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Die Erfindung betrifft eine Schweißvorrichtung zum Verschweißen eines Bolzens mit einem Werkstück mittels eines Lichtbogens nach dem Hubzündungsschweißverfahren.
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Beim Bolzenschweißen mit Hubzündung wird nach dem Stand der Technik, wie in 7a skizziert, der Schweißkreis durch ein Massekabel 100 mithilfe einer Masseklemme 105 am Werkstück 101 und Bolzen 102 geschlossen. Es wird demnach mindestens ein Massekabel 100 am Werkstück 101 befestigt und mit einer – in 7a lediglich angedeutet skizzierten – Bolzenschweißpistole 103 oder einem Bolzenschweißkopf der benötigte Schweißkreis zur Bildung des Bolzenschweißprozesses geschlossen. Dabei ist weiter bekannt, dass – wie in 7b skizziert – durch symmetrische Anbringung von zwei entsprechenden Masseanschlüssen bessere Schweißergebnisse erzielt werden. Oft ist es in praktischen Schweißaufgaben, meist bei komplizierten Bauteil-Geometrien nicht möglich, eine symmetrische Masseverbindung wie in 7b skizziert, zu realisieren. Bei einseitigem oder unsymmetrischem Masseanschluss wird der Lichtbogen durch das Magnetfeld des Schweißstromes, wie in 7a durch einen Pfeil angedeutet, einseitig abgelenkt (Blaswirkung). Dies stellt ein Problem der Praxis dar, da die Schweißqualität der unter Blaswirkung geschweißten Elemente deutlich reduziert ist.
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Aus der
EP 1 649 962 A1 ist ein Bolzenschweißverfahren unter Nutzung eines radialsymmetrischen Magnetfeldes (SRM: studwelding in radially symmetrical magnetic field; Bolzenschweißen in radialsymmetrischem Magnetfeld) bekannt. Durch die Verwendung des radialsymmetrischen Magnetfelds lässt sich der unerwünschte Effekt der Blaswirkung deutlich verringern. Hierdurch ist eine vereinfachte Masseklemmung am Bauteil ermöglicht. Allerdings kann sich auch beim SRM-Verfahren mit einer unsymmetrischen Masseanbindung die Blaswirkung negativ auf die Qualität der Schweißverbindung auswirken.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine entsprechende verbesserte Schweißvorrichtung anzugeben; insbesondere sollen sich mit der Schweißvorrichtung bei besonders einfacher Handhabung qualitativ hochwertige Schweißverbindungen erzielen lassen.
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Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung mit dem in dem unabhängigen Anspruch genannten Gegenstand gelöst. Besondere Ausführungsarten der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Gemäß der Erfindung ist eine Schweißvorrichtung zum Verschweißen eines Bolzens mit einem Werkstück mittels eines Lichtbogens nach dem Hubzündungsschweißverfahren vorgesehen. Die Schweißvorrichtung weist ein Gehäuse auf, Mittel zum Erzeugen eines Schweißstroms, einen, an dem Gehäuse gehalterten Bolzenhalter zum Halten des Bolzens und eine elektrische Leiteranordnung zum Leiten des Schweißstroms, wobei die Leiteranordnung einen Kontaktflächenbereich aufweist, der dazu ausgebildet ist, das Werkstück elektrisch kontaktierend positioniert zu werden. Dabei ist die Leiteranordnung fest mit dem Gehäuse verbunden oder an dem Gehäuse federnd gelagert oder als Teil des Gehäuses gestaltet.
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Dies bietet den Vorteil, dass ein Anklemmen einer Masseverbindung am Werkstück zum Setzen des Bolzens nicht erforderlich ist. Hierdurch ist die Handhabung der Schweißvorrichtung deutlich erleichtert. Außerdem lässt sich durch die Leiteranordnung ein besonders symmetrischer Masseanschluss realisieren. Hierdurch lässt sich die Blaswirkung verringern oder praktisch ausschließen und als Folge eine besonders hochqualitative Schweißverbindung erzielen.
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Vorzugsweise weist die Schweißvorrichtung weiterhin eine Magnetspule oder mehrere Magnetspulen zur Erzeugung eines, auf den Lichtbogen einwirkenden Quermagnetfelds auf. Hierdurch lässt sich ein magnetisch bewegter Lichtbogen im Sinn des SRM-Verfahrens erzeugen, wodurch zur Herstellung der Schweißverbindung ein Schweißstrom mit reduzierter Stromstärke verwendet werden kann. So lässt sich die maximale Stromdichte des Schweißstroms verringern und damit die Gefahr einer Beschädigung, insbesondere des Werkstücks oder der Leiteranordnung.
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Vorzugsweise erstreckt sich die Leiteranordnung dabei zumindest teilweise innerhalb der Magnetspule und/oder außerhalb der Magnetspule. Hierdurch lässt sich insbesondere die Leiteranordnung besonders geeignet als Teil einer Schutzgasglocke gestalten.
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Vorzugsweise weist dabei der Kontaktflächenbereich eine Ringform auf, die um eine, durch den Bolzenhalter festgelegte Längsachse herum verläuft. Hierdurch lässt sich eine besonders symmetrische Schweißstromführung erzielen. Beim SRM-Verfahren kann hierdurch der Strom während der Umlaufphase des Lichtbogens bei jedem Ablenkwinkel den kürzesten Weg gehen. Dabei ist weiterhin vorzugsweise die Gestaltung derart, dass sich der Kontaktflächenbereich – in einem Querschnitt normal zu der Längsachse betrachtet – die Projektion der Magnetspule bzw. der Magnetspulen überdeckend erstreckt, insbesondere zur Ausbildung eines magnetischen Luftspaltes. Dies ist insbesondere vorteilhaft mit Bezug auf eine besonders symmetrische Ausbildung des von der Magnetspule bzw. den Magnetspulen erzeugten Magnetfelds.
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Alternativ kann vorgesehen sein, dass der Kontaktflächenbereich wenigstens zwei, vorzugsweise drei Kontaktflächenbereich-Anteile aufweist, die sich innerhalb eines ringförmigen Bereichs erstrecken, der um die Längsachse herum verläuft. Dies hat den Vorteil, dass sich eine geeignet symmetrische Kontaktierung auch im Fall von kleinen Unebenheiten auf der Oberfläche des Werkstücks besonders leicht herstellen lässt.
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Vorzugsweise ist die Gestaltung derart, dass die Leiteranordnung parallel zu einer, durch den Bolzenhalter festgelegten Längsachse relativ zu dem Gehäuse federnd gelagert ist. Dies ist vorteilhaft mit Bezug auf die Herstellung eines sicheren und gleichförmigen elektrischen Kontakts zwischen der Leiteranordnung und dem Werkstück, insbesondere im Fall einer unebenen Werkstückoberfläche.
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Vorzugsweise ist dabei die Gestaltung derart, dass die Kontaktflächenbereich-Anteile jeweils voneinander unabhängig relativ zu dem Gehäuse federnd beweglich angeordnet sind. Hierdurch lässt sich besonders geeignet erzielen, dass eine gewisse Schiefstellung der Schweißvorrichtung gegenüber der Werkstückoberfläche ausgeglichen wird.
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Vorzugsweise weist die Schweißvorrichtung weiterhin eine Steuereinrichtung zur Steuerung des Schweißstroms auf, wobei die Gestaltung derart ist, dass durch die Steuereinrichtung der Schweißstrom in Abhängigkeit von einem zwischen der Leiteranordnung und dem Gehäuse wirkenden Druck freigegeben wird. Hierdurch lässt sich insbesondere erzielen, dass der Schweißvorgang nicht eingeleitet werden kann, wenn die Schweißvorrichtung mit einer Anpresskraft gegen die Werkstückoberfläche drückt, die unterhalb eines bestimmten geeigneten Mindestwerts liegt. Auch lässt sich so erzielen, dass ein Schweißvorgang unterbrochen wird, wenn die Anpresskraft während des Schweißvorgangs abnimmt, so dass sie unter den Mindestwert fällt, also beispielsweise, wenn die Schweißvorrichtung versehentlich von der Werkstückoberfläche abgehoben wird. So lässt sich insbesondere verhindern, dass im Fall eines Abhebens der Schweißvorrichtung während eines Schweißprozesses ein Lichtbogen zwischen der Leiteranordnung und dem Werkstück entsteht und auf diese Weise die Leiteranordnung und/oder das Werkstück beschädigt werden.
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Vorzugsweise weist hierzu die Schweißvorrichtung weiterhin mehrere, mit der Steuereinrichtung verbundene Druckerfassungs-Elemente zum Erfassen von Drücken zwischen jeweils einem der Kontaktflächenbereich-Anteile und dem Gehäuse auf. Dabei ist weiterhin vorzugsweise die Gestaltung derart, dass durch die Steuereinrichtung der Schweißstrom nur eingeschaltet werden kann, wenn jeder der Drücke einen bestimmten Mindestwert überschreitet. Hierdurch lässt sich erzielen, dass ein Schweißvorgang nur ausgelöst bzw. freigegeben werden kann, wenn sämtliche Kontaktflächenbereich-Anteile entsprechend geeignet ausreichend gegen das Werkstück gedrückt sind. So lässt sich eine besonders zuverlässige symmetrische Kontaktierung bewirken. Weiterhin vorzugsweise ist dabei die Gestaltung derart, dass durch die Steuereinrichtung der Schweißstrom ausgeschaltet wird, sobald einer der Drücke den bestimmten Mindestwert unterschreitet. So lässt sich eine geeignete Sicherheitsabschaltung realisieren.
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Vorzugsweise weit die Schweißvorrichtung weiterhin eine, mit der Steuereinrichtung verbundene Mess-Anordnung zum Messen eines zwischen dem Werkstück und der Leiteranordnung bestehenden elektrischen Widerstands auf. So lässt sich erzielen, dass ein Schweißvorgang nur eingeleitet werden kann, wenn der Übergangswiderstand geeignet klein ist. Ein zu hoher Übergangswiderstand kann beispielsweise durch Korrosion oder Rückstände auf dem Werkstück bedingt sein. Weiterhin vorzugsweise ist dabei die Gestaltung derart, dass durch die Steuereinrichtung der Schweißstrom ausgeschaltet wird, sobald der elektrische Widerstand einen bestimmten Mindestwert überschreitet. Auch hierdurch lässt sich eine geeignete Sicherheitsabschaltung realisieren.
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Vorzugsweise weist die Schweißvorrichtung weiterhin eine, mechanisch mit dem Gehäuse verbundene Masseleitung und eine, mechanisch mit dem Gehäuse verbundene Versorgungsleitung zum Leiten des Schweißstroms auf, wobei die Masseleitung und die Versorgungsleitung mechanisch miteinander verbunden sind. Dies ist vorteilhaft mit Bezug auf die Handhabung der Schweißvorrichtung, da hierdurch das Erfordernis eines separat zu führenden Massekabels entfällt.
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Vorzugsweise weist die Schweißvorrichtung weiterhin einen Freigabetaster oder mehrere Freigabetaster für eine Zweihandschaltung auf.
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels und mit Bezug auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
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1 eine Skizze zu einem Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Schweißvorrichtung, bei der die Leiteranordnung als Teil einer Schutzgasglocke gestaltet ist,
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2a eine Ausführung, bei der die Leiteranordnung in Verbindung mit einer SRM-Magnetfeldspule ausgebildet ist,
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2b eine entsprechende Ausführung mit verbessertem elektrischen Kontaktbereich,
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3a bis 3c Skizzen zu unterschiedlichen Ausgestaltungsmöglichkeiten der Leiteranordnung, jeweils mit dem Verlauf des Schweißstroms,
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4 eine Skizze zum elektrischen Kontaktbereich, normal zur Längsachse des Bolzenhalters betrachtet,
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5 eine Skizze zu einer hierzu alternativen Ausführung mit drei Kontaktflächenbereich-Anteilen,
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6a bis 6c Skizzen zu Ausgestaltungen mit Federelementen, die zwischen dem Gehäuse und der Leiteranordnung wirken, und
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7a und 7b Skizzen zu einer Schweißvorrichtung mit einem Massen-Anschluss an dem Werkstück nach dem Stand der Technik.
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1 zeigt eine Querschnitt-Skizze zu einem Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Schweißvorrichtung. Dabei ist in 1 lediglich ein vorderer Endbereich der Schweißvorrichtung gezeigt. Bei der Schweißvorrichtung kann es sich insbesondere um eine Schweißpistole oder um einen Schweißkopf handeln.
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Die Schweißvorrichtung ist dazu ausgestaltet, durch einen Schweißvorgang einen Bolzen 1 mit einem Werkstück 2 mittels eines Lichtbogens nach dem Prinzip des Hubzündungsschweißens zu verbinden. Mit "Bolzen" soll hier allgemein ein Bolzenartiges Schweißelement bezeichnet sein, das sich entsprechend für ein Hubzündungsschweißen eignet, also beispielsweise ein Gewindebolzen, ein Stift oder eine Buchse.
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Die Schweißvorrichtung weist ein Gehäuse 3 auf, dessen vorderer Endbereich in 1 lediglich schematisch angedeutet skizziert ist. Mit "vorderer Endbereich" des Gehäuses 3 sei dabei derjenige Bereich des Gehäuses 3 bezeichnet, der bei dem Schweißvorgang zu dem Werkstück 2 hin weist.
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Weiterhin weist die Schweißvorrichtung Mittel zum Erzeugen eines Schweißstroms für den Schweißvorgang auf; diese Mittel können, wie in 1 schematisch angedeutet, eine Schweißstromquelle 30 umfassen.
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Weiterhin weist die Schweißvorrichtung einen, an dem Gehäuse 3 gehalterten Bolzenhalter 5 zum Halten des Bolzens 1 auf. Der Bolzenhalter 5 kann insbesondere, wie an sich aus dem Stand der Technik bekannt, mit einer Bewegungseinrichtung zur Durchführung des Schweißvorgangs nach dem Prinzip des Hubzündungsschweißens verbunden sein.
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Die Schweißvorrichtung weist weiterhin insbesondere eine Steuereinrichtung zur Ansteuerung der Schweißstromquelle 30 und der Bewegungseinrichtung auf, wobei die Steuereinrichtung insbesondere dazu ausgestaltet ist, durch eine entsprechende Ansteuerung der Schweißstromquelle 30 und der Bewegungseinrichtung den Schweißvorgang auszulösen.
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Weiterhin umfasst die Schweißvorrichtung eine elektrische Leiteranordnung 6 zum Leiten des Schweißstroms, wobei die Leiteranordnung 6 einen Kontaktflächenbereich 7 aufweist, der dazu ausgebildet ist, für die Durchführung des Schweißvorgangs das Werkstück 2 elektrisch kontaktierend positioniert zu werden. Dementsprechend ist vorgesehen, dass für den Schweißvorgang die Leiteranordnung 6 mit ihrem Kontaktflächenbereich 7 derart in Kontakt mit dem Werkstück 2 gebracht wird bzw. mit einem Anpressdruck gegen das Werkstück 2 gedrückt wird, dass zwischen diesen beiden Teilen 6, 2 eine geeignete elektrisch leitende Verbindung für das Fließen des Schweißstroms während des Schweißvorgangs hergestellt ist. Selbstverständlich sind der Bolzenhalter 5 und die Leiteranordnung 6 nicht unmittelbar miteinander elektrisch verbunden.
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Wie in 1 angedeutet, kann dementsprechend insbesondere der Bolzenhalter 5 über eine erste elektrische Leitung 31 elektrisch leitend mit einem ersten Pol, beispielsweise dem Minus-Pol der Schweißstromquelle 30 verbunden sein und die Leiteranordnung 6 über eine zweite elektrische Leitung 32 mit einem zweiten Pol, beispielsweise dem Plus-Pol der Schweißstromquelle 30. Selbstverständlich kann in der ersten elektrischen Leitung 31 und/oder in der zweiten elektrischen Leitung 32 ein Schalter oder Taster oder dergleichen vorgesehen sein.
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Dabei ist die Leiteranordnung 6 fest mit dem Gehäuse 3 verbunden oder an dem Gehäuse 3 federnd gelagert oder als Teil des Gehäuses 3 gestaltet. Beispielsweise kann sie, wie in 1 skizziert, als Teil einer Schutzgasglocke 20 der Schweißvorrichtung gestaltet sein. Auf diese Weise lässt sich die Handhabung beim Schweißen erleichtern, denn es entfällt – im Vergleich zu dem eingangs genannten Stand der Technik – das Erfordernis, vor Beginn des eigentlichen Schweißvorgangs eine Masseklemme an dem Werkstück 2 anzuklemmen.
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Außerdem lassen sich durch die genannte Leiteranordnung 6 die Bedingungen für den Schweißvorgang verbessern, da hierdurch die Masseanbindung besonders geeignet symmetrisch gestaltet werden kann, was insbesondere mit Bezug auf die Blaswirkung vorteilhaft ist.
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Die Schutzgasglocke 20 und die Leiteranordnung 6 können mit Bezug auf eine, durch den Bolzenhalter 5 festgelegte Längsachse L kreisringförmig geschlossen ausgebildet sein. Auf diese Weise lässt sich entsprechend auch der Kontaktflächenbereich 7 kreisförmig bzw. mit Bezug auf die Längsachse L oder den Bolzenhalter 5 rotationssymmetrisch gestalten. Somit ist grundsätzlich eine besonders symmetrische Massenverbindung ermöglicht, was mit Bezug auf die Blaswirkung grundsätzlich besonders vorteilhaft ist.
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Dabei kann die Gestaltung derart sein, dass sich der Kontaktflächenbereich 7 verhältnismäßig nahe an dem Bolzenhalter 5 befindet, also sozusagen eine "lokale Massezuführung" gegeben ist. Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass der mit Bezug auf die Längsachse L des Bolzenhalters 5 radiale Abstand a zwischen dem Bolzenhalter 5 und der Leiteranordnung 6 kleiner ist als das Dreifache oder das Doppelte einer radialen Erstreckung r des Bolzens 1, vorzugsweise kleiner als die radiale Erstreckung r. Dies ist vorteilhaft mit Bezug auf die Symmetrie der elektrischen Feldverhältnisse.
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Allerdings ist aufgrund der grundsätzlich verhältnismäßig hohen Stromstärken, die beim Bolzenschweißen angewendet werden, eine Masseführung – wie in 1 skizziert – über die Schutzgasglocke 20 nicht immer unproblematisch. Beispielsweise kann es hierbei dazu kommen, dass sich der Strom aufgrund eines einseitig brennenden Lichtbogens – trotz der symmetrischen Gestaltung – auf einen Bereich mit einem besseren Kontakt konzentriert und in diesem Bereich zu einer erhöhten Stromdichte führt. Hierdurch besteht die Gefahr, dass das Werkstück 2 und/oder die Schutzgasgasglocke 20 bzw. die Leiteranordnung 6 beschädigt werden.
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Um diese Gefahr zu verringern, ist vorteilhaft vorgesehen, dass – wie in
2a entsprechend skizziert – die Schweißvorrichtung außerdem eine Magnetspule
8 zur Erzeugung eines, auf den Lichtbogen einwirkenden Quermagnetfelds
9 aufweist, beispielsweise so, wie dies an sich aus der eingangs erwähnten Schrift
EP 1 649 962 A1 bekannt ist. So lässt sich erzielen, dass sich die Schweißvorrichtung für ein SRM-Verfahren eignet. Durch die Verwendung eines entsprechend magnetisch bewegten Lichtbogens werden Bedingungen geschaffen, die vorteilhaft sind mit Bezug auf die Wirkung der erfindungsgemäßen Leiteranordnung
6, denn die Stärke des benötigten Schweißstrom kann hierdurch um mehr als 50% reduziert werden. Dies reduziert die maximal mögliche Stromdichte und mindert dadurch die Anfälligkeit für Schäden.
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Anstelle der Magnetspule 8 bzw. ergänzend hierzu können mehrere Magnetspulen vorgesehen sein.
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Die Kombination der Magnetspule 8 und der Leiteranordnung 6 wird hier im Folgenden auch kurz als "SRM-Einheit" bezeichnet. Um den elektrischen Übergangswiderstand zwischen der SRM-Einheit und dem Werkstück 2 möglichst gering zu gestalten, ist vorzugsweise vorgesehen, die Leiteranordnung 6 – wie in 2b skizziert – mit einem Werkstoff mit hoher elektrischer Leitfähigkeit im Kontaktbereich zwischen der SRM-Einheit und dem Werkstück 2 zu gestalten. Mit "Kontaktbereich" sei hier ein Anteil der Leiteranordnung 6 bezeichnet, der sich vor einer, normal zu der Längsachse L orientierten Ebene befindet, durch die eine vordere Begrenzung der Magnetspule 8 bzw. der Magnetspulen festgelegt ist, mit anderen Worten ein vorderer Endbereich der Leiteranordnung 6, der sich vor der Magnetspule 8 bzw. der Magnetspulen erstreckt. Wenn die Schweißvorrichtung wie für den Schweißvorgang vorgesehen das Werkstück 2 kontaktierend positioniert ist, befindet sich dieser Kontaktbereich somit zwischen der Magnetspule 8 bzw. den Magnetspulen einerseits und dem Werkstück 2 andererseits.
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Dieser Kontaktbereich ist dabei weiterhin vorzugsweise aus einem magnetisch nicht leitenden Material gestaltet. Hierdurch entsteht ein so genannter magnetischer Luftspalt, welcher beim Schweißen auf einem magnetisch leitfähigem Grundmaterial (Stahl) einen positiven Einfluss auf das SRM-Verfahren in der Praxis aufweist, denn es lässt sich auf diese Weise verhindern, dass sich das von der Magnetspule 8 erzeugte Magnetfeld an einer Stelle mit besonders gutem Kontakt konzentriert. Somit lässt sich insbesondere erzielen, dass kleine Unebenheiten auf der Oberfläche des Werkstücks 2, welche an sich zu einem ungleichmäßigen Kontakt führen können, nahezu keinen negativen Effekt hinsichtlich der symmetrischen Magnetfeldausbildung haben. Der Kontaktflächenbereich 7 kann hierfür alternativ auch mit einem elektrisch sehr gut leitenden Material beschichtet sein.
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In den 3a bis 3c sind unterschiedliche Ausführungsbeispiele der Massekontaktierung bzw. der Leiteranordnung 6 und die jeweils resultierenden Stromverläufe 4 des Schweißstroms mit dicken Pfeilen angedeutet. Bei der in 3a skizzierten Ausführung erstreckt sich die Leiteranordnung 6 überwiegend innerhalb der Magnetspule 8, bei der in 3b skizzierten Ausführung überwiegend außerhalb der Magnetspule 8 und bei der in 3c skizzierten Ausführung innen und außen. Dabei ist in jedem Fall vorzugsweise der Kontaktflächenbereich 7 derart gestaltet, dass er sich – in einem Querschnitt normal zu der Längsachse L betrachtet – die Projektion der Magnetspule 8 überdeckend erstreckt. Dies ist vorteilhaft mit Bezug auf die Ausbildung des oben erwähnten magnetischen Luftspalts.
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Der durch das SRM-Verfahren in Verbindung mit einer, durch die Leiteranordnung 6 symmetrisch in der SRM-Einheit integrierten Massezuführung resultierende, über die Zeit gemittelte Stromfluss des Schweißstroms ist in 4 schematisch dargestellt, die eine Darstellung in einer Ebene normal zu der Längsachse L zeigt. Bei der in 4 dargestellten Ausführung ist eine gleichmäßig um den Umfang verteilte Kontaktierung der Masse vorgesehen. Der Kontaktflächenbereich 7 weist hierbei also eine kreisförmige Ringform auf, die sich symmetrisch um die Längsachse L erstreckt. Bei dieser Gestaltung kann der Strom während der Umlauf-Phase des Lichtbogens bei jedem Ablenkungswinkel auf dem kürzesten Weg fließen.
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5 zeigt in analoger Darstellungsweise eine insoweit alternative, bevorzugte Variante, bei der der Kontaktflächenbereich 7 wenigstens zwei, vorzugsweise drei, insbesondere genau drei Kontaktflächenbereich-Anteile 10 aufweist, die sich innerhalb eines ringförmigen Bereichs um die Längsachse L erstrecken. Vorzugsweise sind diese Kontaktflächenbereich-Anteile 10 gleichmäßig über den ringförmigen Bereich verteilt gestaltet, also im Fall von genau drei Kontaktflächenbereich-Anteilen 10 mit Bezug auf die Längsachse L jeweils einen 120°-Winkel festlegend. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass sich die Kontaktflächenbereich-Anteile 10 mit Bezug auf den ringförmigen Bereich weiter nach vorne erstrecken, so dass hierdurch separat voneinander erhöhte Kontaktstellen gebildet sind, die bei einer Kontaktierung mit dem Werkstück 2 die einzigen Kontaktstellen bilden. Hierdurch ist eine symmetrische Kontaktierung auch bei kleinen Unebenheiten auf der Oberfläche des Werkstücks 2 begünstigt, denn die Gefahr, dass die Schweißvorrichtung beim Kontaktieren des Werkstücks 2 kippelt, ist durch diese Gestaltung besonders gering. Der Schweißstrom wird hier während des Schweißvorgangs gleichmäßig auf die drei Kontaktflächenbereich-Anteile 10 verteilt.
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Wie beispielhaft in den 6a und 6b skizziert, ist die Gestaltung weiterhin vorzugsweise derart, dass die Leiteranordnung 6 parallel zu der Längsachse L relativ zu dem Gehäuse 3 federnd gelagert ist. Hierzu kann die Schweißvorrichtung insbesondere wenigstens ein Federelement 21 aufweisen, beispielsweise in Form einer parallel zu der Längsachse L wirkenden Druckfeder, das beispielsweise – wie in den 6a und 6b angedeutet – zwischen der Magnetspule 8 und der Leiteranordnung 6 wirkend angeordnet ist.
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Hierdurch lässt sich erzielen, dass der elektrische Kontakt zwischen der Leiteranordnung 6 und dem Werkstück 2 besonders geeignet hergestellt werden kann. Insbesondere lässt sich auf diese Weise – insoweit ähnlich wie bei der in 5 gezeigten Ausführung – eine besonders gleichmäßige Kontaktierung im Fall einer unebenen Oberfläche des Werkstücks 2 erzielen.
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Weiterhin vorteilhaft umfasst die Schweißvorrichtung bei einer solchen gefedert gelagerten Ausführung des Leiterelements 6 ein Druckerfassungs-Element zur Erfassung eines zwischen der Leiteranordnung 6 und dem Gehäuse 3 bzw. der Magnetspule 8 herrschenden Drucks, wobei die Gestaltung derart ist, dass durch die Steuereinrichtung der Schweißvorgang in Abhängigkeit von dem durch das Druckerfassungs-Element erfassten Druck freigegeben wird. Insbesondere kann die Gestaltung derart sein, dass der Schweißvorgang durch die Steuereinrichtung nur freigegeben oder ausgelöst werden kann, wenn der erfasste Druck einen bestimmten vorab festgelegten Mindestwert übersteigt.
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Auf diese Weise lässt sich insbesondere vermeiden, dass der Schweißvorgang ausgeführt wird, wenn der von der Schweißvorrichtung auf das Werkstück 2 ausgeübte Anpressdruck ungeeignet gering ist. Insbesondere lässt sich auf diese Weise erzielen, dass vor Auslösen des Schweißvorgangs jedenfalls die von dem wenigstens einen Federelement 21 erzeugte Federkraft überwunden werden muss. Beispielsweise kann hierbei vorgesehen sein, dass die Federkraft – wie in 6b angedeutet – bis zu einem, relativ zu dem Gehäuse 3 lagefesten Anschlagelement 28 überwinden werden muss, bevor der Schweißvorgang ausgelöst werden kann.
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Wie in 6c angedeutet, ist die Gestaltung im Fall einer Ausführung mit den mehreren Kontaktflächenbereich-Anteilen 10 derart, dass die Kontaktflächenbereich-Anteile 10 jeweils voneinander unabhängig relativ zu dem Gehäuse 3 bzw. zu der Magnetspule 8 federnd beweglich angeordnet sind, insbesondere durch mehrere entsprechende Federelemente 24.
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Wenn die mehreren Kontaktflächenbereich-Anteile 10 vorgesehen sind, weist die Schweißvorrichtung vorzugsweise mehrere entsprechende, mit der Steuereinrichtung verbundene Druckerfassungs-Elemente zum Erfassen von Drücken zwischen jeweils einem der Kontaktflächenbereich-Anteile 10 und dem Gehäuse 3 bzw. der Magnetspule 8 auf. Dabei ist die Gestaltung vorzugsweise derart, dass durch die Steuereinrichtung der Schweißvorgang nur freigegeben werden kann, wenn jeder dieser erfassten Drücke einen bestimmten entsprechenden Mindestwert übersteigt.
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Durch eine entsprechende "gefederte Massezuführung" lässt sich erzielen, dass der Schweißvorgang nur freigegeben oder ausgelöst werden kann, wenn eine ordnungsgemäße Kontaktierung zwischen der Leiteranordnung 6 und dem Werkstück 2, mit entsprechendem Anpressdruck, hergestellt ist. Für die Auswertung kann dabei insbesondere ein Schalter 22 oder – bei der Ausführung gemäß 6c – können entsprechend mehrere Schalter 23 vorgesehen sein.
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Durch die gefederte Massezuführung lässt sich insbesondere erzielen, dass eine Schiefstellung der Schweißvorrichtung durch das wenigstens eine Federelement 21 bzw. die Federelemente 24 ausgeglichen wird. Dies ist insbesondere im Fall einer Schweißpistole von Vorteil.
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Ebenso ist es hierbei möglich, die Gestaltung derart vorzusehen, dass durch die Steuereinrichtung der Schweißstrom ausgeschaltet wird, sobald einer der Drücke den bestimmten Mindestwert unterschreitet. So lässt sich insbesondere erzielen, dass der Schweißvorgang unterbrochen wird, sobald die Schweißvorrichtung während des Schweißvorgangs versehentlich vom Werkstück 2 abgehoben wird. Diese Maßnahme verhindert, dass beim Abheben der Schweißvorrichtung während des Schweißvorgangs ein Lichtbogen zwischen dem Kontaktflächen-Bereich 7 und dem Werkstück 2 entsteht und dadurch insbesondere das Werkstück 2 und/oder die Leiteranordnung 6 beschädigt werden. Auf diese Weise lässt sich sozusagen eine Sicherheitsabschaltung bewirken.
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Diese Sicherheitsabschaltung sowie die Schweißfreigabe können ebenso entsprechend durch gefederte und mit Schaltern ausgestattete verschiebbare Stativstangen, an welchen die kombinierte Magnetfeld/Schutzgaseinheit befestigt ist oder durch Kraftsensoren zur Messung der axialen Anpresskraft ausgeführt sein.
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Weiterhin kann durch die beschriebene Ausgestaltung sichergestellt werden, dass ein unkontrolliertes Auslösen eines Schweißvorgangs verhindert wird. Beim Nachladen eines Bolzens kann zum Beispiel durch versehentliches Überbrücken der Strecke zwischen dem Bolzenhalter 5 und der Leiteranordnung 6 durch einen Bolzen ein Kurzschluss entstehen. Ein Kurzschluss schaltet prinzipiell den Schweißbetrieb frei und es könnte durch zusätzliches versehentliches Betätigen eines Auslöseknopfes der Schweißvorrichtung ungewollt der Schweißvorgang mit der Hand an der Schweißvorrichtung gestartet werden. Dementsprechend ist vorzugsweise die Gestaltung – wie oben ausgeführt – derart, dass der Schweißvorgang nur nach Aufbringung einer entsprechenden Kraft parallel zur Längsachse L, also in "Axialrichtung", freigegeben bzw. ausgelöst werden kann.
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Weiterhin kann die Schweißvorrichtung vorteilhaft eine, mit der Steuereinrichtung verbundene Mess-Anordnung zum Messen eines zwischen dem Werkstück 2 und der Leiteranordnung 6 bestehenden elektrischen Widerstands aufweisen. Insbesondere kann hierbei vorgesehen sein, dass diese Mess-Anordnung den Widerstand indirekt durch Messen der elektrischen Spannung ermittelt. Diese Spannung steigt, sobald sich eine Kontaktierung löst.
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Hierdurch lässt sich erzielen, dass der Schweißvorgang erst freigegeben bzw. ausgelöst werden kann, wenn ein ausreichend niedriger Übergangswiderstand zwischen der Leiteranordnung 6 und dem Werkstück 2 hergestellt ist. Auf diese Weise lässt sich verhindern, dass ein Schweißvorgang ausgelöst wird, falls der Übergangswiderstand zu hoch ist. Ein entsprechend erhöhter Übergangswiderstand kann zum Beispiel aufgrund von Korrosion oder von Rückständen auf dem Werkstück 2 auftreten. Insbesondere kann hierbei die Gestaltung auch derart ist, dass durch die Steuereinrichtung der Schweißstrom ausgeschaltet wird, sobald der elektrische Widerstand einen bestimmten Mindestwert überschreitet. Auch so lässt sich eine Sicherheitsabschaltung bewirken.
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Vorzugsweise weist die Schweißvorrichtung weiterhin eine, mechanisch mit dem Gehäuse 3 verbundene Masseleitung und eine, mechanisch mit dem Gehäuse 3 verbundene Versorgungsleitung zum Leiten des Schweißstroms auf, wobei die Masseleitung und die Versorgungsleitung mechanisch miteinander verbunden sind. Die Masseleitung ist dementsprechend vorzugsweise elektrisch mit der Leiteranordnung 6 verbunden. Insbesondere kann sich die Masseleitung von der Schweißstromquelle 30 bis zur Schweißvorrichtung in einem Paket mit der Versorgungsleitung erstrecken. Dies erleichtert das Handling sehr, da sich auf diese Weise ein separat zu führendes Massekabel vermeiden lässt.
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Vorzugsweise weist die Schweißvorrichtung weiterhin einen Freigabetaster oder mehrere Freigabetaster für eine Zweihandschaltung auf. Eine Zweihandschaltung bzw. Zweihandbedienung mit einem zusätzlichen Freigabetaster an der Schweißvorrichtung ist vorteilhaft mit Bezug auf die Sicherheit bei der Bedienung der Schweißvorrichtung und ermöglicht – auch wenn keine gefederte Massekontaktierung vorgesehen ist, eine geeignet hohe Sicherheit.
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Das beschriebene System der radialen Massezuführung stellt insbesondere eine Verfahrensverbesserung beim Schweißen mit magnetisch bewegtem Lichtbogen dar. Der Lichtbogen kann hier unter besonders gut geeignetgen Masse-Symmetriebedingungen die gewünschte magnetisch angeregte Bewegung vollziehen. Der Schweißkreis weist aufgrund der symmetrischen Massezuführung unabhängig von der aktuellen Lichtbogenposition eine gleichbleibende Länge auf. Der Entfall einer separat anzubringenden Masseverbindung erleichtert das Handling deutlich. Die erfindungsgemäße Schweißvorrichtung ermöglicht durch eine, in stets definierter Weise gebildete Masseanbindung besonders gleichbleibende Verhältnisse und dadurch reproduzierbare Schweißergebnisse.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 1649962 A1 [0003, 0041]
