ansicht einer ersten Ausführungsform einer
Bolzenschweißvorrichtung mit einer Feldformereinheit nach
der Erfindung;
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2 eine
teilgebrochene Vorderansicht auf die Bolzenschweißvorrichtung
mit einer Feldformereinheit nach 1;
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3 eine
perspektivische Ansicht einer zweiten Ausführungsform einer
Bolzenschweißvorrichtung mit einer Feldformereinheit nach
der Erfindung und
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4 eine
teilgebrochene Vorderansicht auf die Bolzenschweißvorrichtung
mit einer Feldformereinheit nach 3.
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Die
in 1 dargestellte erste Ausführungsform
einer Bolzenschweißvorrichtung, beispielsweise in Form
einer Bolzenschweißpistole 1, weist an ihrer vorderen,
einem Werkstück 9 zugewandten Seite einen Haltering 3 auf,
welcher beispielsweise mittels einer Schraubverbindung oder klemmend
am Gehäuse der Bolzenschweißpistole 1 oder
eines Bolzenschweißkopfs fixiert werden kann.
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Von
dem vom Bolzenschweißkopf oder von der Bolzenschweißpistole 1 abgewandten
Stirnseite des Halterings 3 erstrecken sich zwei Distanzstäbe 19 nach
unten, die bei spielsweise mit dem Haltering 3 verschraubt
sein können. Am anderen Ende der Distanzstäbe 19 wird
eine Halteplatte 17 befestigt, beispielsweise mittels Maschinenschrauben
verschraubt.
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Die
Halteplatte 17 weist einen nicht näher dargestellten,
beispielsweise kreisförmigen Durchbruch auf, durch welche
eine Schweißachse 31 mit einer im vorderen Bereich
fest angeordneten Halteeinrichtung 29 hindurchreicht und
senkrecht nach unten zum Werkstück 9 hin bewegt
werden kann.
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Die
in 2 dargestellte Halteeinrichtung 29 ist
derart ausgebildet, dass sie spezielle Schweißteile 27 zu
fixieren vermag, welche einen unteren Bereich besitzen, der eine
längliche Schweißfläche 33 aufweist.
Die längliche Schweißfläche 33 ergibt
sich durch das Herstellen des Schweißteils 27 aus
einem Blech vorbestimmter Dicke, beispielsweise einer Dicke von
1 bis 5 mm. Die Länge der Schweißfläche 33 ist
deutlich größer als deren Breite, die der Bleckdicke
entspricht, und kann 25 mm und mehr betragen.
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An
der Halteplatte 17 ist, beispielsweise mittels Maschinenschrauben,
ein sich senkrecht nach unten erstreckender, napfförmiger
Bereich 21 fixiert. Dieser napfförmige Bereich 21 besitzt
eine äußere Wandung 23 und eine innere
Wandung 25 zwischen denen ein Ringraum für das
Zuführen von Schutzgas besteht. Wie aus 2 ersichtlich,
kann sich die äußere Wandung 23 bis zum
Werkstück 9 hin nach unten erstrecken, wobei – wie
in der Zeichnung ersichtlich – kein planares Aufsetzen,
sondern durch einen entsprechend gerundeten Abschluss der Stirnseite ein
punktförmiges Aufsetzen der Stirnseite der äußeren
Wandung 23 erfolgen kann.
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Die
innere Wandung 25 erstreckt sich nicht bis hin zum Werkstück 9,
sondern bildet darüber einen vorzugsweise planaren unteren
stirnseitigen Abschluss, so dass durch den in diesem Bereich entstehenden
Ringspalt Schutzgas in den Innenraum des napfförmigen Bereichs 21 eindringen
kann. Das Schutzgas wird hierbei in nicht näher dargestell ter Weise
im rückwärtigen bzw. oberen Bereich des napfförmigen
Bereichs 21, beispielsweise unterhalb der Halteplatte 17,
in den Ringraum eingeleitet.
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Die
Bolzenschweißpistole 1 oder der Schweißkopf
mit seinem im vorderen bzw. unteren Bereich angeordneten, napfförmigen
Bereich 21 ist, wie in 1 und 2 dargestellt,
in eine Schablone 5 mit einer darin vorgesehenen Ausnehmung
mit im Verhältnis zur Außenabmessung des napfförmigen Bereichs 21 größeren
Abmessung eingesetzt.
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Die
Schablone 5 weist hierbei ein in die Ausnehmung einsetzbares
Trägerelement 35 auf, welches hohlzylinderförmig
ausgebildet ist und am oberen Ende einen rechtwinklig nach außen
geformten, vorzugsweise umlaufenden runden oder eckigen Kragen aufweist.
Dieses Trägerelement kann in eine entsprechend in der Schablone 5 komplementär
ausgebildete Ausnehmung, nämlich dem Kragen entsprechende
Stufe, bündig eingesetzt werden, so dass es in der Schablone 5 auch
ohne weitere Befestigungsmittel zumindest in der Ebene der Schablone, und
damit parallel zum Werkstück 9, ortsfest fixiert ist.
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Am
Außenumfang des Trägerelements 35 befindet
sich eine Spule 7 bzw. deren, wie im Beispiel dargestellt,
drei Windungen der Spule 7, wobei deren beiden Enden 11 und 13 derart
angeschlossen werden, so dass in an sich bekannter Weise die Spule 7 vom
gesamten Schweißstrom durchflossen wird.
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Durch
die separate Ausbildung der Spule 7 von der Bolzenschweißpistole 1 oder
dem Schweißkopf ist es nunmehr möglich, ein Ende
der Spule je nach gewünschter Durchströmungsrichtung
mit dem Werkstück, und das andere Ende mit einem Pol eines Schweiß-
oder Steuergeräts zu verbinden. Beispielsweise kann das
obere Ende 11 mit einem Pluspol eines Steuergeräts
und das untere Ende 13 der Spule 7 elektrisch
leitend mit dem Werkstück 9 verbunden werden.
Der Minuspol des Steuergeräts ist dann nur noch elektrisch
mit der Schweißachse, und damit dem Schweißteil 33 für
die Schweißung zu verbinden bzw. mit Strom zu beaufschlagen,
ohne dass zusätzliche Heizungen oder Zuführungen
an der Bolzenschweißpistole 1 oder dem Schweißkopf
notwendig wären. Selbstverständlich kann die Durchströmungsrichtung
und damit die Richtung des erzeugten Magnetfeldes durch Umpolung
(Minuspol statt Pluspol oder durch Umbelegung der Enden (Ende 11 mit Werkstück
und Ende 13 mit Minuspol) geändert werden.
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Entsprechend
wird mit der dargestellten erfindungsgemäßen Feldformereinheit
in Form einer Spule 7, welche separat von der Bolzenschweißpistole 1 und
dem Schweißkopf ausgebildet ist, eine Schweißung
mit einem herkömmlichen Bolzenschweißkopf oder
Schweißpistole 1, vorzugsweise mit einem im vorderen
Bereich angeordneten napfförmigen Bereich 21 für
die Zuführung von Schutzgas, durchgeführt, ohne
dass ein Nachrüsten von zusätzlichen Leitungen
bzw. Zuführungen für herkömmliche Schweißköpfe
oder -pistolen oder die Verwendung von speziellen derartigen Schweißköpfen
oder -pistolen notwendig wird.
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Wie
aus 1 und 2 ersichtlich, kann unterhalb
des Werkstücks 9 im Bereich der gewünschten Schweißung,
vorzugsweise mit mindestens den Außenabmessungen des Trägerelements 35,
eine Auflage 15 vorgesehen sein, welche vorzugsweise Planar
im Bereich der Schweißung unterhalb des Werkstückes
anliegt und ein Durchdrücken oder eine Verformung während
der Schweißung verhindert.
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Um
die Schablone 5 ortsfest zum Werkstück 9 anzuordnen,
kann eine in der Zeichnung nicht näher dargestellte Halterung
vorgesehen sein, wobei es aber auch denkbar ist, dass die Schablone
mit entsprechenden Abstandsteilen am Werkstück aufliegt und
so zumindest gegen ein Kippen gesichert ist.
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Die
in 3 dargestellte zweite Ausführungsform
der Erfindung unterscheidet sich, wie aus 3 und 4 ersichtlich,
von der ersten Ausführungsform dadurch, dass die Spule 7' nunmehr
unterhalb des Werkstücks 9, statt wie in der erstere
Ausführungsform oberhalb des Werkstücks 9,
angeordnet ist. Hierbei kann die Spule 7' um ein vorteilhafterweise zylinderförmig
ausgebildetes Trägerelement 15' mit beispielsweise
ebenfalls drei Windungen gewickelt sein, wobei das Trägerelement 15' in
diesem Fall gleichzeitig, wie vorstehend für die erste
Ausführungsform geschildert, als Auflage für die
Schweißung dienen kann.
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Statt
einem Trägerelement 35 ist in dieser Ausführungsform
in die Schablone ein einsetzbares Teil 35' mit vorzugsweise
identischen äußeren Abmessungen zum Trägerelement 35 eingesetzt,
so dass durch die Ausbildung mit einsetzbaren Teilen mit unterschiedlichen
Innenabmessungen ein und dieselbe Schablone 5 für
unterschiedliche Schweißungen verwendet werden kann. Entsprechend
können in der ersten Ausführungsform die Trägerelemente 35 mit
unterschiedlichen Innenabmessungen ausgeführt sein, wobei
selbst das Einsetzen eines Trägerelements 35 statt
eines einsetzbaren Teils 35' in ein und dieselbe Ausnehmung
einer Schablone 5 möglich ist.
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Obwohl
in 1 bis 4 jeweils nur eine Ausnehmung
in der Schablone 5 dargestellt ist, ist es selbstverständlich
auch denkbar, mehrere Ausnehmungen – und damit mehrere
einsetzbare Teile 35' oder Trägerelemente 35 – darin
vorzusehen, in welche nacheinander eine Bolzenschweißpistole 1 oder ein
Bolzenschweißkopf eingeschoben oder eingeführt
werden kann, um entsprechende Schweißungen durchzuführen.
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Obwohl
in der zweiten Ausführungsform die erfindungsgemäße
Feldformereinheit in Form einer Spuleneinheit mit einer Spule 7' an
einem Außenumfang eines Trägerelements 15' angeordnet
ist, lässt sich mittels Versuchen in der Praxis wiederholt
die vorteilhafte Wirkung auch dieser Anordnung auf die Form und
Qualität über die gesamte Länge der Schweißfläche
belegen, auch wenn die Schweißfläche eine gegenüber
der Breite der Schweißfläche große Länge
aufweist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 19508380
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