-
Die Erfindung geht aus von einer Schweißvorrichtung mit einem zangenförmigen Grundkörper gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Eine solche Schweißvorrichtung kann auch als Schweißzange bezeichnet werden.
-
Aus dem Stand der Technik sind Schweißvorrichtungen mit einem zangenförmigen Grundkörper bekannt. Sie werden überwiegend zum Widerstandspunktschweißen eingesetzt. Dafür weisen die Schweißvorrichtungen als Schweißmittel zwei Elektroden auf, zwischen die die zu verbindenden Bauteile eingeklemmt werden. Unter Krafteinwirkung fließt ein elektrischer Strom zwischen den Elektroden durch die Bauteile, der die Bauteile punktuell erwärmt. Aufgrund der Wärme und der Krafteinwirkung werden die beiden Bauteile punktuell stoffschlüssig miteinander verbunden.
-
Die beim Schweißvorgang auf den zangenförmigen Grundkörper wirkenden Kräfte können zu einer Verformung des Grundkörpers führen. Um eine Beschädigung zu vermeiden, wird darauf geachtet, die Kräfte nicht zu groß werden zu lassen. Hierzu wird beispielsweise in der
DE 43 05 364 C1 ein opto-elektronischer Sensor verwendet. Die
DE 103 38 176 A1 sieht die Verwendung von Dehnungsmessstreifen vor. Aus der
DE 20 2005 001 659 U1 ist es bekannt, eine Schweißzange mit piezoelektrischen Deformationssensoren zu versehen.
-
Die
EP 1 923 680 A2 offenbart einen Dehnungs-, Druck- und/oder Bruchsensor mit einem in ein Basismaterial eingenähten oder eingestickten Leiter.
-
Gegenüber dem Stand der Technik ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Schweißvorrichtung mit einem gut mit dem Grundkörper verbundenen Sensormittel zu schaffen. Außerdem soll ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Schweißvorrichtung geschaffen werden.
-
Diese Aufgabe wird durch eine Schweißvorrichtung gemäß Anspruch 1 und durch ein Verfahren gemäß Anspruch 7 gelöst. Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
-
Die Schweißvorrichtung umfasst einen zangenförmigen Grundkörper, Schweißmittel und zumindest ein Sensormittel. Zumindest ein Teil der Schweißmittel ist dabei am Grundkörper angeordnet. Das Sensormittel ist im Grundkörper angeordnet. Das Sensormittel umfasst einen Leiter und ein Basismaterial. Es ist insbesondere möglich, dass das Basismaterial elektrisch isolierend ist und der Leiter elektrisch leitfähig ist. Der Leiter ist in oder auf das Basismaterial genäht oder gestickt. Es ist beispielsweise möglich, dass der Leiter mit einem Verfahren aus der
EP 1 923 680 A2 in das Basismaterial eingenäht oder eingestickt ist.
-
Das oben beschriebene Sensormittel ist besonders vorteilhaft für eine gute Verbindung mit dem Grundkörper, da das Basismaterial entsprechend ausgewählt werden kann. Es kann beispielsweise ein Basismaterial gewählt werden, das direkt in das Material des Grundköpers appliziert werden kann. Das Basismaterial kann hierfür eine artverwandte Materialbeschaffenheit zu dem Material des Grundkörpers besitzen, sodass es sich ohne Beeinträchtigung der Stabilität des Grundkörpers bei der Herstellung der Schweißvorrichtung in den Grundkörper einbringen lässt.
-
Hierbei ist der Grundkörper aus einem Verbundwerkstoff gefertigt sein. Solch ein Grundkörper ist besonders gut geeignet, um die beim Schweißvorgang benötigte Kraft auf die zu verschweißenden Bauteile auszuüben. Der Grundkörper kann so besonders leicht und stabil ausgebildet sein. Außerdem lässt sich bei der Herstellung in einen aus dem Verbundwerkstoff gefertigten Grundkörper besonders gut das Sensormittel einbringen. Es kann also eine besonders gute Verbindung zwischen dem Grundkörper und dem Sensormittel hergestellt werden. Das Verfahren zur Herstellung des Grundkörpers muss nur geringfügig geändert werden, um das Sensormittel in den Grundkörper einzubringen, da der Grundkörper aus einem Verbundwerkstoff hergestellt wird. Dabei ist das Sensormittel im Grundkörper einlaminiert. So lässt sich die Einbringung des Sensormittels besonders gut in das Herstellungsverfahren des Grundkörpers integrieren. Dies gilt insbesondere für einen Grundkörper, der aus einem Verbundwerkstoff gefertigt ist. Außerdem ist das einlaminierte Sensormittel besonders gut gegen Beschädigungen geschützt.
-
Nach einer Ausführungsform der Erfindung kann der Verbundwerkstoff ein kohlenstofffaserverstärkter Kunststoff sein. Dieser Verbundwerkstoff ist besonders vorteilhaft für einen stabilen und leichten Grundkörper. Außerdem lässt sich in den kohlenstofffaserverstärkten Kunststoff das Sensormittel während der Herstellung besonders gut einbringen.
-
Nach einer Ausführungsform der Erfindung kann das Basismaterial des Sensormittels ein Glasfasertextil umfassen. Bei dem Glasfasertextil kann es sich insbesondere um ein Glasfaservlies handeln. Das Glasfasertextil weist besonders gute Eigenschaften auf, um in den Verbundwerkstoff des Grundkörpers während des Herstellungsprozesses eingebracht zu werden. Besonders vorteilhaft ist die Verwendung des Glasfasertextils in Kombination mit der Verwendung des kohlenstofffaserverstärkten Kunststoffs für den Grundkörper. Das Glasfasertextil ist insbesondere vorteilhaft, da bei Anordnung des Sensormittels im Grundkörper die Stabilität des Grundkörpers nur sehr wenig oder überhaupt nicht beeinträchtigt wird.
-
Nach einer Ausführungsform der Erfindung kann das Sensormittel zur Detektion einer Temperatur, einer mechanischen Verformung und/oder von Feuchtigkeit ausgebildet sein. Die Detektion der Temperatur ist insbesondere vorteilhaft, um eine zu starke Erhitzung eines am oder im Grundkörper verlaufenden Stromleiters zu detektieren. Der Stromleiter kann zwei Bestandteile der Schweißmittel (z.B. zwei Elektroden) miteinander verbinden und sich während eines Schweißvorgangs erhitzen. Wenn durch das Sensormittel eine zu starke Erwärmung detektiert wird, kann die Schweißvorrichtung beispielsweise gekühlt werden. Alternativ oder zusätzlich ist es möglich, die Schweißvorrichtung für eine gewisse Zeit nicht für Schweißvorgänge zu verwenden, um den Stromleiter abkühlen zu lassen.
-
Die Detektion der mechanischen Verformung ist insbesondere vorteilhaft, um eine Beschädigung des Grundkörpers zu verhindern. Eine gewisse mechanische Verformung des Grundkörpers während des Schweißvorgangs ist normal und beeinträchtigt nicht die Funktion der Schweißvorrichtung. Bei einer zu großen Verformung erhöht sich jedoch die Gefahr von Beschädigungen. Wenn das Sensormittel eine so starke mechanische Verformung detektiert, kann beispielsweise der Schweißvorgang abgebrochen oder die von der Schweißvorrichtung auf die zu verschweißenden Bauteile ausgeübte Kraft verringert werden. Die Temperatur kann durch das Sensormittel dadurch detektiert werden, dass der Widerstand des Leiters des Sensormittels temperaturabhängig ist.
-
Eine zu hohe Temperatur des Stromleiters zwischen den Elektroden ist auch insbesondere nachteilig, da der Widerstand des Stromleiters bei höheren Temperaturen ebenfalls höher ist. Bei einer zu hohen Temperatur kann der erforderliche Schweißstrom an den Elektroden nicht mehr bereitgestellt werden, sodass eine Verschweißung nicht möglich ist.
-
Die mechanische Verformung kann beispielsweise dadurch detektiert werden, dass der Querschnitt des Leiters des Sensormittels verändert wird und sich dadurch der elektrische Widerstand des Leiters ändert.
-
Die Detektion von Feuchtigkeit z.B. bei Leckagen hat den Vorteil, dass eine zu hohe Feuchtigkeit detektiert werden kann, die den Stromleiter zwischen den Schweißelektroden beschädigen könnte.
-
Die Detektion der Temperatur, der mechanischen Verformung und der Feuchtigkeit sind insbesondere während der Einrichtung der Schweißvorrichtung vorteilhaft, um Überbelastungen der Schweißvorrichtung insgesamt oder einzelner Bauteile (z.B. des Stromleiters zwischen den Schweißelektroden oder des Grundkörpers) frühzeitig zu detektieren und ihnen entgegenzuwirken. Durch eine +Auswertung der überwachten Parameter können Unregelmäßigkeiten frühzeitig erkannt werden. Ein Sicherheitsmechanismus kann dann in Gang gesetzt werden. Dies kann zum Beispiel die Abschaltung der Schweißvorrichtung sein.
-
Im Betrieb ist es insbesondere vorteilhaft, die mechanische Verformung des Sensormittels zu detektieren, da eine Aufbiegung des zangenförmigen Grundkörpers festgestellt werden kann. Dies kann auf eine unerwünschte Positionierung der Schweißmittel hindeuten. Beispielsweise können die Elektroden verkippt sein oder eine der Elektroden kann verschoben sein.
-
Nach einer Ausführungsform der Erfindung kann die Schweißvorrichtung mehrere Sensormittel umfassen. Die Sensormittel können in mehreren Schichten im Grundkörper angeordnet sein. Beispielsweise können die Sensormittel in mehreren Schichten in den Grundkörper einlaminiert sein. Auf diese Weise lässt sich besonders gut die Verformung des Grundkörpers mittels der Sensormittel detektieren. Unter einer Anordnung in Schichten wird dabei im Rahmen dieser Beschreibung insbesondere verstanden, dass in der Dimension, in der die Sensormittel die geringste Ausdehnung aufweisen, die Sensormittel über- unter- oder nebeneinander angeordnet sind. Üblicherweise wird diese Dimension als Dicke der Sensormittel bezeichnet, die im Wesentlichen der Dicke des Basismaterials entspricht.
-
Nach einer Ausführungsform der Erfindung können die Schweißmittel eine in einem Endbereich des Grundkörpers angeordnete Elektrode umfassen. Unter einem Endbereich wird dabei insbesondere der Bereich des Grundkörpers bezeichnet, der ein Ende des Grundkörpers umfasst und höchstens ein Drittel des Volumens des Grundkörpers umfasst.
-
Das Verfahren gemäß Anspruch 7 umfasst die Herstellung des Grundkörpers bei Einlaminierung des Sensormittels in den Grundkörper. Hierunter wird insbesondere verstanden, dass der Grundkörper nach dem bekannten Prinzip der Herstellung eines Grundkörpers aus einem Verbundwerkstoff hergestellt wird. Während dieser Herstellung wird das Sensormittel in den Grundkörper einlaminiert. Dieses Verfahren hat den Vorteil, dass das Sensormittel besonders gut in den Grundkörper integriert ist und die Struktur des Grundkörpers mechanisch kaum oder nicht beeinflusst.
-
Das Verfahren kann auch das Nähen oder Sticken des Leiters in oder auf das Basismaterial zur Herstellung des Sensormittels umfassen. Des Weiteren kann das Verfahren die Anordnung zumindest eines Teils der Schweißmittel am Grundkörper umfassen.
-
Nach einer Ausführungsform der Erfindung können mehrere Sensormittel in mehreren Schichten in den Grundkörper einlaminiert werden.
-
Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden deutlich anhand der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die beiliegenden Abbildungen. Dabei werden für gleiche oder ähnliche Bauteile und für Bauteile mit gleichen oder ähnlichen Funktionen dieselben Bezugszeichen verwendet.
- 1 zeigt eine schematische Ansicht eines Teils einer Schweißvorrichtung nach einer Ausführungsform der Erfindung.
- 2 zeigt eine schematische Ansicht eines Sensormittels nach einer Ausführungsform der Erfindung.
-
Die Schweißvorrichtung umfasst einen zangenförmigen Grundkörper 100, in dem mehrere Sensormittel 101 angeordnet sind. Die Sensormittel 101 sind aus Gründen der Übersichtlichkeit in 1 als ein Block dargestellt. In Wirklichkeit kann es sich um mehrere Sensormittel handeln, die schichtartig übereinander und/oder nebeneinander angeordnet sind. Es ist auch möglich, dass die Sensormittel 101 nicht sichtbar sind, da sie im Grundkörper 100 einlaminiert sind.
-
Außerdem ist in einem Endbereich des Grundkörpers 100 eine Schweißelektrode 102 angeordnet.
-
Um zwei Bauteile miteinander zu verschweißen werden die beiden Bauteile durch die Schweißvorrichtung zwischen der Schweißelektrode 102 und einer weiteren Schweißelektrode eingeklemmt. Die beiden Schweißelektroden sind elektrisch miteinander verbunden. Die Verschweißung erfolgt, indem ein elektrischer Strom zwischen den Schweißelektroden durch die Bauteile fließt. Währenddessen wirkt eine Kraft F, die in 1 als Pfeil dargestellt ist, auf die zu verschweißenden Bauteile. Durch diese Kraft und die Erhitzung werden die beiden Bauteile punktuell miteinander verschweißt.
-
Bei Ausübung der Kraft F kann eine Verformung des Grundkörpers 100 auftreten. Der in 1 obere Bereich wird auseinander gezogen, während der untere Bereich zusammengedrückt wird. Bis zu einem gewissen Grad ist diese Verformung normal. Der Grad der Verformung und die Temperatur des Stromleiters zwischen den Schweißelektroden, der am Grundkörper 100 entlang oder durch ihn hindurch verläuft, können durch die Sensormittel 101 detektiert werden. So ändert sich sowohl bei einer Temperaturänderung als auch bei einer Dehnung der Sensormittel 101 ihr elektrischer Widerstand.
-
In 2 ist gezeigt, dass die Sensormittel 101 ein Basismaterial 200, einen Leiter 201 und eine Kontaktierungsfläche 202 aufweisen. Der Leiter 201 kann in das Basismaterial 200 eingestickt oder eingenäht sein. Das Basismaterial 200 kann elektrisch isolierend sein, während der Leiter 201 elektrisch leitfähig ist. Die Kontaktierungsfläche 202 dient der Kontaktierung des Sensormittels 101 mit einer Auswertevorrichtung.
-
Das Basismaterial 200 des Sensormittels 101 ist vorzugsweise ein Glasfasertextil, während der Grundkörper 100 der Schweißvorrichtung aus einem kunststofffaserverstärkten Kunststoff besteht. Diese Materialwahl erlaubt eine besonders einfache Herstellung des Grundkörpers 100 mit darin integrierten Sensormitteln 101. Während der Herstellung des Grundkörpers 100 können die Sensormittel 101 in den Grundkörper 100 einlaminiert werden. So beeinträchtigen die Sensormittel 101 die Stabilität des Grundkörpers 100 kaum und die mechanische Verformung und die Temperatur des Grundkörpers 100 können besonders genau gemessen werden. Außerdem sind die Sensormittel 101 besonders gut vor Beschädigungen geschützt.
