DE102017202928A1

DE102017202928A1 - Verfahren zum Widerstandpunktschweißen eines Sandwichmaterials und entsprechende Vorrichtung zum Widerstandpunktschweißen

Info

Publication number: DE102017202928A1
Application number: DE102017202928.5A
Authority: DE
Inventors: Azeddine Chergui
Original assignee: ThyssenKrupp Steel Europe AG; ThyssenKrupp AG
Current assignee: ThyssenKrupp Steel Europe AG; ThyssenKrupp AG
Priority date: 2017-02-23
Filing date: 2017-02-23
Publication date: 2018-08-23

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Widerstandpunktschweißen eines Sandwichmaterials, welches mindestens zwei metallische Decklagen und mindestens eine zwischen den beiden Decklagen angeordnete Polymerkernlage umfasst, mit mindestens einem metallischen Material, wobei das Sandwichmaterial mit einem zu verschweißenden metallischen Material in Kontakt gebracht wird, wobei eine erste Elektrode auf der Seite des Sandwichmaterials angeordnet und auf die Oberfläche der des metallischen Materials abgewandten Decklage des Sandwichmaterials in einem zu schweißenden Bereich aufgesetzt wird, wobei die erste Elektrode mit einem ersten Strom beaufschlagt wird, um den zu schweißenden Bereich derart zu erwärmen, dass das Polymer in dem zu schweißenden Bereich erweicht und durch eine Kraftbeaufschlagung der ersten Elektrode das erweichte Polymer aus dem zu schweißenden Bereich verdrängt wird, bis sich die beiden Decklagen des Sandwichmaterials in dem zu schweißenden Bereich kontaktieren, welche anschließend in dem zu schweißenden Bereich durch einen zweiten Strom über die erste Elektrode mit dem metallischen Material verschweißt werden. Darüber hinaus betrifft die Erfindung eine Vorrichtung (1, 1', 1") zum Widerstandpunktschweißen eines Sandwichmaterials (2) mit mindestens einem metallischen Material (3), umfassend mindestens eine erste Elektrodenhalterung (4.1) mit einer ersten Elektrode (4), die relativ zum Sandwichmaterial bewegbar ist, mindestens einer Stromquelle (11, 12, 12.1) und stromführende Leitungen (7, 8, 8.1, 8.2, 8.3, 9).

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Widerstandpunktschweißen eines Sandwichmaterials, welches mindestens zwei metallische Decklagen und mindestens eine zwischen den beiden Decklagen angeordnete Polymerkernlage umfasst, mit mindestens einem metallischen Material, wobei das Sandwichmaterial mit einem zu verschweißenden metallischen Material in Kontakt gebracht wird, wobei eine erste Elektrode auf der Seite des Sandwichmaterials angeordnet und auf die Oberfläche der des metallischen Materials abgewandten Decklage des Sandwichmaterials in einem zu schweißenden Bereich aufgesetzt wird, wobei die erste Elektrode mit einem ersten Strom beaufschlagt wird, um den zu schweißenden Bereich derart zu erwärmen, dass das Polymer in dem zu schweißenden Bereich erweicht und durch eine Kraftbeaufschlagung der ersten Elektrode das erweichte Polymer aus dem zu schweißenden Bereich verdrängt wird, bis sich die beiden Decklagen des Sandwichmaterials in dem zu schweißenden Bereich kontaktieren, welche anschließend in dem zu schweißenden Bereich durch einen zweiten Strom über die erste Elektrode mit dem metallischen Material verschweißt werden. Darüber hinaus betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zum Widerstandpunktschweißen eines Sandwichmaterials mit mindestens einem metallischen Material, umfassend eine erste Elektrodenhalterung mit einer ersten Elektrode, die relativ zum Sandwichmaterial bewegbar ist, mindestens eine Stromquelle und stromführende Leitungen.
Technischer Hintergrund
Sandwichmaterialien, die aus unterschiedlichen Materialien bestehen, vereinen gegensätzliche Eigenschaften, die durch monolithische Materialien nicht bereitgestellt werden können. So weist beispielsweise ein Sandwichmaterial, welches aus einer Polymerkernlage mit zwei metallischen Decklagen besteht, insbesondere wenn die Polymerkernlage in der Dicke größer als die Dicke der Metalldecklagen vorgesehen ist, vergleichbare Eigenschaften wie ein monolithisches Material mit verringertem Gewicht auf. Das Widerstandpunktschweißen eines Sandwichmaterials mit mindestens einem weiteren metallischen Material war bisher aufgrund der zwischen den Metalldecklagen angeordneten Polymerkernlage, welche die beiden Metalldecklagen isolierend voneinander trennt, sehr schwierig und nur mit hohem apparativen Aufwand durchführbar. Gattungsgemäße Verfahren zum Widerstandpunktschweißen sind aus dem Stand der Technik bekannt.
Beispielsweise sind aus der DE 10 2013 108 563 A1 ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Widerstandpunktschweißen eines Sandwichbauteils mit einem Metallbauteil bekannt. Es kommen zwei Elektroden zur Anwendung die derart gegenüberliegend positioniert werden, dass eine erste Elektrode auf der Seite des metallischen Bauteils angeordnet wird und in dem zu schweißenden Bereich mit dem metallischen Bauteil in Kontakt gebracht wird. Eine zweite Elektrode wird auf der Seite des Sandwichmaterials angeordnet und mit der dem metallischen Bauteil abgewandten Decklage des Sandwichmaterials in dem zu schweißenden Bereich in Kontakt gebracht. Die Erwärmung der Polymerkernlage an der zu schweißenden Stelle erfolgt über einen ersten Stromkreis, der über dieselbe Stromquelle wie der zweite Stromkreis zum Schweißen gespeist wird. Der Strom zur Erwärmung speist die Elektrode, die an der Oberfläche des Metallbauteils anliegt, und leitet den Strom in das Metallbauteil. Von einer mit dem Metallbauteil in elektrischem Kontakt angeordneten Strombrücke wird der Strom zur Stromquelle zurückgeleitet. Weitere beispielhafte Verfahren und Vorrichtungen sind in den Druckschriften DE 10 2015 100 496 A1 und DE 10 2014 008 623 A1 offenbart. Der Stand der Technik offenbart, dass insbesondere ein Verschweißen eines Sandwichmaterials mit einem metallischen Material in mindestens einem zu schweißenden Bereich durch zwei gegenüberliegende Elektroden erfolgt. Eine Lösung zum Widerstandpunktschweißen eines Sandwichmaterials mit einem metallischen Material, wobei das metallische Material aufgrund einer komplexen Geometrie auf der Seite des metallischen Materials schlecht bis gar nicht zugänglich ist, insbesondere wenn das metallische Material als Profil oder flanschloses Hohlprofil ausgebildet ist und eine während des Schweißens konventionelle gegenüberliegende Anordnung der Elektroden zum Verschweißen nicht möglich ist, ist im Stand der Technik nicht bekannt.
Zusammenfassung der Erfindung
Hiervon ausgehend ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Widerstandpunktschweißen sowie eine entsprechende Vorrichtung zur Verfügung zu stellen, mit welchem bzw. welcher bei relativ einfachem Aufbau Sandwichmaterialien mit metallischen Materialien, insbesondere mit komplexer Geometrie prozesssicher verbunden werden können.
Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1.
Der Erfinder hat festgestellt, dass durch die Anordnung einer zweiten Elektrode auf der Seite des Sandwichmaterials, über welche der erste und/oder zweite Strom geführt wird, kann unabhängig von der Geometrie bzw. der Zugänglichkeit auf der Seite des metallischen Materials ein Widerstandpunktschweißen zwischen einem Sandwichmaterial und einem metallischen Material prozesssicher von nur einer Seite umgesetzt werden, was quasi einem einseitigen Widerstandpunktschweißen entspricht. Durch das erfindungsgemäße Verfahren können nun relativ einfach und prozesssicher Sandwichmaterialien mit metallischen Profilen, insbesondere flanschlosen Hohlprofilen widerstandsverschweißt werden.
Gemäß einer ersten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden der erste Strom und/oder der zweite Strom über einen zweiten Stromkreis bereitgestellt, welcher eine erste Stromquelle, stromführende Leitungen, die erste und die zweite Elektrode umfasst. Dies hat den Vorteil, dass in der einfachsten Ausführung vorhandenes Equipment insbesondere in konventionellen Widerstandpunktschweißvorrichtungen für unterschiedliche Anforderungen/ Aufgaben genutzt werden kann.
Eine weitere Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass die zweite Elektrode auf die Oberfläche der des metallischen Materials abgewandte Decklage des Sandwichmaterials in einem weiteren zu schweißenden Bereich aufgesetzt wird. Dies hat den Vorteil, dass mehrere Widerstandpunktschweißverbindungen zwischen einem Sandwichmaterial und einem metallischen Material zeitgleich oder sequentiell erzeugt werden können.
In einer ersten vorzugsweisen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die beiden Elektroden auf die zu schweißenden Bereiche aufgesetzt und vor, während oder nach dem Aufsetzen mit einem ersten Strom beaufschlagt. Der erste Strom, der auch als Vorwärmstrom bezeichnet werden kann, dient zum Erwärmen der zu schweißenden Bereiche derart, dass das Polymer in den zu schweißenden Bereichen erweicht. Durch eine Kraftbeaufschlagung, insbesondere durch eine Relativbewegung der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode, insbesondere in Richtung des Sandwichmaterials, wird das erweichte Polymer aus den zu schweißenden Bereichen verdrängt, bis sich die beiden Decklagen des Sandwichmaterials in den zu schweißenden Bereichen kontaktieren.
In einer zweiten vorzugsweisen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die beiden Elektroden mit dem ersten Strom beaufschlagt, wobei zunächst die zweite Elektrode auf den weiteren zu schweißenden Bereich aufgesetzt und die erste Elektrode auf Abstand gehalten wird. Der erste Strom kann vor, während oder nach dem Aufsetzen der zweiten Elektrode im weiteren zu schweißenden Bereich, um den weiteren zu schweißenden Bereich derart zu erwärmen, dass das Polymer in dem weiteren zu schweißenden Bereich erweicht, eingeschaltet werden. Durch eine Kraftbeaufschlagung, insbesondere einer Relativbewegung der zweiten Elektrode wird das erweichte Polymer aus dem weiteren zu schweißenden Bereich verdrängt, bis sich die beiden Decklagen des Sandwichmaterials in dem weiteren zu schweißenden Bereich kontaktieren. Danach wird die zweite Elektrode aus dem weiteren zu schweißenden Bereich angehoben und auf Abstand gehalten, wobei zeitgleich oder anschließend die erste Elektrode auf den zu schweißenden Bereich aufgesetzt wird. Der erste Strom kann durchgehend aufrecht erhalten oder ausgeschaltet werden und wieder vor, während oder nach dem Aufsetzen der ersten Elektrode im zu schweißenden Bereich eingeschaltet werden, um den zu schweißenden Bereich derart zu erwärmen, dass das Polymer in dem zu schweißenden Bereich erweicht. Durch eine Kraftbeaufschlagung, insbesondere eine Relativbewegung der ersten Elektrode wird das erweichte Polymer aus dem zu schweißenden Bereich verdrängt, bis sich die beiden Decklagen des Sandwichmaterials in dem zu schweißenden Bereich kontaktieren. Die erste Elektrode verbleibt in dem zu schweißenden Bereich und die zweite Elektrode wird wieder in dem weiteren zu schweißenden Bereich positioniert. Die beiden Elektroden können jeweils individuell über geeignete Mittel relativ zum Sandwichmaterial bewegt werden.
Nur durch einen im Wesentlichen polymerfreien zu schweißenden Bereich kann ein elektrischer Kontakt zwischen den Decklagen und damit verbunden auch mit dem metallischen Material im zu schweißenden Bereich gewährleistet werden. Besonders bevorzugt werden die beiden Decklagen des Sandwichmaterials in den zu schweißenden Bereichen durch einen zweiten Strom, der auch als Schweißstrom bezeichnet werden kann, über die erste Elektrode und die zweite Elektrode mit dem metallischen Material verschweißt, wobei der zweite Strom zumindest zwischen den zu schweißenden Bereichen durch das metallische Material fließt, insbesondere um den Stromkreis des zweiten Stromes zu schließen.
Gemäß einer alternativen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden zwei erste Ströme über zwei erste Stromkreise bereitgestellt, welche jeweils eine zweite Stromquelle, stromführende Leitungen, die erste Elektrode und die zweite Elektrode umfassen. Dies hat den Vorteil, dass, wenn das Sandwichmaterial beispielsweise lokal unterschiedliche Eigenschaften aufweist, beispielsweise unterschiedliche Dicken des Polymers und/oder der Decklagen und/oder unterschiedliche Polymermaterialien und/oder metallische Decklagenmaterialien verwendet werden, jede einzelne Elektrode individuell mit einem ersten Strom (Vorwärmstrom) zum Erwärmen und Erweichen des Polymers in dem bzw. den zu schweißenden Bereichen beaufschlagt werden kann.
Gemäß einer weiteren alternativen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die zweite Elektrode von der Seite des Sandwichmaterials auf eine freie Oberfläche des metallischen Materials aufgesetzt. Zur Vorbereitung eines zu schweißenden Bereichs wird vorzugsweise der erste Strom über einen ersten Stromkreis (Vorwärmstrom) bereitgestellt, welcher eine erste Stromquelle, stromführende Leitungen und die erste Elektrode umfasst. Die erste Elektrode wird auf den zu schweißenden Bereich aufgesetzt, um den zu schweißenden Bereich derart zu erwärmen, dass das Polymer in dem zu schweißenden Bereich erweicht. Durch eine Kraftbeaufschlagung insbesondere eine Relativbewegung der ersten Elektrode wird das erweichte Polymer aus dem zu schweißenden Bereich verdrängt, bis sich die beiden Decklagen des Sandwichmaterials in dem zu schweißenden Bereich kontaktieren. Zum Verbinden werden vorzugsweise die beiden Decklagen des Sandwichmaterials in dem zu schweißenden Bereich durch einen zweiten Strom (Schweißstrom) über die erste Elektrode und die zweite Elektrode mit dem metallischen Material verschweißt, wobei der zweite Strom zumindest zwischen den zwei Elektroden durch das metallische Material fließt, insbesondere zum Schließen des Stromkreises des zweiten Stroms.
Die Aufgabe für eine gattungsgemäße Vorrichtung wird mit den Merkmalen des Patentanspruchs 11 gelöst.
Wie bereits zuvor ausgeführt, kann durch das Vorsehen einer zweite Elektrodenhalterung mit einer zweiten Elektrode, welche auf der Seite bzw. neben der ersten Elektrodenhalterung mit der ersten Elektrode angeordnet ist und mit mindestens der ersten Stromquelle und/oder der ersten Elektrode elektrisch verbunden ist, ein einseitiges Widerstandspunktschweißen unabhängig von der Geometrie des metallischen Materials prozesssicher umgesetzt werden.
Gemäß einer Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung entspricht die zweite Elektrode im Wesentlichen der ersten Elektrode. Identische Elektroden vereinfachen das Handling, insbesondere wenn beide Elektroden das gleiche Aufgabenspektrum erfüllen sollen. Zumindest die erste Elektrode ist derart eingereicht oder ausgebildet, dass sie über geeignete Mittel, die insbesondere in der Elektrode integriert oder an der Elektrode angebracht sind, mittels eines elektrischen Stroms durchströmbar bzw. durchleitbar sind, wobei der Bereich der Elektrode, insbesondere eine Elektrodenkappe der Elektrode, welcher mit dem zu schweißenden Bereich in Kontakt gebracht wird, durch Stromfluss erwärmt werden kann, wodurch zumindest beim Beaufschlagen des ersten Stromes eine ausreichende Wärme im Kontaktbereich (Elektrodenkappe) erzeugt wird, so dass durch Wärmeleitung, insbesondere durch die unmittelbar der Elektrode zugewandten metallischen Decklage des Sandwichmaterials, das Polymer in dem zu schweißenden Bereich erreicht und dieses entsprechend erweicht. Beispielsweise kann die erste Elektrode derart ausgebildet sein, wie sie in der DE 10 2015 100 496 A1 offenbart ist, wobei Bezug auf diese Offenlegungsschrift genommen wird, deren Inhalt hiermit in diese Anmeldung aufgenommen wird. Auch andere Ausführungen als erste Elektrode sind denkbar, die vergleichbare Eigenschaften und Vorteile aufweisen.
Gemäß einer alternativen Ausführung der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind zwei erste Stromkreise mit jeweils einer zweiten Stromquelle, stromführende Leitungen, die erste Elektrode und die zweite Elektrode vorgesehen, die jeweils den ersten Strom bereitstellen. So kann jede Elektrode individuell und an die gegebene Situation nach Bedarf mit einem ersten Strom (Vorwärmstrom) beaufschlagt werden. Insbesondere um wirkungsvoll einen Kurzschluss zu vermeiden, ist ein Steuergerät vorgesehen, welches mit der ersten Stromquelle und den zwei zweiten Stromquellen zur Steuerung der ersten Ströme und zweiten Stromes verbunden ist.
Gemäß einer weiteren alternativen Ausführung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist die zweite Elektrode als Kontaktierungselektrode ausgebildet und insbesondere an der zweiten Elektrodenhalterung federnd angeordnet. Die Kontaktierungselektrode wird auf der freien Oberfläche des metallischen Materials aufgesetzt, welche von der Seite des Sandwichmaterials kontaktiert wird. Die federnde Anordnung bewirkt eine Vorspannkraft, wodurch vorteilhaft sichergestellt werden kann, dass mit steigender Vorspannkraft der Feder, der Kontaktwiderstand zwischen Kontaktierungselektrode und metallischem Material geringer wird. Dadurch kann eine mögliche Anhaftung der Kontaktierungselektrode an dem metallischen Material verhindert werden, insbesondere wenn der zweite Strom (Schweißstrom) die Kontaktierungselektrode durchströmt. Da die Kontaktierungselektrode nur zur Stromdurchführung und nicht zu Schweißzwecken verwendet wird, kann sie der Ausführung der ersten Elektrode entsprechen. Aber auch konventionelle Elektroden respektive Kontaktierungselektroden sind verwendbar. In vorteilhafter Weise ist die zweite Elektrodenhalterung starr und insbesondere isolierend mit der ersten Elektrode verbunden. Dadurch hält sich der Handlingsaufwand, insbesondere durch getrennt ansteuerbare Elektrodenhalterungen in Grenzen.
Vorzugsweise ist die erfindungsgemäße Vorrichtung an einem Schweißroboter angeordnet.
Figurenliste
Im Folgenden wird die Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Gleiche Teile sind stets mit gleichen Bezugszeichen versehen. Es zeigen

1-3: eine erste erfindungsgemäße Vorrichtung in schematischer Darstellung zu unterschiedlichen Zeitpunkten gemäß einer ersten Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Verfahrens,
3-6: eine erste erfindungsgemäße Vorrichtung in schematischer Darstellung zu unterschiedlichen Zeitpunkten gemäß einer zweiten Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Verfahrens,
7-8: eine zweite erfindungsgemäße Vorrichtung in schematischer Darstellung zu unterschiedlichen Zeitpunkten gemäß einer dritten Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Verfahrens,
9-10: eine dritte erfindungsgemäße Vorrichtung in schematischer Darstellung zu unterschiedlichen Zeitpunkten gemäß einer vierten Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Verfahrens.

Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
In den 1 bis 3 sind in einer schematischen Darstellung ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung (1) zu drei unterschiedlichen Zeitpunkten während der Durchführung einer ersten Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Verfahrens gezeigt. Es ist ein Sandwichmaterial (2) dargestellt, welches aus einer Polymerkernlage (2.3), vorzugsweise aus einer thermoplastischen Polymerkernlage mit zwei metallischen Decklagen (2.1, 2.2), vorzugsweise Stahldecklagen, besteht. Vorzugsweise ist die Dicke der Polymerkernlage (2.3) größer als die Dicke der metallischen Decklagen (2.1, 2.2) ausgebildet. Das Sandwichmaterial (2) soll mit einem metallischen Material (3), insbesondere einem profilartigen Material, vorzugsweise einem hohlprofilartigen, flanschlosen Material, vorzugsweise aus Stahl, widerstandspunktverschweißt werden. Dafür umfasst die Vorrichtung (1) eine erste Elektrode (4), die mit einer ersten Elektrodenhalterung (4.1) verbunden ist und eine zweite Elektrode (5), die wiederum mit einer zweiten Elektrodenhalterung (5.1) verbunden ist, die auf der Seite bzw. neben der ersten Elektrodenhalterung (4.1) mit der ersten Elektrode (4) angeordnet ist. Die erste Elektrode (4) wird in einem zu schweißenden Bereich (10) und die zweite Elektrode (5) wird in einem weiteren zu schweißenden Bereich (10.1) auf die Oberfläche der dem metallischen Material (3) abgewandten metallischen Decklage (2.1) des Sandwichmaterials (2) aufgesetzt, wobei die Elektroden (4, 5) relativ zum Sandwichmaterial (2) bewegbar sind, symbolisiert durch Pfeile. Die Elektroden (4, 5) können beispielsweise entsprechend der in der deutschen Offenlegungsschrift DE 10 2015 100 496 A1 gezeigten Ausführung ausgebildet sein. Die erfindungsgemäße Vorrichtung (1) kann an einem nicht dargestellten Schweißroboter angeordnet sein. Des Weiteren umfasst die Vorrichtung eine erste Stromquelle (11) und stromführende Leitungen (7, 8, 9), wobei ausgehend von der ersten Stromquelle (11) die zweite Elektrode (5) mit einer stromzuführenden Leitung (7) verbunden ist, die erste Elektrode (4) mit einer stromrückführenden Leitung (8) zur ersten Stromquelle (11) verbunden ist und die beiden Elektroden (4, 5) respektive die Elektrodenhalterungen (4.1, 5.1), welche mit den Elektroden (4, 5) in elektrischem Kontakt stehen, mit einer stromführenden Leitung (9) verbunden sind, welche einen ersten Stromkreis (I), welcher für den Vorwärmprozess benötigt wird, bilden. Vorzugsweise werden die beiden Elektroden (4, 5) mit dem ersten Strom (Vorwärmstrom) beaufschlagt, insbesondere vor, während oder nach dem Aufsetzen der Elektroden (4, 5) auf die zu schweißenden Bereiche (10, 10.1). Der Stromfluss ist durch Pfeile symbolisiert (1).
Der erste Strom dient zum Erwärmen der zu schweißenden Bereiche (10, 10.1) derart, dass das Polymer in den zu schweißenden Bereichen (10, 10.1) erweicht. Durch eine Kraftbeaufschlagung, symbolisiert durch Pfeile, insbesondere durch eine Relativbewegung der ersten Elektrode (4) und der zweiten Elektrode (5), insbesondere in Richtung des Sandwichmaterials (2), wird das erweichte Polymer aus den zu schweißenden Bereichen (10, 10.1) verdrängt, bis sich die beiden Decklagen (2.1, 2.2) des Sandwichmaterials (2) in den zu schweißenden Bereichen (10, 10.1) kontaktieren (2).
Stehen die beiden Decklagen (2.1, 2.2) in elektrischem Kontakt, werden die beiden Decklagen (2.1, 2.2) des Sandwichmaterials (2) in den zu schweißenden Bereichen (10, 10.1) durch einen zweiten Strom (Schweißstrom) über die erste Elektrode (4) und die zweite Elektrode (5) mit dem metallischen Material (3) verschweißt, wobei der zweite Strom zumindest zwischen den zu schweißenden Bereichen (10, 10.1) durch das metallische Material (3) fließt. Der Stromfluss ist durch Pfeile symbolisiert (3).
In den 4 bis 6 sind in einer schematischen Darstellung ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung (1) zu drei unterschiedlichen Zeitpunkten während der Durchführung einer zweiten Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Verfahrens gezeigt. Im Weiteren wird nur auf die Unterschiede im Vergleich zu den 1 bis 3 eingegangen.
In der zweiten Ausgestaltung wird zunächst die zweite Elektrode (5) auf den weiteren zu schweißenden Bereich (10.1) aufgesetzt und die erste Elektrode (4) auf Abstand (a) gehalten. Die beiden Elektroden (4, 5) werden mit dem ersten Strom beaufschlagt, wobei der erste Strom vor, während oder nach dem Aufsetzen der zweiten Elektrode (5) im weiteren zu schweißenden Bereich (10.1) eingeschaltet wird, um den weiteren zu schweißenden Bereich (10.1) derart zu erwärmen, dass das Polymer in dem weiteren zu schweißenden Bereich (10.1) erweicht. Der Stromfluss ist durch Pfeile symbolisiert. Durch eine Kraftbeaufschlagung, insbesondere einer Relativbewegung der zweiten Elektrode (5) wird das erweichte Polymer aus dem weiteren zu schweißenden Bereich (10.1) verdrängt, bis sich die beiden Decklagen (2.1, 2.2) des Sandwichmaterials (2) in dem weiteren zu schweißenden Bereich (2) kontaktieren (4).
Anschließend wird die zweite Elektrode (5) aus dem weiteren zu schweißenden Bereich (10.1) angehoben und auf Abstand (a) gehalten, wobei zeitgleich oder anschließend die erste Elektrode (4) auf den zu schweißenden Bereich (10) aufgesetzt wird. Der erste Strom kann durchgehend aufrecht erhalten oder ausgeschaltet werden und wieder vor, während oder nach dem Aufsetzen der ersten Elektrode (4) im zu schweißenden Bereich (10) eingeschaltet werden, um den zu schweißenden Bereich (10) derart zu erwärmen, dass das Polymer in dem zu schweißenden Bereich (10) erweicht. Durch eine Kraftbeaufschlagung, insbesondere eine Relativbewegung der ersten Elektrode (4) wird das erweichte Polymer aus dem zu schweißenden Bereich (10) verdrängt, bis sich die beiden Decklagen (2.1, 2.2) des Sandwichmaterials (2) in dem zu schweißenden Bereich (10) kontaktieren (5).
Die erste Elektrode (4) verbleibt in dem zu schweißenden Bereich (10) und die zweite Elektrode (5) wird wieder in dem weiteren zu schweißenden Bereich (10.1) positioniert. Die beiden Decklagen (2.1, 2.2) des Sandwichmaterials (2) werden in den zu schweißenden Bereichen (10, 10.1) durch einen zweiten Strom (Schweißstrom) über die erste Elektrode (4) und die zweite Elektrode (5) mit dem metallischen Material (3) verschweißt, wobei der zweite Strom zumindest zwischen den zu schweißenden Bereichen (10, 10.1) durch das metallische Material (3) fließt. Der Stromfluss ist durch Pfeile symbolisiert (6).
In den 7 und 8 sind in einer schematischen Darstellung ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung (1') zu zwei unterschiedlichen Zeitpunkten während der Durchführung einer dritten Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Verfahrens gezeigt. Im Weiteren wird nur auf die Unterschiede im Vergleich zu den 1 bis 3 bzw. 4 bis 6 eingegangen.
Die Vorrichtung (1') umfasst neben der ersten Stromquelle (11), insbesondere zur Bereitstellung eines ersten Stromes (Vorwärmstrom), zwei erste Stromkreise (I). Den ersten ersten Stromkreis (I) bildet die zweite Stromquelle (12), stromführende Leitungen (8.1, 8.2) und die erste Elektrode (4) und den zweiten ersten Stromkreis (I) bildet die zweite Stromquelle (12.1), stromführende Leitungen (8.1, 8.2) und die zweite Elektrode (5), die jeweils den ersten Strom bereitstellen. Insbesondere um wirkungsvoll einen Kurzschluss zu vermeiden, ist ein Steuergerät (13) vorgesehen, welches mit der ersten Stromquelle (11) und den zwei zweiten Stromquellen (12,12.1) zur Steuerung der ersten Ströme und des zweiten Stromes verbunden ist. Die beiden Elektroden (4, 5) werden auf die zu schweißenden Bereiche (10, 10.1) aufgesetzt und vor, während oder nach dem Aufsetzen mit jeweils einem ersten Strom beaufschlagt (7).
Der erste Strom dient zum Erwärmen der zu schweißenden Bereiche (10, 10.1) derart, dass das Polymer in den zu schweißenden Bereichen (10, 10,1) erweicht. Durch eine Kraftbeaufschlagung, insbesondere durch eine Relativbewegung der ersten Elektrode (4) und der zweiten Elektrode (5), insbesondere in Richtung des Sandwichmaterials (2), welche zeitgleich oder sequentiell erfolgen kann, wird das erweichte Polymer aus den zu schweißenden Bereichen (10, 10.1) verdrängt, bis sich die beiden Decklagen (2.1, 2.2) des Sandwichmaterials (2) in den zu schweißenden Bereichen (10, 10.1) kontaktieren.
Die beiden Decklagen (2.1, 2.2) des Sandwichmaterials (2) werden in den zu schweißenden Bereichen (10, 10.1) durch einen zweiten Strom, welche durch die erste Stromquelle (11) erzeugt wird, über die erste Elektrode (4) und die zweite Elektrode (5) mit dem metallischen Material (3) verschweißt, wobei der zweite Strom zumindest zwischen den zu schweißenden Bereichen (10, 10.1) durch das metallische Material (3) fließt. Der Stromfluss ist durch Pfeile symbolisiert (8).
In den 9 und 10 sind in einer schematischen Darstellung ein drittes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung (1") zu zwei unterschiedlichen Zeitpunkten während der Durchführung einer vierten Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Verfahrens gezeigt. Im Weiteren wird nur auf die Unterschiede im Vergleich zu den 1 bis 8 eingegangen.
Die Vorrichtung (1") weist als zweite Elektrode eine Kontaktierungselektrode (5') auf, die von der Seite des Sandwichmaterials (2) auf eine freie Oberfläche (O) des metallischen Materials (3) aufgesetzt wird, da das Sandwichmaterial (2) im Vergleich zu den vorherigen Beispielen das metallische Material (3) nicht vollständig bedeckt. Zur Vorbereitung eines zu schweißenden Bereichs (10) wird vorzugsweise der erste Strom (Vorwärmstrom) über einen ersten Stromkreis (I) bereitgestellt, welcher eine erste Stromquelle (11), stromführende Leitungen (7, 8.3, 9) und die erste Elektrode (4) umfasst. Die erste Elektrode (4) wird auf den zu schweißenden Bereich (10) aufgesetzt. Der Stromfluss ist durch Pfeile symbolisiert (9).
Der zu schweißende Bereich (10) wird anschließend derart erwärmt, dass das Polymer in dem zu schweißenden Bereich (10) erweicht. Durch eine Kraftbeaufschlagung insbesondere eine Relativbewegung der ersten Elektrode (4) wird das erweichte Polymer aus dem zu schweißenden Bereich (10) verdrängt, bis sich die beiden Decklagen (2.1, 2.2) des Sandwichmaterials (2) in dem zu schweißenden Bereich (10) kontaktieren.
Zum Verbinden werden die beiden Decklagen des Sandwichmaterials in dem zu schweißenden Bereich (10) durch einen zweiten Strom (Schweißstrom) über die erste Elektrode (4) und die zweite Elektrode (5') mit dem metallischen Material verschweißt, wobei der zweite Strom zumindest zwischen den zwei Elektroden (4, 5') durch das metallische Material (3) fließt. Der Stromfluss ist durch Pfeile symbolisiert (10).
Die Erfindung ist nicht auf die in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele, insbesondere sind auch andere Ausführungsformen, die von dem Erfindungsgedanken Gebrauch machen, vom Schutzumfang abgedeckt.
Bezugszeichenliste

1, 1',1": Vorrichtung
2: Sandwichmaterial
2.1, 2.2: metallische Decklage des Sandwichmaterials
2.3: Polymerkernlage des Sandwichmaterials
3: metallisches Material
4, 5, 5': Elektrode
4.1, 5.1, 5'.1: Elektrodenhalterung
7, 8, 8.1, 8.2, 8.3, 9: stromführende Leitung
10, 10.1: zu schweißende Bereiche
11, 12, 12.1: Stromquelle
13: Steuergerät
a: Abstand
O: freie Oberfläche des metallischen Materials

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102013108563 A1 [0003]
DE 102015100496 A1 [0003, 0016, 0021]
DE 102014008623 A1 [0003]

Claims

Verfahren zum Widerstandpunktschweißen eines Sandwichmaterials, welches mindestens zwei metallische Decklagen und mindestens eine zwischen den beiden Decklagen angeordnete Polymerkernlage umfasst, mit mindestens einem metallischen Material, wobei das Sandwichmaterial mit einem zu verschweißenden metallischen Material in Kontakt gebracht wird, wobei eine erste Elektrode auf der Seite des Sandwichmaterials angeordnet und auf die Oberfläche der des metallischen Materials abgewandten Decklage des Sandwichmaterials in einem zu schweißenden Bereich aufgesetzt wird, wobei die erste Elektrode mit einem ersten Strom beaufschlagt wird, um den zu schweißenden Bereich derart zu erwärmen, dass das Polymer in dem zu schweißenden Bereich erweicht und durch eine Kraftbeaufschlagung der ersten Elektrode das erweichte Polymer aus dem zu schweißenden Bereich verdrängt wird, bis sich die beiden Decklagen des Sandwichmaterials in dem zu schweißenden Bereich kontaktieren, welche anschließend in dem zu schweißenden Bereich durch einen zweiten Strom über die erste Elektrode mit dem metallischen Material verschweißt werden, dadurch gekennzeichnet, dass eine zweite Elektrode auf der Seite des Sandwichmaterials angeordnet wird, über welche der erste und/oder zweite Strom geführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Strom und/oder der zweite Strom über einen zweiten Stromkreis bereitgestellt werden, welcher eine erste Stromquelle, stromführende Leitungen, die erste und die zweite Elektrode umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Elektrode auf die Oberfläche der des metallischen Materials abgewandte Decklage des Sandwichmaterials in einem weiteren zu schweißenden Bereich aufgesetzt wird.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Elektroden auf die zu schweißenden Bereiche aufgesetzt werden und vor, während oder nach dem Aufsetzen mit einem ersten Strom beaufschlagt werden, um die zu schweißenden Bereiche derart zu erwärmen, dass das Polymer in den zu schweißenden Bereichen erweicht und durch eine Kraftbeaufschlagung der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode das erweichte Polymer aus den zu schweißenden Bereichen verdrängt wird, bis sich die beiden Decklagen des Sandwichmaterials in den zu schweißenden Bereichen kontaktieren.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Elektroden mit dem ersten Strom beaufschlagt werden, wobei zunächst die zweite Elektrode auf den weiteren zu schweißenden Bereich aufgesetzt und die erste Elektrode auf Abstand gehalten wird, um den weiteren zu schweißenden Bereich derart zu erwärmen, dass das Polymer in dem weiteren zu schweißenden Bereich erweicht und durch eine Kraftbeaufschlagung der zweiten Elektrode das erweichte Polymer aus dem weiteren zu schweißenden Bereich verdrängt wird, bis sich die beiden Decklagen des Sandwichmaterials in dem weiteren zu schweißenden Bereich kontaktieren, die zweite Elektrode aus dem weiteren zu schweißenden Bereich angehoben und auf Abstand gehalten wird, wobei zeitgleich oder anschließend die erste Elektrode auf den zu schweißenden Bereich aufgesetzt wird, um den zu schweißenden Bereich derart zu erwärmen, dass das Polymer in dem zu schweißenden Bereich erweicht und durch eine Kraftbeaufschlagung der ersten Elektrode das erweichte Polymer aus dem zu schweißenden Bereich verdrängt wird, bis sich die beiden Decklagen des Sandwichmaterials in dem zu schweißenden Bereich kontaktieren, wobei die erste Elektrode in dem zu schweißenden Bereich verbleibt und die zweite Elektrode wieder in dem weiteren zu schweißenden Bereich positioniert wird.
Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Decklagen des Sandwichmaterials in den zu schweißenden Bereichen durch einen zweiten Strom über die erste Elektrode und die zweite Elektrode mit dem metallischen Material verschweißt werden, wobei der zweite Strom zumindest zwischen den zu schweißenden Bereichen durch das metallische Material fließt.
Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwei erste Ströme über zwei erste Stromkreise bereitgestellt werden, welche jeweils eine zweite Stromquelle, stromführende Leitungen, die erste Elektrode und die zweite Elektrode umfassen.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Elektrode von der Seite des Sandwichmaterials auf eine freie Oberfläche des metallischen Materials aufgesetzt wird.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Strom über einen ersten Stromkreis bereitgestellt wird, welcher eine erste Stromquelle, stromführende Leitungen und die erste Elektrode umfasst, wobei die erste Elektrode auf den zu schweißenden Bereich aufgesetzt wird, um den zu schweißenden Bereich derart zu erwärmen, dass das Polymer in dem zu schweißenden Bereich erweicht und durch eine Kraftbeaufschlagung der ersten Elektrode das erweichte Polymer aus dem zu schweißenden Bereich verdrängt wird, bis sich die beiden Decklagen des Sandwichmaterials in dem zu schweißenden Bereich kontaktieren.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Decklagen des Sandwichmaterials in dem zu schweißenden Bereich durch einen zweiten Strom über die erste Elektrode und die zweite Elektrode mit dem metallischen Material verschweißt werden, wobei der zweite Strom zumindest zwischen den zwei Elektroden durch das metallische Material fließt.
Vorrichtung (1, 1', 1") zum Widerstandpunktschweißen eines Sandwichmaterials (2) mit mindestens einem metallischen Material (3), umfassend mindestens eine erste Elektrodenhalterung (4.1) mit einer ersten Elektrode (4), die relativ zum Sandwichmaterial bewegbar ist, mindestens einer Stromquelle (11, 12, 12.1) und stromführende Leitungen (7, 8, 8.1, 8.2, 8.3, 9), insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass eine zweite Elektrodenhalterung (5.1, 5'.1) mit einer zweiten Elektrode (5, 5') vorgesehen ist, welche auf der Seite der ersten Elektrodenhalterung (4.1) mit der ersten Elektrode (4) angeordnet ist und mit mindestens einer ersten Stromquelle (11) und/oder der ersten Elektrode (4) elektrisch verbunden ist.
Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Elektrode (5) im Wesentlichen der ersten Elektrode (4) entspricht.
Vorrichtung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass zwei erste Stromkreise (I) mit jeweils einer zweiten Stromquelle (12, 12.1), stromführende Leitungen (8.1, 8.2), die erste Elektrode (4) und die zweite Elektrode (5) vorgesehen sind, die jeweils den ersten Strom bereitstellen.
Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass ein Steuergerät (13), welches mit der ersten Stromquelle (11) und den zwei zweiten Stromquellen (12, 12.1) zur Steuerung der ersten Ströme und des zweiten Stromes verbunden ist, vorgesehen ist.
Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Elektrode als Kontaktierungselektrode (5') ausgebildet ist und insbesondere federnd an der zweiten Elektrodenhalterung (5'.1) angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Elektrodenhalterung (5'.1) starr und insbesondere isolierend mit der ersten Elektrode (4) verbunden ist.