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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Lichtbogenschweißen, wobei mittels eines Lichtbogens eine Schweißverbindung hergestellt wird, insbesondere zum Bolzenschweißen, wobei der Lichtbogen mittels einer Beeinflussungseinrichtung magnetisch beeinflusst wird, die einen magnetischen Kreis mit einer elektrischen Spuleneinrichtung und einem Feldformer aus einem magnetisierbaren Material aufweist, und wobei die Spuleneinrichtung zumindest während eines zeitlichen Abschnittes bei dem Herstellen der Schweißverbindung mit einem Beeinflussungsgleichstrom versorgt wird, um den Lichtbogen magnetisch zu beeinflussen.
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Im Lichtbogenschweißen wird mittels eines hohen Schweißstromes ein Lichtbogen erzeugt, mittels dessen ein Werkstoff an der Schweißstelle geschmolzen wird. Beim sog. Bolzenschweißen wird ein Befestigungselement wie ein metallischer Bolzen auf ein Werkstück wie ein metallisches Blech geschweißt. Hierbei wird das Befestigungselement von dem Werkstück beabstandet, wobei ein Lichtbogen dazwischen eingerichtet wird. Hierdurch schmelzen die einander gegenüberliegenden Flächen von Befestigungselement und Werkstück an. Anschließend wird das Befestigungselement auf das Werkstück abgesenkt, so dass der Lichtbogen kurzgeschlossen wird. Der Schweißstrom wird abgeschaltet. Sobald die Gesamtschmelze erstarrt ist, ist das Befestigungselement stoffschlüssig mit dem Werkstück verbunden.
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Auf dem Gebiet des Bolzenschweißens ist es bekannt, den Lichtbogen magnetisch zu beeinflussen. Hierzu wird ein magnetischer Kreis verwendet, der in der Regel eine elektrische Spuleneinrichtung und einen Feldformer aufweist. Der Feldformer ist dabei so angeordnet, dass er im Bereich des Lichtbogens ein magnetisches Feld einrichten kann, wenn die Spuleneinrichtung mit einem geeigneten Beeinflussungsstrom versorgt wird. Die Beeinflussung des Lichtbogens kann hierbei auf verschiedene Art und Weise erfolgen. Beispielsweise kann der Lichtbogen in eine Rotation versetzt werden. Dies gilt insbesondere dann, wenn als zu schweißende Befestigungselemente hülsenförmige Elemente wie beispielsweise Muttern oder Ähnliches verwendet werden.
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Die Beeinflussung des Lichtbogens kann jedoch auch den Zweck haben, den Lichtbogen zu fokussieren oder dgl.
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Derartige Lichtbogenschweißverfahren werden industriell in großem Maßstab eingesetzt. Hierbei wird in der Regel in schneller Folge ein Schweißvorgang nach dem anderen durchgeführt.
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Generell ist es hierbei das Ziel, die Befestigungselemente so auf das entsprechende Werkstück aufzuschweißen, dass sich eine hohe Festigkeit ergibt und insbesondere hohe Zug- und/oder Drehmomente.
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Es ist demzufolge eine Aufgabe der Erfindung, ein verbessertes Verfahren zum Lichtbogenschweißen anzugeben, mit dem sich hohe Festigkeiten erzielen lassen.
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Diese Aufgabe wird bei dem eingangs genannten Verfahren dadurch gelöst, dass die Spuleneinrichtung nach dem Herstellen der Schweißverbindung mit einem Remanenzbeseitigungsstrom versorgt wird, dessen Polarität entgegengesetzt ist zu der Polarität des Beeinflussungsgleichstromes, um auf diese Weise eine magnetische Remanenz in dem magnetischen Kreis zu verringern.
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Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird erreicht, dass der magnetische Kreis nach jeder Schweißung entmagnetisiert wird. Hierdurch wird verhindert, dass der Feldformer in eine Sättigung kommt. Zudem wird ein neutraleres Magnetfeld erreicht. Hierdurch kann die Festigkeit gegenüber Abzugskräften bzw. Drehmomenten erheblich verbessert werden, um bis zu 20%. Bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens auf das Gebiet des Bolzenschweißens ist es möglich, verschiedene Arten von Bauelementen auf Werkstücke zu schweißen, wie z. B. Schweißbolzen, Ringmuttern oder auch Blechteile. Generell ist es vorteilhaft, wenn durch den Remanenzbeseitigungsstrom die magnetische Remanenz in dem magnetischen Kreis vollständig beseitigt wird. Generell ist es jedoch bereits bevorzugt, wenn die Remanenzbeseitigung dazu führt, die magnetische Remanenz in dem magnetischen Kreis nach einem Schweißvorgang erheblich zu verringern.
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Eine derartige Remanenz baut sich zwar in der Regel von selbst wieder ab. Sofern jedoch mehrere Schweißvorgänge relativ kurzzeitig hintereinander durchgeführt werden, kann es vorkommen, dass die Remanenz nicht abgebaut wird und sich sogar noch verstärkt. Bei einem nachfolgenden Schweißvorgang wirkt auf den Lichtbogen dann nicht nur das elektrische Feld aufgrund des Beeinflussungsgleichstromes, sondern vielmehr auch das aufgrund der Remanenz ohnehin vorhandene Feld.
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Zwar könnte man auch daran denken, den Beeinflussungsgleichstrom dann entsprechend zu verringern. Hierdurch müsste man jedoch die Größe der Remanenz kennen, was nur sehr schwierig zu ermitteln ist.
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Durch das erfindungsgemäße Verfahren kann die Remanenz jedoch relativ schnell vor einem weiteren Schweißvorgang verringert bzw. vollständig eliminiert werden.
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Obgleich vorliegend generell von einem Strom zur Versorgung der elektrischen Spuleneinrichtung gesprochen wird, versteht sich, dass die generelle Funktionsweise des erfindungsgemäßen Verfahrens die gleiche ist, wenn in entsprechender Weise eine Spannung an die Spuleneinrichtung angelegt wird.
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Die Aufgabe wird hierdurch vollkommen gelöst.
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Generell wird die elektrische Spuleneinrichtung des magnetischen Kreises mit einem Beeinflussungsgleichstrom versorgt. Dieser kann jedoch zur Beeinflussung auch relativ schnell an- und abgeschaltet werden, nach der Art einer Pulsbreitenmodulation. Ferner ist es möglich, eine Mehrzahl von Spulen anzuordnen, die zeitlich nacheinander mit einem Beeinflussungsgleichstrom angeregt werden, um beispielsweise ein rotierendes Magnetfeld zur Beeinflussung des Lichtbogens einzurichten.
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Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es von besonderem Vorzug, wenn die Spuleneinrichtung nach dem Herstellen der Schweißverbindung mit einem ersten Remanenzbeseitigungsstrom versorgt wird, dessen Polarität entgegengesetzt ist zu der Polarität des Beeinflussungsgleichstromes, und wenn die Spuleneinrichtung anschließend mit einem zweiten Remanenzbeseitigungsstrom versorgt wird, dessen Polarität entgegengesetzt ist zu der Polarität des ersten Remanenzbeseitigungsstromes.
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Durch diese Maßnahme kann die Remanenz schrittweise abgebaut werden.
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Dies gilt insbesondere, wenn der Betrag des zweiten Remanenzstromes kleiner ist als der Betrag des ersten Remanenzbeseitigungsstromes.
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Insgesamt ist es ferner bevorzugt, wenn der Betrag des Remanenzbeseitigungsstromes kleiner ist als der Betrag des Beeinflussungsgleichstromes.
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Hierdurch kann die Remanenz wirksamer verringert werden.
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Gleiches gilt für den auch bevorzugten Fall, dass der Remanenzbeseitigungsstrom für eine kürzere Zeitspanne angelegt wird als der Beeinflussungsgleichstrom.
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Der Remanenzbeseitigungsstrom ist bevorzugterweise generell ein Gleichstrom, dessen Polarität bei einigen Ausführungsformen jedoch gewechselt werden kann.
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Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
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1 eine schematische Darstellung eines Lichtbogenschweißsystems; und
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2 ein Diagramm des Spulenstromes einer Spuleneinrichtung der 1 über der Zeit.
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In 1 ist ein Lichtbogenschweißsystem schematisch dargestellt und generell mit 10 bezeichnet. Das Lichtbogenschweißsystem 10 ist als Bolzenschweißsystem nach dem Hubzündungsverfahren ausgebildet und dient dazu, ein Befestigungselement 12 wie einen metallischen Bolzen an ein Werkstück 14 wie ein metallisches Blech zu schweißen.
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Das Lichtbogenschweißsystem 10 weist ein Schweißwerkzeug 16 auf. Das Schweißwerkzeug 16 beinhaltet eine Halteeinrichtung 18 zum Halten jeweils eines Befestigungselementes 12. Über die Halteeinrichtung 18 wird dem Befestigungselement 12 ein Schweißstrom IS zugeführt, und zwar mittels einer Schweißenergiequelle 22.
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Das Befestigungselement 12 ist gegenüber der Oberfläche des Werkstückes 14 beabstandet, und der Schweißstrom IS ist so hoch, dass ein Lichtbogen 20 dazwischen eingerichtet wird. Das Werkstück 14 ist Teil des Schweißstromkreises und vorliegend mit einer Masse 24 verbunden.
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Das Lichtbogenschweißsystem 10 beinhaltet ferner eine Lichtbogenbeeinflussungseinrichtung 26. Diese weist eine Spuleneinrichtung 28 und einen Feldformer 29 auf. Die Spuleneinrichtung 28 und der Feldformer 29 bilden einen magnetischen Kreis. Der Feldformer 29 ist so angeordnet, dass ein über freie Enden des Feldformers 29 erzeugtes magnetisches Feld den Lichtbogen 20 beeinflusst.
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Die Spuleneinrichtung 28 ist dabei vorzugsweise konzentrisch zu einer in 1 schematisch angedeuteten Schweißachse angeordnet.
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Die Spuleneinrichtung 28 ist mit einer Energiequelle 30 verbunden. Die Energiequelle 30 kann beispielsweise ein Netzteil zum Erzeugen eines Gleichstromes aus einem Wechselstrom sein. Die zwei Ausgangspole der Energiequelle 30 sind vorliegend jedoch nicht direkt mit der Spuleneinrichtung 28 verbunden, sondern über eine Umpolungseinrichtung 32. Die Umpolungseinrichtung 32 ermöglicht es, die Polarität eines der Spuleneinrichtung 28 zur Beeinflussung des Lichtbogens zugeführten Stromes IMAC zu wechseln. Die Energiequelle 30, die. Umpolungseinrichtung 32 und die Schweißenergiequelle 22 können mit einer übergeordneten Steuereinrichtung wie einem Mikrocontroller 34 verbunden sein.
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Anstelle einer separaten Umpolungseinrichtung 32 kann auch die Energiequelle 30 dazu ausgelegt sein, den Beeinflussungsstrom IMAC in unterschiedlichen Polaritäten bereitzustellen. Die Umpolung kann dabei in beiden Fällen entweder mittels eines Schalters oder mittels Software erfolgen.
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In 2 ist der der Spuleneinrichtung 28 zugeführte Strom I über der Zeit t dargestellt. Bei SP1 ist ein erster Schweißvorgang gezeigt. Zumindest während eines Abschnittes des ersten Schweißvorganges SP1 wird die Spuleneinrichtung 18 mit einem Beeinflussungsstrom IMAC beaufschlagt. In dem Zeitraum zwischen dem ersten Schweißvorgang SP1 und einem zeitlich nachfolgenden zweiten Schweißvorgang SP2 wird die Spuleneinrichtung 28 mit einem solchen Strom versorgt, so dass die Remanenz in dem magnetischen Kreis verringert oder eliminiert wird.
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Hierbei wird nach dem Abschalten des Beeinflussungsstromes IMAC ein Remanenzbeseitigungsstrom IRB angelegt, dessen Polarität entgegengesetzt ist zu der Polarität des Beeinflussungsstromes IMAC. Dies kann bereits hinreichend sein, um die Remanenz hinreichend zu verringern bzw. zu beseitigen, so dass im Anschluss hieran unmittelbar der zweite Schweißvorgang SP2 folgen kann.
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Bevorzugt wird jedoch an die Spuleneinrichtung 28 nach dem ersten Remanenzbeseitigungsstrom IRB ein zweiter Remanenzbeseitigungsstrom IRB2 angelegt. Dessen Polarität ist wiederum entgegengesetzt zu der Polarität des ersten Remanenzbeseitigungsstromes IRB. In entsprechender Folge können weitere Remanenzbeseitigungsströme IRB3, IRB4 und IRB5 an die Spuleneinrichtung 28 angelegt werden, die sich hinsichtlich der Polarität jeweils abwechseln.
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Durch diese Maßnahme kann die Remanenz vor dem Beginn des zweiten Schweißvorganges SP2 deutlich verringert oder sogar vollständig eliminiert werden.
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Der Betrag des ersten Remanenzbeseitigungsstromes IRB ist vorzugsweise kleiner als der Betrag des Beeinflussungsstromes IMAC. In entsprechender Weise sind die ggf. noch folgenden Remanenzbeseitigungsströme IRB2 etc. jeweils betragsmäßig kleiner als der vorherige Remanenzbeseitigungsstrom. Auch kann die Zeitspanne, für die der Remanenzbeseitigungsstrom angelegt wird, kleiner sein als die Zeitspanne, für die der Beeinflussungsgleichstrom angelegt wurde. In entsprechender Weise können die ggf. nachfolgenden weiteren Remanenzbeseitigungsströme für jeweils kürzere Zeitspannen angelegt werden als der jeweils vorherige Remanenzbeseitigungsstrom.
