-
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verschweißen von mindestens zwei Blechteilen mit elektrischem Widerstandsschweißen, wie es besonders in der Automobilindustrie zur Anwendung kommt.
-
Beim elektrischen Widerstandsschweißen werden die zu verschweißenden Blechteile zwischen wenigstens zwei Elektroden zusammengepresst, wobei jede Elektrode an ihrem freien Ende mit einer Schweißkappe versehen ist, welche die Kontaktfläche mit dem an der Elektrode anliegenden Blechteil herstellt. Jede Schweißkappe sollte eine definierte Geometrie aufweisen, um den gewünschten Schweißpunkt zwischen den Blechteilen herstellen zu können. Vor beziehungsweise beim Einleiten des Schweißstromes in die zu verschweißenden Blechteile, wobei der Strom von der ersten Elektrode eines Elektrodenpaares zur Herstellung eines Schweißpunktes durch die zu verschweißenden Blechteile zu der zweiten Elektrode des Elektrodenpaares strömt, werden die beiden Elektroden mit einer vorgegebenen Spannkraft gegen die zu verschweißenden Blechteile gepresst, sodass mit den beiden Elektroden die zu verschweißenden Blechteile zusammengepresst werden. Diese Presskraft wird mittels einer Schweißzange aufgebracht und daher auch als Zangenkraft bezeichnet.
-
Wenn vorliegend von einem Schweißpunkt, der mit einem Elektrodenpaar hergestellt wird, die Rede ist, so ist die Bezeichnung Schweißpunkt allgemein zu verstehen und nicht darauf beschränkt, dass der erzeugte Schweißpunkt eine kreisrunde oder im Wesentlichen kreisrunde Form aufweist. Vielmehr können auch Schweißpunkte mit anderen Formen, beispielsweise lang ausgestreckten Formen, erzeugt werden. Obwohl in der Regel in der Praxis eine Schweißzange nur ein Schweißkappenpaar aufweist und somit mehrere Schweißpunkte sequentiell erzeugt werden müssen, ist die vorliegende Erfindung prinzipiell auch mit einer Schweißzange ausführbar, mit welcher gleichzeitig eine Vielzahl von Schweißpunkten mit einer Schweißzange erzeugt werden, insbesondere mit einer Vielzahl von Schweißkappenpaaren pro Zange.
-
Nach einer bestimmten Anzahl von Schweißungen, das heißt nach einer bestimmten Anzahl von hergestellten Schweißpunkten, ist es notwendig, die Schweißkappen nachzubearbeiten, um den durch das Schweißen entstandenen Abbrand und die Gefügesatzänderungen zu entfernen. Diese mechanische Nachbearbeitung, welche vorzugsweise durch Fräsen erfolgt, kann nur mit einer begrenzten Anzahl von Fräsungen je Schweißkappe durchgeführt werden, da dann die entsprechende Schweißkappe zu klein oder zu dünn für eine weitere Nachbearbeitung ist und ausgetauscht werden muss.
-
In der Praxis wird eine konstante Anzahl von hergestellten Schweißpunkten vorgegeben, nach welcher die Schweißkappen mechanisch nachbearbeitet werden. Ferner wird eine konstante Anzahl der Nachbearbeitungen je Schweißkappe vorgegeben, sodass sich aus dem Produkt der beiden Anzahlen die maximale Anzahl von Schweißpunkten ergibt, die mit einer Schweißkappe gesetzt werden können.
-
Herkömmlich wird die Anzahl der durch ein Paar von Schweißkappen geleisteten Schweißpunkte in einer Robotersteuerung des Schweißroboters, der die Schweißzange aufweist, erfasst. Diese Anzahl löst ab dem fixen Maximalwert die Fräsung des Schweißkappenpaares aus. Über die ferner in der Robotersteuerung erfasste Anzahl von Fräsungen kann ferner automatisch oder manuell das Schweißkappenpaar ausgetauscht werden, wenn die genannte Maximalanzahl der gesetzten Schweißpunkte bei der maximalen Anzahl von Fräsungen erreicht worden ist.
-
-
Sowohl das Fräsen der Schweißkappen als auch der Austausch der Schweißkappen führt zu Kosten und zur kurzzeitigen Unterbrechung des Produktionsvorganges. Es ist daher wünschenswert, die Anzahl von mit einem Schweißkappenpaar hergestellten Schweißpunkten zu erhöhen, ohne dass dafür die Schweißkappen modifiziert werden müssen.
-
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Verschweißen von mindestens zwei Blechteilen mit elektrischem Widerstandsschweißen anzugeben, bei welchem die Anzahl von mit einem Schweißkappenpaar gesetzten Schweißpunkten ohne eine Änderung in der Herstellung der Schweißkappen erhöht wird. Ferner soll ein Verfahren zum Verschweißen von mindestens zwei Blechteilen mit elektrischem Widerstandsschweißen angegeben werden, bei welchem der aktuelle Zustand eines Schweißkappenpaares zur Verbesserung der Schweißqualität ausgenutzt wird.
-
Die erfindungsgemäße Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß dem Anspruch 1 und ein Verfahren gemäß dem Anspruch 10 gelöst. In den abhängigen Ansprüchen sind vorteilhafte und besonders zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung angegeben.
-
Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Verschweißen von mindestens zwei Blechteilen mit elektrischem Widerstandsschweißen weist die folgenden Schritte auf:
- – Einschließen der zu verschweißenden Blechteile zwischen wenigstens zwei Elektroden einer Schweißzange, wobei jede Elektrode mit einer Schweißkappe versehen ist, die eine Kontaktfläche zu einem der Blechteile herstellt;
- – Durchleiten eines elektrischen Schweißstromes an der Kontaktfläche durch die zu verschweißenden Blechteile mittels der Elektroden bis zu einem Aufschmelzen der Blechteile an einer Kontaktstelle derselben, sodass sich eine Schweißlinse ergibt;
- – Abkühlen der Schweißlinse, sodass sich die Blechteile in einem Schweißpunkt stoffschlüssig miteinander verbinden;
- – Wiederholen der vorstehenden Schritte, um dieselben Blechteile an weiteren Schweißpunkten miteinander zu verbinden und/oder weitere Blechteile an einem oder mehreren Schweißpunkten miteinander zu verbinden; wobei
- – nach einer vorgegebenen Anzahl von hergestellten Schweißpunkten die Schweißkappen mechanisch nachbearbeitet werden, um eine vorgegebene Geometrie der Kontaktfläche herzustellen.
-
Erfindungsgemäß wird nun die vorgegebene Anzahl von vor einer Nachbearbeitung der Schweißkappen hergestellten Schweißpunkten in Abhängigkeit der Anzahl der bereits durchgeführten Nachbearbeitungen der Schweißkappen variiert.
-
So beruht die Erfindung nämlich auf der Erkenntnis, dass der Arbeitskorridor des Schweißstromes, das heißt der Strombereich, innerhalb von welchem der sich in Abhängigkeit des elektrischen Schweißwiderstandes einstellende Schweißstrom liegt, eine Erhöhung der Anzahl erzeugbarer Schweißpunkte, die mit einem Schweißkappenpaar hergestellt werden können, erlaubt, wenn die Anzahl von hergestellten Schweißpunkten zwischen zwei Nachbearbeitungsvorgängen nicht konstant gehalten wird, sondern in Abhängigkeit der bereits durchgeführten Nachbearbeitungen der Schweißkappen variiert wird. Besonders vorteilhaft wird mit zunehmender Anzahl bereits durchgeführter Nachbearbeitungen der Schweißkappen die vorgegebene Anzahl von vor einer (weiteren) Nachbearbeitung der Schweißkappen hergestellten Schweißpunkten zunächst erhöht, bis ein Maximalwert der hergestellten Schweißpunkte vor einer weiteren Nachbearbeitung der Schweißkappen erreicht wird. Nach Erreichen dieses Maximalwertes wird dann die zwischen zwei Nachbearbeitungen der Schweißkappen vorgesehene Anzahl von hergestellten Schweißpunkten wieder sukzessive erniedrigt.
-
Das Erhöhen und Erniedrigen der Anzahl von Schweißpunkten vor einer Nachbearbeitung der Schweißkappen beziehungsweise allgemein das Variieren der Anzahl von hergestellten Schweißpunkten vor einer Nachbearbeitung der Schweißkappen kann kontinuierlich mit jeder Nachbearbeitung der Schweißkappen erfolgen oder in Intervallen. Bei einer kontinuierlichen Variation wird mit jeder Nachbearbeitung der Schweißkappen die Anzahl der herzustellenden Schweißpunkte gegenüber der zuvor bei der letzten Nachbearbeitung der Schweißkappen eingestellten Anzahl verändert. Bei einer Variation in Intervallen wird die vorgegebene Anzahl für jeweils ein Intervall von durchgeführten Nachbearbeitungen, beispielsweise für fünf durchgeführte Nachbearbeitungen, konstant gehalten, bevor die vorgegebene Anzahl dann für das nächste Intervall geändert wird.
-
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird bei der Herstellung eines Schweißpunktes eine konstante oder zumindest im Wesentlichen konstante elektrische Spannung an den Schweißelektroden angelegt und die Schweißzeit für einen Schweißpunkt wird in Abhängigkeit des sich einstellenden Schweißstromes variiert.
-
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung werden die zu verschweißenden Blechteile mit einer vorgegebenen konstanten Zangenkraft der Schweißzange zwischen den Elektroden eingeschlossen. Eine alternative Ausführungsform sieht vor, dass die Zangenkraft variiert wird.
-
Besonders günstig ist, wenn die vorgegebene Anzahl von vor einer Nachbearbeitung der Schweißkappen hergestellten Schweißpunkten derart ausgewählt wird, dass sich vor und nach einer Nachbearbeitung der Schweißkappen beim Setzen eines Schweißpunktes ein Schweißstrom innerhalb eines identischen vorgegebenen Strombereiches ergibt oder dass sich im Wesentlichen derselbe Schweißstrom ergibt.
-
Eine Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass die vorgegebene Anzahl von vor einer Nachbearbeitung der Schweißkappen hergestellten Schweißpunkten in Abhängigkeit wenigstens einer der nachfolgenden Größen oder mehrere oder aller der nachfolgenden Größen eingestellt wird:
- – einer Dicke der miteinander zu verschweißenden Blechteile
- – eines Abstandes der miteinander zu verschweißenden Blechteile zueinander
- – eines Werkstoffs der miteinander zu verschweißenden Blechteile
- – der mit der Schweißzange aufgebrachten Zangenkraft
- – des Durchmessers der herzustellenden Schweißpunkte
- – des Schweißstromes
- – einer Beschichtung der miteinander zu verschweißenden Blechteile.
-
Beispielsweise werden die Schweißkappen zwischen 30 und 40 mal, insbesondere 35 mal, mechanisch nachbearbeitet, bevor eine entsprechend oft nachbearbeitete Schweißkappe dann durch eine neue Schweißkappe ausgetauscht wird.
-
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird die Anzahl von bereits erfolgten Nachbearbeitungen sowie die Anzahl von hergestellten Schweißpunkten nach einer erfolgten Nachbearbeitung in der Anlagensteuerung eines Schweißroboters, mit welchem das erfindungsgemäße Verfahren ausgeführt werden kann, erfasst und mit einer hinterlegten Anzahl verglichen. Die hinterlegte Anzahl umfasst eine Zuordnung von der vorgegebenen Anzahl zu der Anzahl von Nachbearbeitungen. Die hinterlegte Anzahl kann aus Berechnungen oder durch Anlernen ermittelt werden, letzteres insbesondere für bestimmte Blechteilpaarungen mit bestimmten Blechteildicken und/oder Werkstoffe und/oder Beschichtungen der Blechteile. Wenn vorliegend von Werkstoffen der Blechteile die Rede ist, so sind hierunter auch die Werkstoffe von gegebenenfalls auf den Blechteilen vorgesehenen Beschichtungen zu verstehen.
-
Gemäß eines alternativen erfindungsgemäßen Verfahrens werden in Abhängigkeit wenigstens einer, mehrerer oder aller der folgenden Größen, nämlich
- – einer Dicke der miteinander zu verschweißenden Blechteile
- – eines Abstandes der miteinander zu verschweißenden Blechteile zueinander
- – eines Werkstoffs der miteinander zu verschweißenden Blechteile
- – der mit der Schweißzange aufgebrachten Zangenkraft
- – des Durchmessers der herzustellenden Schweißpunkte
- – des Schweißstromes
- – einer Beschichtung der miteinander zu verschweißenden Blechteile
Schweißkappen mit einer vorgegebenen Anzahl von bereits durchgeführten Nachbearbeitungen zur Herstellung des oder der Schweißpunkte ausgewählt. Hierdurch lässt sich der Abnutzungszustand der Schweißkappen gezielt ausnutzen, um ein möglichst gutes Schweißergebnis zu erzielen. Dabei können die beiden Schweißkappen eines Schweißpaares denselben Abnutzungszustand, das heißt dieselbe Anzahl von bereits durchgeführten Nachbearbeitungen aufweisen, oder der Abnutzungszustand der beiden Schweißkappen ist verschieden.
-
Insbesondere durch die gezielte Auswahl der am besten geeigneten Schweißkappen anhand von deren Abnutzungszustand, jedoch auch bei dem zuerst beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahren mit der variierenden Anzahl von hergestellten Schweißpunkten in Abhängigkeit des Abnutzungszustandes der Schweißkappen, können unerwünscht hohe sich einstellende Schweißströme vermieden werden, die zu ungewollten Spritzern in der Umgebung des Schweißpunktes führen können. Solche Spritzer ergeben sich, wenn aufgeschmolzenes Material der Blechteile in die Umgebung spritzt. Somit lässt sich erfindungsgemäß die Verschmutzung der Arbeitsräume reduzieren und damit auch der Instandhaltungsaufwand für den entsprechenden Schweißroboter.
-
Durch die erfindungsgemäße Nachregelung der Anzahl erstellbarer Schweißpunkte in Abhängigkeit der erfolgten mechanischen Nachbearbeitungen, insbesondere spanabhebenden Bearbeitungen der Schweißkappen, kann sich die Anzahl der mit einem Schweißkappenpaar zu erstellenden Schweißpunkte um ca. 40% erhöhen lassen. Hierdurch sinkt der Schweißkappenverbrauch und es sind entsprechende wirtschaftliche Effekte generierbar. Auch die Anlagenstillstandszeiten des Schweißroboters können gesenkt werden und die Wartungsintervalle ausgedehnt werden. Die Qualität der Schweißpunkte hingegen bleibt konstant oder wird sogar verbessert.
-
Die Erfindung soll nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels und den Figuren exemplarisch erläutert werden.
-
Es zeigen:
-
1 ein Ausführungsbeispiel einer Schweißzange zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens;
-
2 zwei Beispiele für eine Variation der Anzahl von vor einer Nachbearbeitung der Schweißkappen hergestellten Schweißpunkten in Abhängigkeit der Anzahl der bereits durchgeführten Nachbearbeitungen der Schweißkappen.
-
Die 1 zeigt eine Schweißzange 5 zum Verbinden von zwei Blechteilen 1, 2. Die Schweißzange 5 weist zwei um einen gemeinsamen Drehpunkt 10 relativ zueinander verschwenkbare Elektrodenarme 11, 12 auf, an deren äußeren Enden stiftförmige Elektroden 3, 4 vorgesehen sind, wobei die freien Enden der Elektroden 3, 4 jeweils mit einer Schweißkappe 6, 7 abgedeckt sind beziehungsweise von diesen umschlossen werden.
-
Die Elektroden 3, 4 beziehungsweise deren Schweißkappen 6, 7 sind stirnseitig aufeinander zu bewegbar mittels einer von einem Motor 13 angetriebenen Spindel 14. Die Spindel 14 verändert den gegenseitigen Abstand der Gelenke 15, 16, welche an den den Elektroden 3, 4 abgewandten Enden der Elektrodenarme 11, 12 vorgesehen sind.
-
Mittels eines Transformators 17 wird eine elektrische Spannung an die Elektroden 3, 4 beziehungsweise deren Schweißkappen 6, 7 angelegt, welche zu einem Schweißstrom führt, der von der ersten Elektrode 3 durch die zwei Blechteile 1, 2 zu der zweiten Elektrode 4 strömt und dadurch an der Kontaktstelle der zwischen den Schweißkappen 6, 7 zusammengepressten Blechteile 1, 2 eine Temperaturerhöhung der Blechteile 1, 2 bewirkt, die zu einer Verflüssigung des Werkstoffs der Blechteile 1, 2 an deren Oberfläche führt und ein gemeinsames Schweißbad, Schweißlinse 8 genannt, erzeugt. Wenn nun die Stromzufuhr unterbrochen wird, kühlt die Schweißlinse 8 ab und führt unter Aufrechterhaltung der Zangenkraft zu einer stoffschlüssigen Verbindung der beiden Blechteile 1, 2 in einem sogenannten Schweißpunkt 9.
-
Anschließend werden die beiden Elektroden 3, 4 beziehungsweise die Schweißkappen 6, 7 wieder auseinander bewegt und mit denselben Schweißkappen 6, 7 kann ein neuer Schweißpunkt 9 gesetzt werden, entweder auf denselben Blechteilen 1, 2 oder auf anderen Blechteilen.
-
Nach einer bestimmten Anzahl von gesetzten Schweißpunkten werden die Schweißkappen 6, 7 mechanisch nachbearbeitet. Diese vorgegebene Anzahl von vor einer Nachbearbeitung der Schweißkappen 6, 7 hergestellten Schweißpunkte 9 ist in der 2 dargestellt, und zwar als Anzahl y auf der Ordinate des gezeigten kartesischen Koordinatensystems. Auf der Abszisse ist die Anzahl x der bereits durchgeführten Nachbearbeitungen der Schweißkappen (6, 7 in der 1) aufgetragen. Die beiden annähernd kreisförmigen Linien, zwischen denen die Funktion der vorgegebenen Anzahl y in Abhängigkeit der vorgegebenen Anzahl x verläuft, grenzen den Bereich eines im Wesentlichen konstanten Schweißstromes, auch als Arbeitskorridor des Schweißstromes bezeichnet, ein.
-
In der 2 sind dabei zwei beispielhafte mögliche Funktionen dargestellt, nämlich eine treppenförmige Funktion in gestrichelter Linie und eine kontinuierliche beziehungsweise stetige Funktion in Strichpunktlinie. Die treppenförmige Funktion entspricht einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens, bei welcher die vorgegebene Anzahl y von vor einer Nachbearbeitung der Schweißkappen hergestellten Schweißpunkten in Abhängigkeit eines konstanten Intervalles i der Anzahl der bereits durchgeführten Nachbearbeitungen x der Schweißkappen variiert wird. Bei der in Strichpunktlinie dargestellten Funktion wird die Anzahl y von vor einer Nachbearbeitung der Schweißkappen hergestellten Schweißpunkten kontinuierlich mit jeder Nachbearbeitung der Schweißkappen variiert.
-
Wie man sieht, steigt die vorgegebene Anzahl y von vor einer Nachbearbeitung der Schweißkappen hergestellten Schweißpunkten zunächst an, stufenweise oder kontinuierlich, und nach Erreichen einer maximalen vorgegebenen Anzahl y, hierbei in etwa 17 Nachbearbeitungen, wird die vorgegebene Anzahl y von vor einer Nachbearbeitung der Schweißkappen hergestellten Schweißpunkten wieder erniedrigt. Die vorgegebene Anzahl y von vor einer Nachbearbeitung der Schweißkappen hergestellten Schweißpunkten variiert im gezeigten Ausführungsbeispiel zwischen 200 und 380. Die maximale Anzahl von mechanischen Nachbearbeitungen der Schweißkappen beträgt zum Beispiel 34 oder 35, sodass die maximale Anzahl y beispielsweise im Bereich der Hälfte der maximal möglichen Nachbearbeitungen erreicht wird.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- EP 1478486 B1 [0007]
- DE 10144286 C1 [0007]
