DE102015211814A1

DE102015211814A1 - Verfahren zum Aufschweißen einer Kugel auf ein Bauteil

Info

Publication number: DE102015211814A1
Application number: DE102015211814.2A
Authority: DE
Inventors: Johann van Niekerk; Hannes Vasold
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2015-06-25
Filing date: 2015-06-25
Publication date: 2016-12-29

Abstract

Verfahren zum Aufschweißen einer Kugel auf ein Bauteil, mit den Schritten • Bereitstellen eines elektrisch leitenden Bauteils, • Bereitstellen einer elektrisch leitenden Kugel, • Andrücken der Kugel an das Bauteil, • Anlegen einer elektrischen Spannung, so dass ein elektrischer Strom von der Kugel in das Bauteil, oder umgekehrt, fließt, wobei die Stromstärke so groß ist, dass Material der Kugel und/oder des Bauteils im Bereich der Berührstelle der Kugel und dem Bauteil aufschmilzt und die Kugel mit dem Bauteil verschweißt, wobei • die Kugel vor dem Andrücken mittels eines Greifelements gegriffen wird, und • das Schweißen ohne Gegenelektrode erfolgt, derart, dass die Kugel von einer Seite her gegen das Bauteil gedrückt wird und das Bauteil von der der Berührstelle zwischen der Kugel und dem Bauteil gegenüberliegenden Seite des Bauteils her im Bereich der Berührstelle nicht abgestützt wird.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Aufschweißen einer Kugel auf ein Bauteil gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
Ein derartiges Verfahren ist aus der WO 2012/013268 A1 bekannt. Bei dem dort beschriebenen Verfahren wird eine Kugel mittels einer in eine erste Elektrode integrierten Saugeinrichtung in eine an einer Stirnseite der ersten Elektrode vorgesehene Ausnehmung ein- bzw. angesaugt. Anschließend wird die an die erste Elektrode angesaugte Kugel mittels der ersten Elektrode gegen ein Bauteil gedrückt. Auf einer der Kugel gegenüberliegenden Seite des Bauteils wird mittels einer zweiten Elektrode „gegengedrückt”. Durch Erzeugen eines Schweißstroms zwischen den beiden Elektroden wird die Kugel mit dem Bauteil verschweißt.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zum Aufschweißen einer Kugel auf ein Bauteil anzugeben, das auch in ungünstigen bzw. beengten Montagesituationen einsetzbar ist, insbesondere unter Verwendung evtl. vorhandener Hubzündungsschweißanlagentechnik.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
Ausgangspunkt der Erfindung ist ein Verfahren zum Aufschweißen einer elektrisch leitenden Kugel auf ein elektrisch leitendes Bauteil. Die Kugel wird dabei zunächst an das Bauteil angedrückt. Anschließend wird eine elektrische Spannung angelegt, so dass ein elektrischer Strom von der Kugel in das Bauteil, oder umgekehrt, fließt, wobei die Stromstärke so groß ist, dass Material der Kugel und des Bauteils im Bereich der Berührstelle der Kugel mit dem Bauteil aufschmilzt und die Kugel mit dem Bauteil verschweißt.
Ein wesentlicher Gedanke der Erfindung besteht darin, dass die Kugel vor dem Andrücken mittels eines Greifelements gegriffen wird. Im Unterschied zu der eingangs erwähnten WO 2012/013268 A1 ist also keine Elektrode mit integrierter Ansaugeinrichtung erforderlich.
Ein weiterer wesentlicher Gedanke der Erfindung besteht darin, dass das Schweißen „ohne Gegenelektrode” erfolgt, derart, dass die Kugel von einer Seite her gegen das Bauteil gedrückt wird und das Bauteil von der der Berührstelle zwischen der Kugel und dem Bauteil gegenüberliegenden Seite des Bauteils her im Bereich der Berührstelle nicht abgestützt wird, d. h. dass das Bauteil von der der Berührstelle zwischen der Kugel und dem Bauteil gegenüberliegenden Seite des Bauteils her im Bereich der Berührstelle unabgestützt ist.
Es wird also nur von „einer Seite her geschweißt. Eine Gegenelektrode bzw. ein „Gegendrücken mittels einer Gegenelektrode” wie bei der eingangs erwähnten WO 2012/013268 A1 ist nicht erforderlich. Somit ist das Schweißen auch in Montagesituationen möglich, in denen nicht genügend Raum für eine Gegenelektrode ist.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung wird ein Greifelement verwendet, das hülsenartig ausgebildet ist, d. h. ein Greifelement, welches die Kugel von außen her greift, insbesondere umgreift. Vorzugsweise wird die Kugel mittels des Greifelements entlang eines Großkreises der Kugel gegriffen.
Zum Greifen der Kugel kann ein Greifelement verwendet, welches mehrere in Umfangsrichtung verteilt angeordnete Greiffinger aufweist, welche die Kugel von außen her umgreifen, d. h. welche von außen her an der Kugel anliegen. Die Greiffinger können schwenkbar angeordnet sein. In einer Ausgangsstellung sind die Greiffinger ein wenig nach außen verschwenkt, sodass die Kugel zwischen den Greiffingern Platz findet. Die Kugel wird anschließend zwischen die Greiffinger eingebracht bzw. das Greifelement wird von oben her über die Kugel gebracht. Anschließend werden die Greiffinger nach innen verschwenkt, sodass sie zur Anlage an der Kugel kommen. Durch Aufbringen einer hinreichend großen Greifkraft auf die Greiffinger kann die Kugel zwischen den Greiffingern kraftschlüssig gehalten werden. Prinzipiell ist es möglich, die Kugel ausschließlich kraftschlüssig bzw. reibschlüssig mittels der Greiffinger zu halten. Prinzipiell könnten die Greiffinger aber auch eine z. B. ringförmige Einbuchtung o. ä. aufweisen, was es ermöglicht, dass nach dem Anlegen der Greiffinger an die Kugel zwischen den Greiffingern und der Kugel ein gewisser Formschluss entsteht.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung wird der zum Verschweißen erforderliche Schweißstrom über das Greifelement in die Kugel eingespeist. In diesem Fall ist das Greifelement bzw. sind die Greiffinger des Greifelements elektrisch leitend ausgebildet, sodass ein Stromfluss von dem Greifelement in die Kugel, oder umgekehrt, ermöglicht wird.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist in dem hülsenartigen Greiffelement ein „stiftartiges Element” angeordnet, welches in einer Längsrichtung verschieblich ist und welches mit seiner Stirnseite an der Kugel anliegt. Durch Aufbringen einer in Längsrichtung des stiftartigen Elements wirkenden Druckkraft kann die Kugel mittels des stiftartigen Elements gegen das Bauteil gedrückt werden.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung sind das Greifelement und das stiftartige Element Bestandteil einer Hubzündungsschweißeinrichtung. Zum Verschweißen der Kugel kann also eine evtl. bereits vorhandene Hubzündungsschweißeinrichtung verwendet werden.
Die Hubzündungsschweißeinrichtung wird jedoch nicht zum Hubzündungsschweißen eingesetzt, d. h. die Kugel wird während des Schweißvorgangs nicht wieder ein Stück wert vom Bauteil abgehoben, wie dies beim für das Hubzündungsschweißen typisch wäre.
Die Kugel wird vielmehr während des gesamten Schweißvorgangs z. B. mittels des stiftartigen Elements gegen das Bauteil gedrückt. Das erfindungsgemäße Schweißverfahren kann daher als „Widerstandsschweißen” bezeichnet werden.
Im Unterschied zum Hubzündungsschweißen ist auch keine Schutzgasatmosphäre erforderlich, d. h. um die Kugel herum bzw. um die Schweißstelle herum muss nicht wie beim Hubzündungsschweißen mittels einer hülsenartigen Evakuierungseinrichtung eine Schutzgasatmosphäre aufrecht erhalten werden. Das erfindungsgemäße Schweißverfahren ist somit einfacher und kostengünstiger durchführbar als das aus dem Stand der Technik bekannten Hubzündungsschweißen.
Im Folgenden wird die Erfindung im Zusammenhang mit der Zeichnung näher erläutert. Die einzige 1 beschreibt das Grundprinzip der Erfindung in schematischer Darstellung.
1 zeigt ein elektrisch leitendes Bauteil 1, auf das eine elektrisch leitende Kugel 2 aufgeschweißt wird. Das Bauteil 1 und/oder die Kugel 2 können beispielsweise aus einem Metall, wie z. B. Stahl, Aluminium o. ä. hergestellt sein. Vor dem Verschweißen wird die Kugel 2 mittels eines Greifelements 3, welches mehrere in Umfangsrichtung verteilt angeordnete Greiffinger 3a, 3b aufweist, gegriffen und an eine Oberseite 1a des Bauteils 1 herangeführt, bis die Kugel 2 die Oberseite 1a des Bauteils 1 berührt.
Anschließend wird die Kugel mittels eines Andrückelements 4, welches auch als „Ladestift” bezeichnet werden kann, gegen die Oberseite 1a des Bauteils 1 gedrückt. Das Greifelement 3 und das Bauteil 1 werden dann an eine elektrische Spannungsquelle angeschlossen. Durch Anlegen einer elektrischen Spannung U entsteht ein Stromkreis, wobei Strom von dem Greifelement 3 über die Kugel 2 in das Bauteil 1, oder umgekehrt, fließt. Im Berührpunktbereich der Kugel 2 mit dem Bauteil 1 entsteht aufgrund der punktartigen Berührung der Kugel 2 mit dem Bauteil 1 eine sehr hohe Stromdichte, was zum lokalen Aufschmelzen der Kugel 2 und/oder des Bauteils 2 und zum Verschweißen der Kugel 2 mit dem Bauteil 1 führt.
Wie aus 1 ersichtlich ist, wird lediglich von einer Seite des Bauteils 1 her, nämlich von der Seite der Oberseite 1a her geschweißt. Das Schweißen erfolgt ohne Gegenelektrode, d. h. das Bauteil 1 wird von der der Berührstelle zwischen der Kugel 2 und dem Bauteil 1 gegenüberliegenden Seite des Bauteils 1 her im Bereich der Berührstelle nicht abgestützt.
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

WO 2012/013268 A1 [0002, 0006, 0008]

Claims

Verfahren zum Aufschweißen einer Kugel (2) auf ein Bauteil (1), mit den Schritten: • Bereitstellen eines elektrisch leitenden Bauteils (1), • Bereitstellen einer elektrisch leitenden Kugel (2), • Andrücken der Kugel (2) an das Bauteil (1), • Anlegen einer elektrischen Spannung, (U), so dass ein elektrischer Strom von der Kugel (2) in das Bauteil (1), oder umgekehrt, fließt, wobei die Stromstärke so groß ist, dass Material der Kugel (2) und/oder des Bauteils (1) im Bereich der Berührstelle der Kugel (2) mit dem Bauteil (1) aufschmilzt und die Kugel (2) mit dem Bauteil (1) verschweißt, dadurch gekennzeichnet, dass • die Kugel (2) vor dem Andrücken mittels eines Greifelements (3) gegriffen wird, und • das Schweißen ohne Gegenelektrode erfolgt, derart, dass die Kugel (2) von einer Seite her gegen das Bauteil (1) gedrückt wird und das Bauteil (1) von der der Berührstelle zwischen der Kugel (2) und dem Bauteil (1) gegenüberliegenden Seite des Bauteils (1) her im Bereich der Berührstelle nicht abgestützt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Greifelement (3) ein hülsenartiges Greifelement ist, welches die Kugel (2) von außen her greift, insbesondere umgreift.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Greifelement (3) die Kugel (2) entlang eines Großkreises der Kugel (2) greift.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kugel (2) mittels eines Greifelements (3) gegriffen wird, welches mehrere in Umfangsrichtung verteilt angeordnete Greiffinger (3a, 3b) aufweist, welche die Kugel (2) von außen her greifen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Greifelement (3) elektrisch leitend ist und ein Stromfluss von dem Greifelement (3) in die Kugel (2), oder umgekehrt, erzeugt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass in dem hülsenartigen Greifelement (3) ein stiftartiges Element (4) angeordnet ist, welches in einer Längsrichtung des stiftartigen Elements (4) verschieblich ist und welches mit seiner Stirnseite an der Kugel (2) anliegt, wobei die Kugel (2) mittels des stiftartigen Elements (4) gegen das Bauteil (1) gedrückt wird.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Greifelement (3) und das stiftartige Element (4) Bestandteil einer Hubzündungsschweißeinrichtung sind, wobei das Verschweißen der Kugel (2) hubfrei durch Widerstandsschweißen erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Schweißen schutzgasfrei erfolgt.