-
Die Verwendung von Sandwichblechen, welche zwischen zwei metallischen dünnen Deckschichten eine thermoplastische Kunststoffschicht aufweisen, ist bei der Realisierung von Leichtbaukonzepten im Kraftfahrzeugbereich vorteilhaft, da unter Verwendung dieser Bleche die Gewichtseinsparungspotentiale im Kraftfahrzeugbau weiter vergrößert werden können. Sandwichbleche können verschiedene vorteilhafte, sich häufig ausschließende Eigenschaften bereitstellen, welche neue Gewichtseinsparpotentiale eröffnen. So weisen Sandwichbleche aufgrund der Kunststoffschicht ein deutlich geringeres Gewicht als Vollbleche auf und stellen gleichzeitig hohe Festigkeitswerte zur Verfügung. Darüber hinaus sind die Sandwichbleche schalldämpfend und bieten eine hohe Steifigkeit.
-
Problematisch beim Einsatz von Sandwichblechen ist allerdings, dass diese eine elektrisch isolierende Kunststoffschicht aufweisen, welche bei Schweißverfahren Probleme in Bezug auf die Ausbildung einer einwandfreien Schweißverbindung verursacht. Dadurch gestaltet sich die Integration der Sandwichbleche in bestehende Metallkonstruktionen als problematisch. Aufgrund der mangelnden Eignung der Sandwichbleche für das Verschweißen, beispielsweise für ein Widerstandsschweißen oder Widerstandspunktschweißen mit anderen metallischen Bauteilen, werden Sandwichbleche daher häufig verklebt oder mechanisch miteinander gefügt.
-
Um trotzdem ein Verschweißen von Sandwichblechen zu ermöglichen, ist aus der deutschen Offenlegungsschrift
DE 10 2011 109 708 A1 ein Verfahren zum Fügen eines Sandwichblechs mit einem weiteren metallischen Bauteil bekannt, bei welchem die Zwischenschicht im Verbindungsbereich aufgeschmolzen wird und aus dem Verbindungsbereich verdrängt wird, so dass anschließend durch Herstellen eines elektrischen Kontakts zwischen dem Bauelement und den Deckschichten des Sandwichblechs eine Schweißverbindung erzeugt werden kann. Es wird vorgeschlagen, die Erwärmung der Fügebereiche durch temperierbare Elektroden oder Presselemente durchzuführen. Die Schweißelektroden oder Presselemente sind hierzu beispielsweise mit Heizelementen versehen, welche durch eine Regelung separat angesteuert werden. Der Aufbau der Schweißelektroden wird damit relativ komplex, da Modifikationen am Schweißelektrodenkörper und der Schweißelektrodenkappe notwendig sind. Darüber hinaus ist die Geschwindigkeit des Erwärmens der thermoplastischen Kunststoffschicht steigerungsbedürftig, um möglichst kurze Zykluszeiten zu erreichen.
-
Die
US-Patentschrift US 4,650,951 beschreibt ein Verfahren, bei dem zwei Sandwichbleche mittels einer entfernt liegenden Bypass-Schaltung verbunden werden, sodass über diese ein Strom zum Erwärmen fließen kann und anschließend die Bleche geschweißt werden können. Dies führt jedoch bei sehr leichten Blechen zu Problemen, da beispielsweise die dünnen Deckschichten der Sandwichbleche delaminieren können. Daher wird ein Verfahren zum Widerstandsschweißen zweier Verbundbleche vorgeschlagen, welches zwei Schweißelektroden verwendet, die durch um die Schweißelektroden herum angeordnete Heizelemente beheizt sind und so die zwischen den Deckschichten liegende Kunststoffschicht erwärmen und verdrängen, bevor das eigentliche Verschweißen beginnt. Auch dies hat eine Modifikation der Schweißelektroden zur Folge.
-
Aus der deutschen Patentschrift
DE 548 002 C ist ein Verfahren bekannt, bei dem eine von der Schweißelektrode entfernt liegende Klammervorrichtung verwendet wird, um isolierende Lack-, Papier- oder Zunderschichten der zu verschweißenden Bleche zu umgehen und die isolierenden Schichten zu verbrennen, sodass ein Verschweißen ermöglicht werden soll. Dies kann jedoch zu Beschädigungen und zur Delamination der Sandwichbleche führen. Zudem kann das Schweißergebnis von der Positionierung der Klammervorrichtung abhängig sein, was zu unregelmäßigen Schweißprozessen führt.
-
Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Widerstandsschweißen von Sandwichblechen anzugeben, welche möglichst einfach zu realisieren sind und gleichzeitig prozesssichere Schweißergebnisse bei kurzen Zykluszeiten erreichen.
-
Die Aufgabe wird gemäß einer ersten Lehre bei einem Verfahren zum Widerstandsschweißen eines Sandwichblechs mit mindestens einem weiteren, insbesondere metallischen Bauteil, wobei das Sandwichblech zwei metallische Deckschichten und eine zwischen den metallischen Deckschichten angeordnete thermoplastische Kunststoffschicht aufweist, wobei der zu schweißende Bereich des Sandwichblechs durch einen Vorwärmstrom derart erwärmt wird, dass die thermoplastische Kunststoffschicht aufweicht und durch Zusammendrücken der Deckschichten aus dem Schweißbereich verdrängt wird, und wobei die Deckschichten mit dem weiteren Bauteil durch einen Schweißstrom über eine erste Schweißelektrode einer ersten Elektrodenanordnung und eine zweite Schweißelektrode einer zweiten Elektrodenanordnung miteinander verschweißt werden, dadurch gelöst, dass das Sandwichblech und das weitere Bauteil mittels einer Spannanordnung relativ zueinander fixiert werden, wobei die erste Elektrodenanordnung einen elektrisch leitenden Kontaktierungsbereich der Spannanordnung zumindest zeitweise kontaktiert, sodass ein Vorwärmstrom über die Spannanordnung fließen kann und der zu schweißende Bereich des Sandwichblechs durch den Vorwärmstrom erwärmt wird.
-
Dadurch, dass die erste Elektrodenanordnung die Spannanordnung kontaktiert, kann ein Vorwärmstrom von der ersten Elektrodenanordnung über die Spannanordnung beispielsweise zum weiteren Bauteil und zur zweiten Elektrodenanordnung fließen. Im Ergebnis kann der Vorwärmstrom unter Umgehung des Sandwichblechs über das weitere Bauteil im zu schweißenden Bereich fließen. Dadurch kann mittels des Vorwärmstroms der notwendige Stromfluss im Bereich des zu schweißenden Bereichs erreicht werden, ohne eine Delamination des Sandwichblechs zu provozieren, was die Prozesssicherheit erhöht. Die Erwärmung des zu schweißenden Bereichs erfolgt dabei über den elektrischen Widerstand der Komponenten und den Übergangswiderstand zwischen den einzelnen Komponenten, beispielsweise zwischen dem weiteren Bauteil und der zweiten Schweißelektrode. Da die Spannanordnung gleichzeitig zur Positionierung der Bauteile dient, kann diese vorteilhaft genutzt werden, da kein weiteres ausschließlich als Strombrücke dienendes Bauteil vorgesehen werden muss. Vielmehr dient die Spannanordnung gleichzeitig als Strombrücke. Dies kann das Verfahren vereinfachen und beschleunigen. Schließlich ist keine Modifikation, beispielsweise in Form von Heizeinrichtungen an der Schweißelektrode notwendig, was das Verfahren weiterhin vereinfacht. Im Ergebnis kann daher ein einfach zu realisierendes und gleichzeitig prozesssicheres Verfahren, welches kurze Zykluszeiten erreichen kann, bereitgestellt werden.
-
Die Spannanordnung kann beispielsweise eine Klemme oder einen Spanner umfassen. Beispielsweise umfasst die Spannanordnung einen ersten und einen zweiten Klemmarm, welche das Sandwichblech bzw. das Bauteil kontaktieren. Die Spannanordnung kann beispielsweise das Sandwichblech und das weitere Bauteil umgreifen. Beispielsweise weist die Spannanordnung einen Schließmechanismus auf, welcher manuell oder automatisch ein Schließen der Spannanordnung ermöglicht. Es ist zumindest eine Spannanordnung vorgesehen. Beispielsweise können auch mehrere Spannanordnungen vorgesehen sein. Beispielsweise fixiert die Spannanordnung das Sandwichblech und das weitere Bauteil nur bereichsweise oder teilweise, sodass eine eingeschränkte Bewegung der Bauteile zueinander möglich bleibt. Zur Leitung des Vorwärmstroms ist die Spannanordnung beispielsweise aus elektrisch leitendem Material hergestellt oder weist zumindest elektrisch leitende Bereiche auf.
-
Die erste Elektrodenanordnung ist beispielsweise auf der Seite des Sandwichblechs angeordnet. Die zweite Elektrodenanordnung ist beispielsweise gegenüberlegend der ersten Elektrodenanordnung auf der vom Sandwichblech abgewandten Seite des weiteren Bauteils angeordnet. Beispielsweise können die Schweißelektroden wie gewohnt auf das Sandwichblech bzw. das Bauteil aufgesetzt werden, sodass währenddessen die erste Elektrodenanordnung den Kontaktierungsbereich der Spannanordnung automatisch kontaktiert.
-
Die erste Schweißelektrode der ersten Elektrodenanordnung umfasst beispielsweise einen vorzugsweise länglichen Pinolenkörper und eine Elektrodenkappe zur Kontaktierung beispielsweise des Sandwichblechs. Ebenfalls kann die zweite Schweißelektrode der zweiten Elektrodenanordnung beispielsweise einen vorzugsweise länglichen Pinolenkörper und eine Elektrodenkappe zur Kontaktierung beispielsweise des weiteren Bauteils umfassen. Die erste bzw. die zweite Elektrodenanordnung kann jedoch noch weitere Elemente umfassen. Alternativ kann die erste bzw. zweite Elektrodenanordnung auch aus der ersten bzw. zweiten Schweißelektrode bestehen.
-
Beispielsweise sind Mittel zur Kraftausübung auf die Schweißelektroden vorgesehen, welche eine Schweißkraft in Richtung der zu verschweißenden Komponenten ausüben können. Beispielsweise ist eine Schweißzange vorgesehen. Diese Mittel können gleichzeitig zur Verdrängung der thermoplastischen Kunststoffschicht mittels der Schweißelektroden dienen.
-
Das weitere Bauteil ist beispielsweise ein Blech, beispielsweise ein Vollblech. Beispielsweise ist das weitere Bauteil ein Stahlblech. Unter dem weiteren Bauteil ist zumindest ein weiteres Bauteil zu verstehen. Es können zusätzlich weitere Bauteile vorgesehen sein, welche in dem Schweißprozess ebenfalls verbunden werden. Auch kann das Bauteil ein Sandwichblech sein.
-
Der Kontaktierungsbereich ist beispielsweise eine Kontaktierungsfläche eines Kontaktelements. Die Kontaktierung des Kontaktierungsbereichs der Spannanordnung mit der ersten Elektrodenanordnung erfolgt beispielsweise zumindest während des Vorwärmens mittels des Vorwärmstroms. Optional kann die Kontaktierung zudem während des Schweißens mittels des Schweißstroms vorhanden sein.
-
Kontaktiert gemäß einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens die Spannanordnung das weitere Bauteil auf der vom Sandwichblech abgewandten Seite elektrisch leitend, wird ein elektrischer Kontakt zwischen der Spannanordnung und dem weiteren Bauteil bereits durch Befestigen der Spannanordnung erzielt und der Fluss des Vorwärmstroms ermöglicht.
-
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens kontaktiert die Spannanordnung das Sandwichblech auf der vom weiteren Bauteil abgewandten Seite elektrisch leitend oder elektrisch isoliert. Bei einem elektrisch leitenden Kontakt ist es beispielsweise möglich, dass die erste Schweißelektrode über die Spannanordnung mit dem Sandwichblech elektrisch leitend verbunden wird und kein direkter Kontakt zwischen Schweißelektrode und Sandwichblech notwendig ist. Bei einem elektrisch isolierten Kontakt zwischen der Spannanordnung und dem Sandwichblech können beispielsweise während des Vorwärmens unerwünschte Zweigströme über das Sandwichblech unterbunden werden.
-
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden das Sandwichblech und das weitere Bauteil gleichzeitig mittels mehrerer Spannanordnungen relativ zueinander fixiert, wobei die erste Elektrodenanordnung zur Herstellung der jeweiligen Schweißverbindung jeweils eine Spannanordnung über den jeweiligen elektrisch leitenden Kontaktierungsbereich kontaktiert, sodass der jeweilige zu schweißende Bereich des Sandwichblechs durch den über die jeweilige Spannanordnung fließenden Vorwärmstrom erwärmt wird. Dadurch können das Sandwichblech und das weitere Bauteil zunächst mittels mehrerer Spannanordnungen relativ zueinander fixiert werden. Anschließend können die Schweißelektroden effizient von Spannanordnung zu Spannanordnung bewegt werden und jeweils einen zu schweißenden Bereich verschweißen, ohne dass währenddessen weitere Spannanordnungen positioniert werden müssen.
-
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Spannanordnung aus einem Vorrat von Spannanordnungen ausgewählt und von einem Positionierungssystem am Sandwichblech und am weiteren Bauteil positioniert. Dadurch kann das Verfahren kurze Zykluszeiten und hohe Prozesssicherheit erreichen. Der Vorrat kann beispielsweise zumindest teilweise gleiche und/oder zumindest teilweise unterschiedliche Spannanordnungen umfassen. Beispielsweise ist ein Magazin an Spannanordnungen vorgesehen. Beispielsweise umfasst das Positionierungssystem einen Roboterarm, welcher die Spannanordnung positioniert. Dies kann beispielsweise vollautomatisch erfolgen, etwa in Abhängigkeit vorbestimmter Werte und/oder in Abhängigkeit von Prozessparametern.
-
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens kontaktiert die zweite Schweißelektrode, insbesondere eine Elektrodenkappe der zweiten Schweißelektrode, das weitere Bauteil unmittelbar. Hierzu ist die Spannanordnung in dem das weitere Bauteil kontaktierenden Bereich beispielsweise so ausgestaltet, dass die zweite Elektrode trotz der Fixierung der Bauteile durch die Spannanordnung das weitere Bauteil kontaktieren kann. Beispielsweise ist eine entsprechende Aussparung in dem das weitere Bauteil kontaktierenden Bereich der Spannanordnung vorgesehen. Damit kann die zweite Schweißelektrode wie gewohnt zum Verschweißen mit dem weiteren Bauteil in Kontakt gebracht werden. Dadurch wird der Schweißprozess auf der Seite des weiteren Bauteils nicht oder nur geringfügig durch eine zwischen dem weiteren Bauteil und der zweiten Schweißelektrode angeordnete Spannvorrichtung beeinflusst. Dies ist insbesondere möglich, während die erste Elektrodenanordnung den elektrisch leitenden Kontaktierungsbereich der Spannanordnung kontaktiert.
-
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens fließt der Schweißstrom zum Verschweißen der Deckschichten mit dem weiteren Bauteil unter Umgehung der Spannanordnung zwischen der ersten Schweißelektrode und der zweiten Schweißelektrode. Insbesondere kann die erste Schweißelektrode das Sandwichblech und die zweite Schweißelektrode das weitere Bauteil unmittelbar kontaktieren, sodass die Spannanordnung nicht Teil des Stromkreises für den Schweißstrom ist. Dadurch erfolgt das Verschweißen wie gewohnt unmittelbar über die Schweißelektroden, sodass eine möglicherweise aufwendige Anpassung von Prozessparametern vermieden werden kann.
-
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist der elektrisch leitende Kontaktierungsbereich der Spannanordnung zwischen der ersten Schweißelektrode und dem Sandwichblech angeordnet und die erste Schweißelektrode, insbesondere eine Elektrodenkappe der ersten Schweißelektrode, kontaktiert den elektrisch leitenden Kontaktierungsbereich der Spannanordnung. Dabei kann der elektrisch leitende Kontaktierungsbereich unterschiedliche Geometrien aufweisen oder aus unterschiedlichen elektrisch leitfähigen Materialien bestehen. Beispielsweise kann der Kontaktierungsbereich als Elektrodenkappe ausgebildet sein und beispielsweise als Elektrodenkappe der ersten Schweißelektrode dienen. Dadurch wird ein zumindest teilweise indirektes Schweißen über die Spannanordnung erreicht. Im Ergebnis kann damit durch die Ausgestaltung des Kontaktierungsbereichs der Spannanordnung eine Anpassung des Schweißprozesses an unterschiedliche Bereiche der Bauteile erfolgen. Beispielsweise können, sofern mehrere Spannanordnungen vorgesehen sind, die Kontaktierungsbereiche von Schweißbereich zu Schweißbereich unterschiedlich ausgestaltet werden.
-
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist der elektrisch leitende Kontaktierungsbereich der Spannvorrichtung als ein Schleifkontakt ausgebildet, der die erste Elektrodenanordnung, insbesondere die erste Schweißelektrode, seitlich kontaktiert. Hierdurch wird erreicht, dass die erste Schweißelektrode das Sandwichblech wie gewohnt kontaktieren kann und die Kontaktierung der Spannanordnung kann beiläufig über die Seite der Elektrodenanordnung erfolgen. Eine seitliche Kontaktierung kann beispielsweise durch eine Kontaktierung des Pinolenkörpers der ersten Schweißelektrode erfolgen. Hierzu kann es erforderlich sein, dass die erste Elektrodenanordnung gegen den elektrisch leitenden Kontaktierungsbereich gedrückt wird oder andersherum. Dies kann mit einer Kraft quer zur Schweißkraft erfolgen, welcher die erste Schweißelektrode während des Vorwärmens oder Schweißens ausgesetzt ist. Während der Bewegung der Schweißelektrode in Richtung der auf sie ausgeübten Schweißkraft kann die Schweißelektrode beispielsweise mit ihrem Pinolenkörper am Schleifkontakt entlangschleifen.
-
Bevorzugt wird der elektrisch leitende Kontaktierungsbereich der Spannanordnung durch ein elastisch ausgeführtes Kontaktelement bereitgestellt. Bevorzugt umfasst die Spannanordnung ein Dämpfungssystem, welches die von der ersten Elektrodenanordnung auf die Spannanordnung ausgeübte Kraft beim seitlichen Anpressen aufnehmen kann.
-
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens umfasst die erste Elektrodenanordnung eine mit der ersten Schweißelektrode elektrisch leitend verbundene Aufsetzelektrode, welche den elektrisch leitenden Kontaktierungsbereich der Spannanordnung kontaktiert. Hierdurch können der zu schweißende Bereich und der durch die Spannanordnung fixierte Bereich besonders flexibel zueinander angeordnet sein, da die zusätzliche Aufsetzelektrode eine von der ersten Schweißelektrode entfernte Kontaktierung der Spannanordnung ermöglicht.
-
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der elektrisch leitende Kontaktierungsbereich der Spannanordnung beweglich, insbesondere mittels eines elastischen Widerlagers, in der Spannanordnung gelagert. Dies kann dem Ausgleich von nicht zentrischen Krafteinleitungen der Aufsetzelektrode in die Spannanordnung dienen, sodass beispielsweise eine Kompensation der Kraft einer nicht plan aufliegenden Aufsetzelektrode erfolgen kann. Das Widerlager ist beispielsweise elektrisch nicht leitend. Beispielsweise kann ein Überbrückungselement vorgesehen sein, welches einen elektrisch leitenden Kontakt zwischen dem Kontaktierungsbereich und der restlichen Spannanordnung herstellt. Alternativ oder zusätzlich ist ebenfalls es möglich, dass die Aufsetzelektrode beweglich, insbesondere gefedert gelagert ist.
-
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens kontaktiert die Schweißelektrode der ersten Elektrodenanordnung den elektrisch leitenden Kontaktierungsbereich der Spannvorrichtung formschlüssig. Hierdurch kann ein großer Kontaktbereich zwischen der ersten Elektrodenanordnung und dem Kontaktierungsbereich erzielt werden. Beispielsweise ist ein Kontaktelement mit einer Aussparung für die Elektrodenkappe der ersten Schweißelektrode vorgesehen, sodass die erste Schweißelektrode sowohl das Kontaktelement als auch das Sandwichblech kontaktieren kann. Dabei ist die Geometrie beispielsweise so ausgeführt, dass die erste Schweißelektrode beim Einfahren in die Aussparung einen Kontakt mit dem Kontaktelement herstellen kann. Beispielsweise weist die Elektrodenkappe der ersten Schweißelektrode ein Übermaß im Vergleich zu der Aussparung auf. Beispielsweise werden mit einer Aussparung versehene Kontaktierungsbänder als Kontaktelement verwendet.
-
Gemäß einer zweiten Lehre der vorliegenden Erfindung wird die eingangs genannte Aufgabe bei einer Vorrichtung zum Widerstandsschweißen eines zwei metallische Deckschichten und eine dazwischen angeordnete thermoplastische Kunststoffschicht aufweisenden Sandwichblechs mit mindestens einem weiteren, insbesondere metallischen Bauteil, umfassend eine erste Elektrodenanordnung mit einer ersten Schweißelektrode und eine zweite Elektrodenanordnung mit einer zweiten Schweißelektrode, Mittel zum Bereitstellen eines Schweißstroms zumindest über die erste Schweißelektrode und die zweite Schweißelektrode zur Erzeugung einer Schweißverbindung, Mittel zum Bereitstellen eines Vorwärmstroms, sodass der zu schweißende Bereich des Sandwichblechs derart erwärmt werden kann, dass die thermoplastische Kunststoffschicht aufweichen und durch Zusammendrücken der Deckschichten aus dem Schweißbereich verdrängt werden kann, dadurch gelöst, dass eine Spannanordnung zur relativen Fixierung des Sandwichblechs und des weiteren Bauteils vorhanden ist, wobei die Spannanordnung einen elektrisch leitenden Kontaktierungsbereich zur zumindest zeitweisen Kontaktierung der ersten Elektrodenanordnung aufweist und wobei die Spannanordnung zur Leitung des Vorwärmstroms eingerichtet ist. Wie bereits in Bezug auf das Verfahren ausgeführt, wird dadurch, dass die Spannanordnung mittels der ersten Elektrodenanordnung die Spannanordnung kontaktieren kann und die Spannanordnung gleichzeitig als Strombrücke dient, im Ergebnis eine Vorrichtung bereitgestellt, welche einfach zu realisieren ist und ein prozesssicheres Verfahren, welches kurze Zykluszeiten erreichen kann, ermöglicht.
-
Die Vorrichtung ist vorzugsweise zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens oder einer vorteilhaften Ausgestaltung ausgebildet.
-
Vorzugsweise umfasst die Vorrichtung Mittel zur Verdrängung der Kunststoffschicht des Sandwichblechs aus dem zu schweißenden Bereich des Sandwichblechs. Beispielsweise können die erste und die zweite Elektrodenanordnung durch eine Schweißzange oder mittels eines Schweißroboters mit einer Kraft in Richtung der zu schweißenden Bauteile beaufschlagt werden.
-
Vorzugsweise ist die Spannanordnung zur elektrisch leitenden Kontaktierung des weiteren Bauteils auf der vom Sandwichblech abgewandten Seite ausgebildet, um einen elektrischen Kontakt zwischen der Spannanordnung und dem weiteren Bauteil bereits durch Befestigen der Spannanordnung zu erzielen.
-
Vorzugsweise ist die Spannanordnung zur elektrisch leitenden oder elektrisch isolierenden Kontaktierung des Sandwichblechs auf der vom weiteren Bauteil abgewandten Seite ausgebildet. Bei einem elektrisch leitenden Kontakt ist es beispielsweise möglich, dass die erste Schweißelektrode über die Spannanordnung mit dem Sandwichblech elektrisch leitend verbunden wird. Bei einem elektrisch isolierten Kontakt zwischen der Spannanordnung und dem Sandwichblech können während des Vorwärmens unerwünschte Zweigströme über das Sandwichblech unterbunden werden.
-
Bevorzugt sind mehrere Spannanordnungen zur relativen Fixierung des Sandwichblechs und des weiteren Bauteils gleichzeitig vorgesehen, wobei die erste Elektrodenanordnung zur Herstellung der jeweiligen Schweißverbindung jeweils eine Spannanordnung über den jeweiligen elektrisch leitenden Kontaktierungsbereich kontaktieren kann, sodass der Vorwärmstrom zur Erwärmung des jeweiligen zu schweißenden Bereichs des Sandwichblechs über die jeweilige Spannanordnung fließen kann. Dadurch können die Schweißelektroden effizient von Spannanordnung zu Spannanordnung bewegt werden.
-
Gemäß einer Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind ein Vorrat von Spannanordnungen zur Auswahl der Spannanordnung und ein Positionierungssystem zur Positionierung der Spannanordnung am Sandwichblech und am weiteren Bauteil vorgesehen, wodurch das Verfahren kurze Zykluszeiten und hohe Prozesssicherheit erreichen kann.
-
Gemäß einer Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist die Spannanordnung so ausgebildet, dass die zweite Schweißelektrode, insbesondere eine Elektrodenkappe der zweiten Schweißelektrode, das weitere Bauteil unmittelbar kontaktieren kann, wodurch die zweite Schweißelektrode wie gewohnt zum Verschweißen mit dem weiteren Bauteil in Kontakt gebracht werden kann.
-
Bevorzugt ist die Vorrichtung derart eingerichtet, dass der Schweißstrom zum Verschweißen der Deckschichten mit dem weiteren Bauteil unter Umgehung der Spannanordnung zwischen der ersten Schweißelektrode und der zweiten Schweißelektrode fließt, wodurch das Verschweißen wie gewohnt unmittelbar über die Schweißelektroden erfolgen kann.
-
Gemäß einer Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind die erste Elektrodenanordnung und die Spannanordnung so ausgebildet, dass der elektrisch leitende Kontaktierungsbereich der Spannanordnung zwischen der ersten Schweißelektrode und dem Sandwichblech angeordnet werden kann und die erste Schweißelektrode, insbesondere eine Elektrodenkappe der ersten Schweißelektrode, den elektrisch leitenden Kontaktierungsbereich der Spannanordnung kontaktieren kann. Durch die Ausgestaltung des Kontaktierungsbereichs der Spannanordnung kann so eine Anpassung des Schweißprozesses an unterschiedliche Bereiche der Bauteile erfolgen.
-
Gemäß einer Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist der elektrisch leitende Kontaktierungsbereich der Spannvorrichtung als ein Schleifkontakt zur seitlichen Kontaktierung der ersten Elektrodenanordnung, insbesondere der ersten Schweißelektrode ausgebildet. Hierdurch kann erreicht werden, dass die erste Schweißelektrode das Sandwichblech wie gewohnt kontaktieren kann.
-
Gemäß einer Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung umfasst die erste Elektrodenanordnung eine mit der ersten Schweißelektrode elektrisch leitend verbundene Aufsetzelektrode, welche zur Kontaktierung des elektrisch leitenden Kontaktierungsbereichs der Spannanordnung ausgebildet ist. Hierdurch können der zu schweißende Bereich und der durch die Spannanordnung fixierte Bereich besonders flexibel zueinander angeordnet sein.
-
Bevorzugt ist der elektrisch leitende Kontaktierungsbereich der Spannanordnung beweglich, insbesondere mittels eines elastischen Widerlagers, in der Spannanordnung gelagert, was dem Ausgleich von nicht zentrischen Krafteinleitungen der Aufsetzelektrode in die Spannanordnung dienen kann.
-
Gemäß einer Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist der elektrisch leitende Kontaktierungsbereich der Spannvorrichtung zur formschlüssigen Kontaktierung der Schweißelektrode der ersten Elektrodenanordnung ausgebildet, wodurch ein großer Kontaktbereich zwischen der ersten Elektrodenanordnung und dem Kontaktierungsbereich erzielt werden kann.
-
Bezüglich weiterer vorteilhafter Ausgestaltungen der Vorrichtung wird auf die Beschreibung des Verfahrens und dessen Vorteile verwiesen.
-
Durch die vorherige und folgende Beschreibung von Verfahrensschritten gemäß bevorzugter Ausführungsformen des Verfahrens sollen auch entsprechende Mittel zur Durchführung der Verfahrensschritte durch bevorzugte Ausführungsformen der Vorrichtung offenbart sein. Ebenfalls soll durch die Offenbarung von Mitteln zur Durchführung eines Verfahrensschrittes der entsprechende Verfahrensschritt offenbart sein.
-
Im Weiteren soll die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der Zeichnung näher erläutert werden. Die Zeichnung zeigt in
-
1a–c eine schematische Schnittansicht eines ersten Ausführungsbeispiels einer Vorrichtung zur Durchführung eines ersten Ausführungsbeispiels eines Verfahrens;
-
2 eine perspektivische Ansicht der Spannanordnung aus 1;
-
3a–c eine schematische Schnittansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels einer Vorrichtung zur Durchführung eines zweiten Ausführungsbeispiels eines Verfahrens;
-
4 eine perspektivische Ansicht der Spannanordnung aus 3;
-
5a–c eine schematische Schnittansicht eines dritten Ausführungsbeispiels einer Vorrichtung zur Durchführung eines dritten Ausführungsbeispiels eines Verfahrens;
-
6 eine perspektivische Ansicht der Spannanordnung aus 5;
-
7a–c eine schematische Schnittansicht eines viertes Ausführungsbeispiels einer Vorrichtung zur Durchführung eines vierten Ausführungsbeispiels eines Verfahrens;
-
8 eine Teilaufsicht der Spannanordnung aus 7.
-
1a–c zeigen zunächst eine schematische Schnittansicht eines ersten Ausführungsbeispiels einer Vorrichtung 1 zur Durchführung eines ersten Ausführungsbeispiels eines Verfahrens zu verschiedenen Zeitpunkten. 1a zeigt ein Sandwichblech 2 mit zwei metallischen Deckschichten 4 und 5 und einer dazwischen angeordneten thermoplastischen Kunststoffschicht 6, welches mit einem weiteren metallischen Bauteil 8, welches hier als Vollblech ausgeführt ist, verschweißt werden soll. Die beiden Bauteile 2, 8 sind in die Vorrichtung 1 eingelegt und zwischen einer ersten Elektrodenanordnung 10 und einer zweiten Elektrodenanordnung 20 angeordnet. Die erste Elektrodenanordnung 10 umfasst eine erste Schweißelektrode 12 mit einem Pinolenkörper 14 und einer Elektrodenkappe 16. Die zweite Elektrodenanordnung 20 umfasst eine zweite Schweißelektrode 22 mit einem Pinolenkörper 24 und einer Elektrodenkappe 26. Die Vorrichtung umfasst weiterhin Mittel zum Bereitstellen eines Schweißstroms über die erste Schweißelektrode 12 und die zweite Schweißelektrode 22 in Form einer Stromquelle 30 und elektrischen Leitungen 32. Die Stromquelle 30 und die elektrischen Leitungen 32 dienen gleichzeitig als Mittel zum Bereitstellen eines Vorwärmstroms.
-
Die Vorrichtung 1 umfasst weiterhin eine Spannanordnung 40 zur relativen Fixierung des Sandwichblechs 2 und des weiteren Bauteils 8. Die Spannanordnung 40 weist einen elektrisch leitenden Kontaktierungsbereich 42 zur Kontaktierung der ersten Elektrodenanordnung 10 auf. Der Kontaktierungsbereich 42 wird hier durch ein elektrisch leitendes Kontaktelement 44 bereitgestellt, welches zwischen der ersten Schweißelektrode 12 und dem Sandwichblech 2 angeordnet werden kann. Die Spannanordnung 40 ist hier als Klemme mit einem ersten Klemmarm 46, welcher das Sandwichblech 2 über das Kontaktelement 44 elektrisch leitend kontaktiert, und einem zweiten Klemmarm 48, welcher das weitere Bauteil 8 elektrisch leitend kontaktiert, ausgebildet. Weiterhin weist die Spannanordnung 40 einen Schließmechanismus 50 auf, sodass die Klemmarme 46, 48 die Bauteile 2, 8 umgreifen und fixieren können. Der zweite Klemmarm 48 ist dabei mittels einer Aussparung 52 so ausgebildet, dass die zweite Schweißelektrode 22 das weitere Bauteil 8 weiterhin direkt kontaktieren kann.
-
Die Vorrichtung 1 umfasst weiterhin eine Schweißzange oder einen Schweißroboter (nicht dargestellt), welche bzw. welcher eine Kraft auf die Schweißelektroden 12, 22 in Richtung der Bauteile ausüben kann.
-
1b zeigt die Vorrichtung 1 während des Vorwärmens mittels des Vorwärmstroms IV, dessen Pfad durch die Pfeile in 1b dargestellt ist. Der Vorwärmstrom fließt über die erste Schweißelektrode 12 der ersten Elektrodenanordnung 10, die Spannanordnung 40, das weitere Bauteil 8 und die zweite Schweißelektrode 22 der zweiten Elektrodenanordnung 20. Die Spannanordnung 40 ist zur Leitung des Vorwärmstroms IV eingerichtet. Somit kann die Spannanordnung gleichzeitig als Strombrücke verwendet werden. Zudem muss der Vorwärmstrom IV nicht über das Sandwichblech 2 geführt werden, was einer Beschädigung des Sandwichblechs 2 vorbeugt. Aufgrund des elektrischen Widerstands, insbesondere des weiteren Bauteils 8, bzw. aufgrund der Übergangswiderstände, insbesondere zwischen dem weiteren Bauteil 8 und der zweiten Schweißelektrode 22, wird der zu schweißende Bereich des Sandwichblechs 2 durch den Vorwärmstrom IV derart erwärmt, dass die thermoplastische Kunststoffschicht 6 aufweicht.
-
Wie in 1c dargestellt, übt die erste Schweißelektrode 12 über das Kontaktelement 44 eine Kraft auf das Sandwichblech 2 aus, wodurch die Deckschichten 4, 5 zusammengedrückt werden. Durch das Zusammendrücken der Deckschichten 4, 5 wird die thermoplastische Kunststoffschicht 6 aus dem Schweißbereich verdrängt. Anschließend werden die Deckschichten 4, 5 mit dem weiteren Bauteil 8 durch einen Schweißstrom IS, dessen Pfad in 1c durch die Pfeile dargestellt ist, über die erste Schweißelektrode 12 der ersten Elektrodenanordnung 10 und die zweite Schweißelektrode 22 der zweiten Elektrodenanordnung 20 miteinander verschweißt. Der Schweißstrom IS fließt in diesem Fall über das Kontaktelement 44 der Spannanordnung 40.
-
2 zeigt eine perspektivische Ansicht der Spannanordnung 40 aus 1. Hierbei ist insbesondere die Ausnehmung 52 zu erkennen, welche an die Schweißelektrode 22 angepasst ist und eine Kontaktierung des weiteren Bauteil 8 durch die zweite Schweißelektrode 22 möglich ist.
-
3a–c zeigen eine schematische Schnittansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels einer Vorrichtung 1' zur Durchführung eines zweiten Ausführungsbeispiels eines Verfahrens. Im Unterschied zur Vorrichtung 1 weist die Vorrichtung 1' eine abgewandelte Spannanordnung 40' zur relativen Fixierung des Sandwichblechs 2 und des weiteren Bauteils 8 auf. Die Spannanordnung 40' weist einen elektrisch leitenden Kontaktierungsbereich 42' zur Kontaktierung der ersten Elektrodenanordnung 10 auf. Der Kontaktierungsbereich 42' wird durch ein elektrisch leitendes Kontaktelement 44' bereitgestellt, welches den Pinolenkörper 14 der ersten Schweißelektrode 12 seitlich kontaktieren kann. Die Spannanordnung 40' weist zudem ein Dämpfungselement 54' auf, welches beispielsweise elastische Elemente wie Federelemente umfassen kann. Dadurch kann eine Kraft, welche die Schweißelektrode 12 in Richtung des Pfeils 58 zur besseren Kontaktierung auf das Kontaktelement 44' ausübt, kompensiert werden. Der erste Klemmarm 46' der Spannanordnung 40' kontaktiert das Sandwichblech 2 in diesem Fall elektrisch isoliert über den Isolator 56'. Der zweite Klemmarm 48' kontaktiert das weitere Bauteil 8 wiederum elektrisch leitend.
-
Im Übrigen sind die Vorrichtung 1' und die Spannanordnung 40' ähnlich zu den in den 1 gezeigten aufgebaut, sodass auf die Beschreibung hierzu verwiesen wird.
-
3b zeigt die Vorrichtung 1' während des Vorwärmens mittels des Vorwärmstroms IV, dessen Pfad wiederum durch die Pfeile in 3b dargestellt ist. Der Vorwärmstrom IV fließt über die erste Schweißelektrode 12 der ersten Elektrodenanordnung 10, die Spannanordnung 40', das weitere Bauteil 8 und die zweite Schweißelektrode 22 der zweiten Elektrodenanordnung 20. Der Vorwärmstrom IV muss nicht über das Sandwichblech 2 geführt werden. Wie bereits beschrieben, wird der zu schweißende Bereich des Sandwichblechs 2 durch den Vorwärmstrom IV derart erwärmt, dass die thermoplastische Kunststoffschicht 6 aufweicht.
-
Wie in 3c dargestellt, übt die erste Schweißelektrode 12 unmittelbar eine Kraft auf das Sandwichblech 2 aus, wodurch die Deckschichten 4, 5 zusammengedrückt werden. Durch das Zusammendrücken der Deckschichten 4, 5 wird die thermoplastische Kunststoffschicht 6 aus dem Schweißbereich verdrängt. Anschließend werden die Deckschichten 4, 5 mit dem weiteren Bauteil 8 durch einen Schweißstrom IS, dessen Pfad in 3c durch die Pfeile dargestellt ist, über die erste Schweißelektrode 12 der ersten Elektrodenanordnung 10 und die zweite Schweißelektrode 22 der zweiten Elektrodenanordnung 20 miteinander verschweißt. Die Elektrodenkappen 16, 26 können die zu verschweißenden Bauteile 2, 8 wie gewohnt unmittelbar kontaktieren, sodass keine Anpassung der Schweißparameter erforderlich ist. Der Schweißstrom IS fließt in diesem Fall nicht über die Spannanordnung 40'.
-
4 zeigt eine perspektivische Ansicht der Spannanordnung 40' aus 3. Hierbei ist zu erkennen, dass das elektrisch leitende Kontaktelement 44' bzw. die Kontaktierungsbreich 42' auch zweigeteilt oder unterbrochen sein kann. Dadurch können beispielsweise zwei Schweißverbindungen mittels einer Spannanordnung erfolgen.
-
5a–c zeigen eine schematische Schnittansicht eines dritten Ausführungsbeispiels einer Vorrichtung 1'' zur Durchführung eines dritten Ausführungsbeispiels eines Verfahrens. Im Unterschied zur Vorrichtung 1' weist die Vorrichtung 1'' eine abgewandelte Spannanordnung 40'' zur relativen Fixierung des Sandwichblechs 2 und des weiteren Bauteils 8 auf. Zudem ist die Elektrodenanordnung 10'' um eine zusätzlich Aufsetzelektrode 19'' ergänzt, welche mit dem Pinolenschaft 14 der ersten Schweißelektrode 12 über das Verbindungselement 18'' elektrisch leitend verbunden ist. Die Spannanordnung 40'' weist einen elektrisch leitenden Kontaktierungsbereich 42'' zur Kontaktierung der Aufsetzelektrode 19'' der ersten Elektrodenanordnung 10'' auf. Der Kontaktierungsbereich 42'' wird durch ein elektrisch leitendes Kontaktelement 44'' bereitgestellt. Die Spannanordnung 40'' weist zudem ein elastisches nicht leitendes Widerlager 58'' auf, welches zur Kompensation nicht zentrisch eingeleiteter Kräfte der Aufsetzelektrode 19'' dient. Zur elektrischen Verbindung des Kontaktelements 44'' und des ersten Klemmarms 46'' ist zudem ein elektrisch leitendes Überbrückungselement 60'' vorgesehen. Der erste Klemmarm 46'' der Spannanordnung 40'' kontaktiert das Sandwichblech 2 wiederum elektrisch isoliert über einen Isolator 56''. Der zweite Klemmarm 48'' kontaktiert das weitere Bauteil 8 wiederum elektrisch leitend.
-
Im Übrigen sind die Vorrichtung 1'' und die Spannanordnung 40'' ähnlich zu den in den 1 bzw. 3 gezeigten aufgebaut, sodass auf die Beschreibung hierzu verwiesen wird.
-
5b zeigt die Vorrichtung 1'' während des Vorwärmens mittels des Vorwärmstroms IV, dessen Pfad wiederum durch die Pfeile in 5b dargestellt ist. Der Vorwärmstrom IV fließt über den Pinolenkörper 14 der ersten Schweißelektrode 12 der ersten Elektrodenanordnung 10'', die Aufsetzelektrode 19'', die Spannanordnung 40'', das weitere Bauteil 8 und die zweite Schweißelektrode 22 der zweiten Elektrodenanordnung 20. Der Vorwärmstrom IV muss nicht über das Sandwichblech 2 geführt werden. Wie bereits beschrieben, wird der zu schweißende Bereich des Sandwichblechs 2 durch den Vorwärmstrom IV derart erwärmt, dass die thermoplastische Kunststoffschicht 6 aufweicht.
-
Wie in 5c dargestellt, übt die erste Schweißelektrode 12 unmittelbar eine Kraft auf das Sandwichblech 2 aus, wodurch die Deckschichten 4, 5 zusammengedrückt werden. Durch das Zusammendrücken der Deckschichten 4, 5 wird die thermoplastische Kunststoffschicht 6 aus dem Schweißbereich verdrängt. Anschließend werden die Deckschichten 4, 5 mit dem weiteren Bauteil 8 durch einen Schweißstrom IS, dessen Pfad in 5c durch die Pfeile dargestellt ist, über die erste Schweißelektrode 12 der ersten Elektrodenanordnung 10'' und die zweite Schweißelektrode 22 der zweiten Elektrodenanordnung 20 miteinander verschweißt. Die Elektrodenkappen 16, 26 können die zu verschweißenden Bauteile 2, 8 wie gewohnt unmittelbar kontaktieren, sodass keine Anpassung der Schweißparameter erforderlich ist. Der Schweißstrom IS fließt in diesem Fall nicht über die Spannanordnung 40''.
-
6 zeigt eine perspektivische Ansicht der Spannanordnung 40'' aus 5. Hierbei ist insbesondere das Überbrückungselement 60'' zur elektrisch leitenden Verbindung des Kontaktelements 44'' mit dem ersten Klemmarm 46'' dargestellt.
-
7a–c zeigen eine schematische Schnittansicht eines viertes Ausführungsbeispiels einer Vorrichtung 1''' zur Durchführung eines vierten Ausführungsbeispiels eines Verfahrens. Im Unterschied zu den Vorrichtungen 1', 1'' weist die Vorrichtung 1''' eine abgewandelte Spannanordnung 40''' zur relativen Fixierung des Sandwichblechs 2 und des weiteren Bauteils 8 auf. Die Spannanordnung 40''' weist einen elektrisch leitenden Kontaktierungsbereich 42''' zur Kontaktierung der Elektrodenkappe 16 der ersten Schweißelektrode 12 der ersten Elektrodenanordnung 10 auf. Der Kontaktierungsbereich 42''' wird durch ein elektrisch leitendes Kontaktelement 44 bereitgestellt. Das Kontaktelement 44''' ist hier zur formschlüssigen Verbindung mit der Elektrodenkappe 16 ausgelegt. Hierzu ist eine Aussparung 62''' in dem Kontaktelement 44''' vorgesehen, dessen innere Umfangsfläche den Kontaktierungsbereich 42''' bildet. Das Kontaktelement 44''' kann beispielsweise als Kontaktierungsband ausgebildet sein. Das Kontaktelement 44''' ist über den Isolator 56''' vom Sandwichblech 2 getrennt. Der erste Klemmarm 46''' der Spannanordnung 40''' kontaktiert das Sandwichblech 2 ebenfalls nur elektrisch isoliert über den Isolator 56'''. Der zweite Klemmarm 48''' kontaktiert das weitere Bauteil 8 wiederum elektrisch leitend.
-
Im Übrigen sind die Vorrichtung 1''' und die Spannanordnung 40''' ähnlich zu den in den 1, 3 bzw. 5 gezeigten aufgebaut, sodass auf die Beschreibung hierzu verwiesen wird.
-
7b zeigt die Vorrichtung 1''' während des Vorwärmens mittels des Vorwärmstroms IV, dessen Pfad wiederum durch die Pfeile in 7b angedeutet ist. Der Vorwärmstrom IV fließt über die erste Schweißelektrode 12 der ersten Elektrodenanordnung 10, die Spannanordnung 40''', das weitere Bauteil 8 und die zweite Schweißelektrode 22 der zweiten Elektrodenanordnung 20. Der Vorwärmstrom IV muss nicht über das das Sandwichblech 2 geführt werden. Wie bereits beschrieben, wird der zu schweißende Bereich des Sandwichblechs 2 durch den Vorwärmstrom IV derart erwärmt, dass die thermoplastische Kunststoffschicht 6 aufweicht.
-
Wie in 7c dargestellt, übt die erste Schweißelektrode 12 unmittelbar eine Kraft auf das Sandwichblech 2 aus, wodurch die Deckschichten 4, 5 zusammengedrückt werden. Durch das Zusammendrücken der Deckschichten 4, 5 wird die thermoplastische Kunststoffschicht 6 aus dem Schweißbereich verdrängt. Anschließend werden die Deckschichten 4, 5 mit dem weiteren Bauteil 8 durch einen Schweißstrom IS, dessen Pfad in 7c durch die Pfeile dargestellt ist, über die erste Schweißelektrode 12 der ersten Elektrodenanordnung 10 und die zweite Schweißelektrode 22 der zweiten Elektrodenanordnung 20 miteinander verschweißt. Die Elektrodenkappen 16, 26 können die zu verschweißenden Bauteile 2, 8 wie gewohnt unmittelbar kontaktieren, sodass keine Anpassung der Schweißparameter erforderlich ist. Der Schweißstrom IS fließt in diesem Fall nicht über die Spannanordnung 40'''.
-
8 zeigt eine Teilaufsicht der Spannanordnung 40''' aus 7. Hierbei ist die Aussparung 62''' zu erkennen, in welche die erste Schweißelektrode 12 einfahren kann, um eine formschlüssige Kontaktierung des Kontaktierungsbereichs 42''' zu erreichen.
