DE102018120241A1

DE102018120241A1 - Verfahren zum Bestimmen der Qualität einer Schweiß- oder Lötverbindung bei der Fertigung von Sägeblättern

Info

Publication number: DE102018120241A1
Application number: DE102018120241.5A
Authority: DE
Inventors: Marcel Credé; Udo Netzelmann
Original assignee: Crede Vermoegensverwaltungs Co KG GmbH; Crede Vermogensverwaltungs-Gmbh and Co KG; Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Crede Vermoegensverwaltungs Co KG GmbH; Crede Vermogensverwaltungs-Gmbh and Co KG; Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 2018-08-20
Filing date: 2018-08-20
Publication date: 2020-02-20
Anticipated expiration: 2038-08-21
Also published as: WO2020038817A1; DE102018120241B4

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen der Qualität einer Schweiß- oder Lötverbindung (4) beim Anschweißen oder Löten von Hartstoffkörpern (6) an Zähnen (8) eines Sägeblatts (10), insbesondere eines Band- oder Kreissägeblatts, durch Schweißen, insbesondere Widerstandsschweißen, oder Löten, wobei ein jeweiliger Zahn (8) und ein jeweiliger Hartstoffkörper (6) aneinander gefügt werden; erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, dass nach Anschweißen oder Löten des Hartstoffkörpers (6) an den Zahn (8) mittels einer Wärmeeinleitungseinrichtung (12) eine Wärmemenge Q in den Hartstoffkörper (6) eingeleitet wird, und dass mittels einer Temperaturerfassungseinrichtung (18) eine Temperatur erfasst wird, und anhand der erfassten Temperatur mittels einer elektronischen Datenverarbeitungseinrichtung (22) die Qualität der Schweiß- oder Lötverbindung (4) bestimmt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen der Qualität einer Schweiß- oder Lötverbindung beim Anschweißen oder Löten von Hartstoffkörpern an Zähnen eines Sägeblatts, insbesondere eines Band- oder Kreissägeblatts, durch Schweißen, insbesondere Widerstandsschweißen oder Löten, wobei ein jeweiliger Zahn und ein jeweiliger Hartstoffkörper aneinander gefügt werden.
Die Erfindung betrifft weiterhin eine Einrichtung zum Durchführen des Verfahrens und eine Widerstandsschweißeinrichtung mit einer Schweißelektrode zum Anschweißen eines jeweiligen Hartstoffkörpers an einen jeweiligen Zahn des Sägeblatts.
Beim Herstellen von Sägeblättern werden beispielsweise elektrisch schweißbare Hartstoffkörper an einer Schweißstelle an Zähne der Sägeblätter durch Widerstandsschweißen gefügt, indem die Schweißobjekte an der Schweißstelle durch Energiezufuhr aufgeschmolzen und typischerweise unter der Wirkung einer Anpresskraft durch Erstarren der Schmelze verschweißt werden.
Wenn vorstehend von einem Hartstoffkörper die Rede ist, wird hierunter ein Körper an sich beliebiger Geometrie, insbesondere Kugel, Zylinder, Plattenform, aus einem Hartstoff, insbesondere Hartmetall, Cermet, Schneidkeramik, Diamant, insbesondere beschichtet, verstanden. Bei Hartmetall kann es sich beispielsweise um einen schweißbaren Sinterwerkstoff mit einer Korngröße von 0,2 µm - 1,2 µm handeln, insbesondere bestehend aus 6% bis 16% Binder, meist Kobalt (Co), und einem entsprechenden Rest 94% bis 84% insbesondere Wolframcarbid (WC), insbesondere mit kleinen Mengen Tantal (Ta), Niob (Nb), oder Karbiden, wie zum Beispiel Tantalcarbid (TaC), Titancarbid (TiC), Niobcarbid (NbC). Als Binder können neben Cobalt insbesondere Nickel (Ni) oder Eisen-Kobalt-Nickel-Legierungen (FeCoNi) in Frage kommen. Zur Verbesserung der Schneid- und/oder Gleiteigenschaften kann das Hartmetall eine Beschichtung aus TiC, TiN, Titancarbonitrid (TiCN) oder Aluminiumoxyd (Al₂O₃) umfassen. Bei Cermet und Schneidkeramik handelt es sich beispielweise um schweißbare Sinterwerkstoffe mit keinem oder nur einem geringen Anteil an Wolframcarbid; üblich sind hier Mischcarbide, wie zum Beispiel Titancarbid oder Titannitrid oder Mischungen daraus. Als Binder kommen die vorstehend genannten Binder in Frage.
Prozessschwankungen, Geometrieabweichungen, Verschleiß und Abnutzung an Schweiß- oder Lötwerkzeug und andere Einflüsse können gelegentlich zu mangelhaften Schweiß- oder Lötverbindungen führen. Typische Mängel beim Schweißen sind beispielsweise die Unterschweißung, bei der nur ein kleiner Flächenanteil der Schweißstelle eine Bindung liefert, oder sogenannte „Kleber“, bei denen es sich um optisch gut aussehende Schweißverbindungen handelt, die jedoch mechanisch keine nennenswerte Kräfte übertragen können. Unterschweißung und Kleber entstehen beispielsweise durch Risse, Hohlräume, Bindefehler oder ungenügende Durchschweißung der Schweißverbindung oder der zu verschweißenden Komponenten. Ein weiterer typischer Mangel ist die Überschweißung, bei der aufgrund von Form- oder Maßabweichungen, insbesondere unter Ausbildung eines Wulstes, ein zu großer Flächenanteil eine Bindung liefert. Typische Mängel bei Lötverbindungen sind beispielsweise kalte Lötstellen oder die Verwendung von zu viel Lot, was wiederrum zu Form- oder Maßabweichungen, insbesondere unter Ausbildung eines Wulstes, führen kann, so dass ein zu großer Flächenanteil eine Bindung liefert. Solche Mängel können in der späteren Benutzung des Sägeblatts zu Fehlfunktionen, beispielsweise Abtrennung der Hartstoffkörper von den Zähnen, führen.
Zur Prüfung der Qualität von Schweiß- oder Lötverbindungen bei Sägeblättern sind aus dem Stand der Technik zerstörende Prüfverfahren, beispielsweise die metallographische Präparation bekannt, wobei stichprobenartig einzelne Sägeblätter entnommen werden und anhand von Schliffbildern der Schweiß- oder Lötverbindung die Qualität beurteilt wird. Nachteilig daran ist beispielsweise, die Unvollständigkeit der Prüfung und der Verlust der geprüften Sägeblätter.
Weiter ist es aus dem Stand der Technik bekannt, die Qualität der Schweiß- oder Lötverbindung anhand des elektrischen Übergangswiderstands zwischen Hartstoffkörper und Sägeblatt zu bestimmen. Dazu wird ein elektrischer Strom über die Schweiß- oder Lötstelle geleitet und der Spannungsabfall an den Fügepartnern als Prüfgröße bestimmt. Hierzu ist es erforderlich, das Prüfobjekt an vier Stellen elektrisch zu kontaktieren. Die hierbei auftretenden zusätzlichen Übergangswiderstände können wiederum die Messung verfälschen.
Weitere aus dem Stand der Technik bekannte zerstörungsfreie Prüfverfahren zum Bestimmen der Qualität von Schweiß- oder Lötverbindungen erweisen sich für die Anwendung bei Sägeblättern als ungeeignet. Beispielsweise ist die Sichtprüfung nur oberflächlich und daher ungenau. Die Ultraschallprüfung ist wegen der geringen Größe und der teilweise komplexen Formen der Hartstoffkörper nicht geeignet. Die Geometrie des Sägeblatts und Magnetismus der Werkstoffe erschweren die Wirbelstromprüfung. Das Röntgenprüfverfahren ist einerseits zeitaufwändig und daher zu langsam für die Anwendung im Rahmen einer Serienproduktion, andererseits kann die Röntgenstrahlung die Hartstoffkörper nur schwer durchdringen.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Ermittlung der Qualität einer Schweiß- oder Lötnaht anzugeben, mit dem die Nachteile der aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren überwunden werden können.
Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, dass nach Anschweißen oder Löten des Hartstoffkörpers an den Zahn mittels einer Wärmeeinleitungseinrichtung eine Wärmemenge Q in den Hartstoffkörper eingeleitet wird, und dass mittels einer Temperaturerfassungseinrichtung eine Temperatur erfasst wird, und anhand der erfassten Temperatur mittels einer elektronischen Datenverarbeitungseinrichtung die Qualität der Schweiß- oder Lötverbindung bestimmt wird.
Beim Einleiten der Wärmemenge Q in den Hartstoffkörper fließt ein Teil der eingeleiteten Wärmemenge Q über die Schweiß- oder Lötverbindung in das Sägeblatt. Es erwärmt sich also sowohl der Hartstoffkörper als auch das Sägeblatt, wobei die Wärmeverteilung von dem Wärmeableitungsvermögen der Schweiß- oder Lötverbindung abhängig ist. Die Temperatur wird erfasst und mit einer Referenztemperatur verglichen, wobei von der Abweichung der erfassten Temperatur von der Referenztemperatur auf die Qualität der Schweiß- oder Lötverbindung geschlossen wird. Erfindungsgemäß wird also die Qualität der Schweiß- oder Lötverbindung über das Wärmeableitungsvermögen der Schweiß- oder Lötverbindung ermittelt. Das Vergleichen der Temperatur mit der Referenztemperatur umfasst beispielsweise das Vergleichen von absoluten Temperaturwerten, Temperaturverläufen und Änderungsraten. Die Referenztemperatur ist insbesondere diejenige Temperatur, die sich bei einer guten Schweiß- oder Lötverbindung ergibt, wobei mit einer guten Schweiß- oder Lötverbindung eine Schweiß- oder Lötverbindung gemeint ist, die Qualitätsanforderungen, insbesondere hinsichtlich der Festigkeit, erfüllt.
Auf diese Weise ist es möglich, die Qualität der Schweiß- oder Lötverbindung bei Sägeblättern bereits während der Fertigung der Sägeblätter zu bestimmen.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren, wird davon ausgegangen, dass ein bestimmter Anteil der in den Hartstoffkörper eingeleiteten Wärmemenge über die Schweiß- oder Lötverbindung auf das Sägeblatt übertragen wird. Liegt ein Bindefehler, beispielsweise in Form eines Klebers oder einer Unterschweißung oder einer kalten Lötstelle vor, wird die Wärme langsamer über die Schweiß- oder Lötverbindung abgeleitet im Vergleich zur Wärmeableitung bei einer guten Schweiß- oder Lötverbindung. In diesem Fall erwärmt sich das Sägeblatt also langsamer und der Hartstoffkörper erwärmt sich schneller. Liegt dagegen beispielsweise eine Überschweißung vor, wird die Wärme schneller über die Schweißverbindung abgeleitet im Vergleich zur Wärmeableitung bei einer guten Schweißverbindung. In diesem Fall erwärmt sich das Sägeblatt also schneller und der Hartstoffkörper erwärmt sich langsamer. Durch Erfassen der Temperatur kann daher auf das Wärmeableitungsvermögen der Schweiß- oder Lötverbindung und somit auf die Qualität der Schweiß- oder Lötverbindung geschlossen werden.
Prinzipiell ist es denkbar, dass die Temperatur am Sägeblatt erfasst wird. Vorteilhafterweise wird die Temperatur an genau dem Zahn des Sägeblatts erfasst, an den der betrachtete Hartstoffkörper mittels der Schweiß- oder Lötverbindung angefügt ist.
Demgegenüber kann es sich ebenfalls als vorteilhaft erweisen, dass die Temperatur an dem Hartstoffkörper erfasst wird. Durch die starke Erwärmung während des Schweiß- oder Lötvorgangs können im ungünstigen Fall Veränderungen an der Oberfläche des Sägeblatts, insbesondere sogenannte Anlauffarben, auftreten, die den Emissionsgrad des Sägeblatts verändern. Durch Erfassen der Temperatur am Hartstoffkörper kann also auf vorteilhafte Weise vermieden werden, dass die erfasste Temperatur durch die veränderten Emissionsgrade des Sägeblatts beeinflusst wird, was insbesondere bei der Temperaturmessung durch Infrarotstrahlung wichtig ist.
Dabei kann in vorteilhafter Weise vorgesehen sein, dass die Wärmemenge Q auf einer ersten Seite bezüglich einer Ebene des Sägeblatts in den Hartstoffkörper eingeleitet wird und die Temperatur an dem Hartstoffkörper auf einer der ersten gegenüberliegenden zweiten Seite des Hartstoffkörpers erfasst wird. In diesem Fall wird also der Hartstoffkörper auf einer Seite erwärmt und die Temperatur auf der anderen Seite erfasst, jeweils bezüglich der Ebene des Sägeblatts.
Grundsätzlich kann das Erfassen der Temperatur in an sich beliebiger Weise erfolgen. Vorzugweise erfolgt das Erfassen der Temperatur berührungslos, insbesondere mittels eines Infraroteinzeldetektors mit einer Infrarotoptik. Vorteilhafterweise wird die Temperatur mittels einer Infrarotkamera als Temperaturerfassungseinrichtung erfasst. Dabei kann die Temperatur mittels Thermographie insbesondere über eine Fläche B erfasst werden. Bei der Fläche B kann es sich um einen Flächenabschnitt mit beliebig festlegbaren Abmessungen handeln. Die Fläche B ist dabei vorzugsweise nicht allzu groß, sie kann 0,5 bis 10 mm² betragen.
Ebenfalls kann das Einleiten der Wärmemenge Q in den Hartstoffkörper in an sich beliebiger Weise erfolgen. Vorzugsweise erfolgt das Einleiten der Wärmemenge Q in den Hartstoffkörper berührungslos. Beispielsweise kann der jeweilige Hartstoffkörper mittels induktiver Anregung erwärmt werden. Vorteilhafterweise kann vorgesehen sein, dass die Wärmemenge Q mittels Laserleistung in Form eines Pulses mit Pulsdauer t_p in den Hartstoffkörper eingeleitet wird.
Vorteilhafterweise beträgt die Pulsdauer t_p 0,05 s bis 0,5 s. Die Pulsdauer liegt etwa im Bereich der Größenordnung der thermischen Diffusionszeit durch den Hartstoffkörper bzw. durch die Schweiß- oder Lötverbindung.
Vorteilhafterweise wird die Temperatur über eine Zeitdauer tmess erfasst. Die Zeitdauer tmess beträgt insbesondere 0,1s bis 3s. Die Temperatur oder der Verlauf der über die Zeitdauer tmess erfassten Temperatur kann dann mit einer Referenztemperatur oder einem Referenztemperaturverlauf verglichen werden. Ebenfalls ist es denkbar, dass eine gemittelte Temperaturänderungsrate der über die Zeitdauer tmess erfassten Temperatur ermittelt wird und mit einer gemittelten Referenzänderungsrate verglichen wird. Ferner ist es ebenfalls denkbar, dass eine maximale Temperaturänderungsrate ermittelt wird und mit einer maximalen Referenzänderungsrate verglichen wird.
Es ist denkbar, dass die Temperatur erst nach Einleiten der Wärmemenge Q in den Hartstoffkörper erfasst wird. Demgegenüber hat es sich als vorteilhaft erwiesen, dass die Temperatur zumindest teilweise während des Einleitens der Wärmemenge Q in den Hartstoffkörpers erfasst wird. Die Temperatur kann also bereits von Beginn des Einleitens der Wärmemenge mittels des Laserpulses mit der Pulsdauer t_p an erfasst werden. Insbesondere ist die Zeitdauer tmess länger als die Zeitdauer t_p. Die reine Zeitdauer zum Ermitteln der Qualität einer Schweiß- oder Lötverbindung ab Einleiten der Wärmemenge beträgt insbesondere 0,1s bis 5s, insbesondere 0,1s - 3s.
In Weiterbildung dieses Erfindungsgedankens kann in vorteilhafter Weise vorgesehen sein, dass eine zeitlich gemittelte Änderungsrate der Temperatur ΔT_p,gemittelt während des Einleitens der Wärmemenge Q in den Hartstoffkörper ermittelt wird, dass eine zeitlich gemittelte Temperatur T_{mess,gemitteit} während der Zeitdauer tmess ermittelt wird, und dass eine normierte Temperaturänderungsrate ΔT_normiert ermittelt wird, indem die gemittelte Änderungsrate ΔT_p,gemittelt durch die gemittelte Temperatur T_{mess,gemittelt} dividiert wird. Es wird also die zeitlich gemittelte Änderungsrate der Temperatur ΔT_p,gemittelt während des Einleitens der Wärmemenge Q, also während der Zeitdauer t_p, ermittelt, wobei ΔT_p,gemittelt beispielsweise nach folgender Formel ermittelt wird: $Δ T_{p, gemittelt} = \frac{1}{t_{0}} \int_{t = 0}^{t_{0}} \frac{dT}{dt} dt .$
Dabei kann die Änderungsrate ΔT_p,gemittelt über die gesamte Zeitdauer t_p oder über einen Zeitabschnitt t₀ ermittelt werden, wobei vorzugsweise 0 < t₀ < t_p ist.
Ferner wird die zeitlich gemittelte Temperatur T_{mess,gemittelt} über die Zeitdauer tmess ermittelt, wobei T_{mess,gemittelt} beispielsweise nach folgender Formel ermittelt wird: $T_{mess, gemittelt} = \frac{1}{t_{mess}} \int_{t = 0}^{t_{mess}} T (t) d t .$
Die Division der Änderungsrate ΔT_p,gemittelt durch T_{mess,gemittelt} ergibt die normierte Temperaturänderungsrate ΔT_normiert, wobei ΔT_normiert dann beispielsweise durch folgende Formel dargestellt wird: $Δ T_{normiert} = \frac{Δ T_{p, gemittelt}}{T_{mess, gemittelt}} .$
Das Bestimmen der Qualität der Schweiß- oder Lötverbindung erfolgt dann anhand der normierten Temperaturänderungsrate ΔT_normiert, in dem die normierte Temperaturänderungsrate ΔT_normiert mit einer normierten Referenztemperaturänderungsrate ΔT_ref,normiert verglichen wird, wobei die normierte Referenztemperaturänderungsrate ΔT_ref,normiert die normierte Änderungsrate einer guten Referenzschweiß- oder Referenzlötverbindung ist. Die normierte Temperaturänderungsrate ΔT_normiert ist zeitbezogen und unabhängig von der Laserleistung und von Störgrößen, wie beispielsweise Emissionsgradveränderungen.
Ferner ist Gegenstand der Erfindung eine Einrichtung zum Durchführen des Verfahrens umfassend eine Wärmeeinleitungseinrichtung zum Einleiten einer Wärmemenge Q in den Hartstoffkörpers nach dem Anschweißen oder Löten des Hartstoffkörpers an den Zahn, eine Temperaturerfassungseinrichtung zum Erfassen der Temperatur und eine elektronische Datenverarbeitungseinrichtung zum Bestimmen der Qualität der Schweiß- oder Lötverbindung von Zahn und Hartstoffkörper anhand der erfassten Temperatur.
Grundsätzlich kann die Wärmeeinleitungseinrichtung in an sich beliebiger Weise, beispielsweise als induktive Wärmeeinleitungseinrichtung, ausgebildet sein.
Vorteilhafterweise ist die Wärmeeinleitungseinrichtung ein Laser.
Ebenfalls kann die Temperaturerfassungseinrichtung in an sich beliebiger Weise, beispielsweise als Infraroteinzeldetektor mit einer Infrarotoptik, ausgebildet sein. Vorzugsweise ist die Temperaturerfassungseinrichtung eine Infrarotkamera.
In vorteilhafter Weise kann vorgesehen sein, dass die Wärmeeinleitungseinrichtung und die Temperaturerfassungseinrichtung derart angeordnet und ausgebildet sind, dass die Wärmemenge Q auf einer ersten Seite bezüglich einer Ebene des Sägeblatts in den Hartstoffkörper einleitbar ist, und dass die Temperatur an dem Hartstoffkörper auf einer der ersten gegenüberliegenden zweiten Seite des Hartstoffkörpers erfassbar ist.
Ebenfalls Gegenstand der Erfindung ist eine Widerstandsschweißeinrichtung mit einer Schweißelektrode zum Anschweißen eines jeweiligen Hartstoffkörpers an einen jeweiligen Zahn des Sägeblatts, wobei der jeweilige Hartstoffkörper und der jeweilige Zahn des Sägeblatts durch Einleiten eines Schweißimpulses an- oder aufgeschmolzen und aneinander gefügt werden, umfassend eine Einrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 14.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnung ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel im Einzelnen beschrieben ist. Dabei können die in der Zeichnung dargestellten und in den Ansprüchen und in der Beschreibung erwähnten Merkmale jeweils einzeln für sich oder in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein. In der Zeichnung zeigen:

1 eine schematische Ansicht der erfindungsgemäßen Einrichtung von oben mit Sägeblatt;
2 eine schematische Schrägansicht des Sägeblatts aus 1;
3 eine schematische Ansicht einer erfindungsgemäßen Widerstandsschweißeinrichtung von oben mit Sägeblatt;
4 einen schematischen Verlauf eines Pulses;
5 Verläufe einer an einem Sägeblatt erfassten Temperatur;
6 einen Verlauf einer an einem Sägeblatt erfassten Temperatur, und
7 die Änderungsrate des Temperaturverlaufs aus 6.

1 zeigt eine schematische Ansicht der insgesamt mit dem Bezugszeichen 2 bezeichneten erfindungsgemäßen Einrichtung zum Bestimmen der Qualität einer Schweiß- oder Lötverbindung 4 beim Anschweißen oder Löten von Hartstoffkörpern 6 an Zähnen 8 eines Sägeblatts 10. In den Figuren sind beispielhaft Schweißverbindungen 4 zwischen Zahn 8 und Hartstoffkörper 6 dargestellt. Die Erfindung ist aber auch anwendbar auf Lötverbindungen. Der schematische Ausschnitt des Sägeblatts 10 aus 1 ist in 2 in einer Schrägansicht dargestellt. In der dargestellten Ausführungsform ist an den Zahn 8 des Sägeblatts 10 bereits ein Hartstoffkörper 6 angeschweißt, so dass zwischen dem Hartstoffkörper 6 und dem Zahn 8 des Sägeblatts 10 eine Schweißverbindung 4 ausgebildet ist.
Die Einrichtung 2 umfasst eine Wärmeeinleitungseinrichtung 12 zum Einleiten einer Wärmemenge Q in den Hartstoffkörpers 6. Die Wärmeeinleitungseinrichtung 12 ist beispielsweise ein Laser. Die Wärmemenge Q wird in diesem Fall in Form eines Laserpulses P mit der Pulsdauer t_p in den Hartstoffkörper 6 eingeleitet. 4 zeigt beispielhaft einen zeitlichen Verlauf 14 des Laserpulses P.
Gemäß der dargestellten Ausführungsform ist die Wärmeeinleitungseinrichtung 12 derart angeordnet und ausgebildet, dass eine Wärmemenge Q auf einer ersten Seite 16 des Hartstoffkörpers 6 in den Hartstoffkörper 6 eingeleitet wird. Beim Einleiten der Wärmemenge in den Hartstoffkörper 6 erwärmt sich dieser und ein Teil der eingeleiteten Wärmemenge wird über die Schweißverbindung 4 in den Zahn 8 des Sägeblatts 10 abgeleitet.
Weiter umfasst die Einrichtung 2 eine Temperaturerfassungseinrichtung 18 zum Erfassen einer Temperatur. Bei der Temperaturerfassungseinrichtung 18 handelt es sich beispielsweise um eine Infrarotkamera. Gemäß der dargestellten Ausführungsform ist die Temperaturerfassungseinrichtung 18 derart angeordnet und ausgebildet, so dass die Temperatur an einer der ersten Seite 16 gegenüberliegenden zweiten Seite 20 des Hartstoffkörpers 6 erfasst wird.
Prinzipiell sind aber auch weitere nicht dargestellte Ausführungsformen denkbar, bei denen die Temperatur beispielsweise an der ersten Seite 16 des Hartstoffkörpers 6, an der auch die Wärmemenge eingeleitet wird, oder an dem Zahn 8 des Sägeblatts 10 erfasst wird.
Ferner umfasst die Einrichtung 2 eine elektronische Datenverarbeitungseinrichtung 22. Die von der Temperaturerfassungseinrichtung 18 erfasste Temperatur wird über eine Kommunikationsverbindung 24 an die elektronische Datenverarbeitungseinrichtung 22 übertragen. Die elektronische Datenverarbeitungseinrichtung 22 ermittelt anhand der erfassten Temperatur die Qualität der Schweißverbindung 4, indem die erfasste Temperatur mit einer Referenztemperatur verglichen wird, und die Abweichung der erfassten Temperatur von der Referenztemperatur bestimmt wird. Dies ist in einem weiten Sinn zu verstehen und erfasst den Vergleich von einzelnen Temperaturwerten oder auch Temperaturverläufen.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren, wird davon ausgegangen, dass ein bestimmter Anteil der in den Hartstoffkörper 6 eingeleiteten Wärmemenge über die Schweißverbindung 4 auf das Sägeblatt 10 übertragen wird. Dabei erwärmt sich sowohl das Sägeblatt 10 als auch der Hartstoffkörper 6, wobei das Erwärmen von dem Wärmeableitungsvermögen der Schweißverbindung 4 abhängig ist.
Liegt beispielsweise ein Bindefehler oder eine ungenügende Durchschweißung vor, wird die Wärme langsamer über die Schweißverbindung 4 abgeleitet im Vergleich zur Wärmeableitung bei einer guten Schweißverbindung 4. In diesem Fall erwärmt sich das Sägeblatt 10 also langsamer und der Hartstoffkörper 6 erwärmt sich schneller. Ein für diesen Fall beispielhafter am Hartstoffkörper erfasster Temperaturverlauf T_mess,1 ist in 5 durch die Kurve 26 dargestellt. Der Temperaturverlauf T_mess,1 liegt dabei über dem durch die Kurve 28 ebenfalls in 5 dargestellten Referenztemperaturverlauf Tref für den Fall einer guten Schweißverbindung 4.
Liegt dagegen eine Überschweißung in Form einer Formabweichung unter Ausbildung eines Wulstes vor, wird die Wärme schneller über die Schweißverbindung 4 abgeleitet im Vergleich zur Wärmeableitung bei einer guten Schweißverbindung. In diesem Fall erwärmt sich das Sägeblatt 10 also schneller und der Hartstoffkörper 6 erwärmt sich langsamer. Ein für diesen Fall beispielhafter am Hartstoffkörper 6 erfasster Temperaturverlauf T_mess,2 ist durch die Kurve 30 in 5 dargestellt. Der Verlauf T_mess,2 liegt dabei unterhalb des Referenztemperaturverlaufs Tref. Anhand der Abweichungen der Verläufe T_mess,1 und T_mess,2 von dem Verlauf von Tref kann dann auf die Qualität der Schweißverbindung 4 geschlossen werden.
Weiter ist die elektronische Datenverarbeitungseinrichtung 22 insbesondere dazu ausgebildet, eine normierte Temperaturänderungsrate ΔT_normiert zu ermitteln. Dies wird im Folgenden anhand der 6 und 7 erläutert. 6 zeigt einen am Hartstoffkörper erfassten Temperaturverlauf. Der Temperaturverlauf entspricht beispielsweise einem der Verläufe T_mess,1 oder T_mess,2 aus 5, wobei der Temperaturverlauf durch Subtraktion des Wertes T₀ verschoben wurde. Durch die Subtraktion mit Mittelwerten der Temperatur, können in den erfassten Messwerten vorhandene Temperaturschwankungen, ausgeglichen werden. Anhand des in 6 dargestellten Temperaturverlaufs wird nun gemäß folgender Formel eine zeitlich gemittelte Temperatur T_{mess,gemittelt} über die Zeitdauer tmess ermittelt: $T_{mess, gemittelt} = \frac{1}{t_{mess}} \int_{t = 0}^{t_{mess}} T (t) d t .$
7 zeigt die Änderungsrate des Temperaturverlaufs aus 6. Anhand der in 7 dargestellten Änderungsrate wird nun gemäß folgender Formel eine zeitlich gemittelte Änderungsrate ΔT_p,gemittelt der erfassten Temperatur T_p während des Einleitens der Wärmemenge Q in den Hartstoffkörper 6, also während der Zeitdauer t_p ermittelt: $Δ T_{p, gemittelt} = \frac{1}{t_{0}} \int_{t = 0}^{t_{0}} \frac{dT}{dt} dt .$
Gemäß der dargestellten Ausführungsform wird die Änderungsrate ΔT_p,gemittelt über den Zeitabschnitt t₀ ermittelt, wobei 0 < t₀ < t_p ist.
Die normierte Temperaturänderungsrate ΔT_normiert wird dann ermittelt, indem die gemittelte Änderungsrate ΔT_p,gemittelt durch die gemittelte Temperatur T_{mess,gemittelt} dividiert wird: $Δ T_{normiert} = \frac{Δ T_{p, gemittelt}}{T_{mess, gemittelt}} .$
Die Qualität der Schweißverbindung 4 wird dann insbesondere bestimmt, indem die normierte Änderungsrate ΔT_normiert mit einer normierten Referenztemperaturänderungsrate ΔT_ref,normiert verglichen wird, wobei die normierte Referenztemperaturänderungsrate ΔT_ref,normiert die normierte Änderungsrate einer guten Referenzschweißverbindung ist.
Schließlich ist in 3 eine schematische Darstellung einer Widerstandsschweißeinrichtung 32 mit Sägeblatt 10 gegeben. Die Widerstandsschweißeinrichtung 32 umfasst eine Schweißelektrode 34 zum Anschweißen eines jeweiligen Hartstoffkörpers 6 an einen jeweiligen Zahn 8 des Sägeblatts 10, wobei der jeweilige Hartstoffkörper 6 und der jeweilige Zahn 8 des Sägeblatts 10 durch Einleiten eines Schweißimpulses an- oder aufgeschmolzen und aneinander gefügt werden.
Nachdem der Schweißvorgang beendet ist, wird das Sägeblatt 10 mittels einer Sägeblattvorschubeinrichtung 36 in eine Vorschubrichtung 38 bewegt, sodass ein weiterer Hartstoffkörper 6 an einen nachfolgenden Zahn 8 angeschweißt werden kann. Die Sägeblattvorschubeinrichtung 36 umfasst beispielsweise Greif- oder Klemmeinrichtungen zum Erfassen des Sägeblatts 10, die auf Vorschubschlitten montiert sind. Die Vorschubschlitten sind beispielsweise mittels eines Antriebs, insbesondere eines elektrischen Linearantriebs, in Richtung des Doppelpfeils 40 parallel zur Vorschubrichtung 38 verfahrbar. Ferner umfasst die Widerstandseinrichtung 32 die Einrichtung 2 mit Wärmeeinleitungseinrichtung 12, Temperaturerfassungseinrichtung 18 und elektronischer Datenverarbeitungseinrichtung 22. Durch Bewegen des Sägeblatts in Vorschubrichtung 38 wird der Zahn 8 an den bereits ein Hartstoffkörper 6 angeschweißt ist, in einen Bereich zwischen der Wärmeeinleitungseinrichtung 12 und der Temperaturerfassungseinrichtung 18 gebracht, sodass anhand der Einrichtung 2 nach dem Anschweißen des jeweiligen Hartstoffkörpers 6 an den Zahn 8 die Qualität der jeweiligen Schweißverbindung 4 von Zahn 8 und Hartstoffkörper 6 bestimmt werden kann. Es können insbesondere und vorzugsweise alle Schweißverbindungen bei einem Sägeblatt unmittelbar nach ihrer Herstellung auf die erfindungsgemäße Weise hinsichtlich der Qualität der Schweißverbindung geprüft werden.

Claims

Verfahren zum Bestimmen der Qualität einer Schweiß- oder Lötverbindung (4) beim Anschweißen oder Löten von Hartstoffkörpern (6) an Zähnen (8) eines Sägeblatts (10), insbesondere eines Band- oder Kreissägeblatts, durch Schweißen, insbesondere Widerstandsschweißen, oder Löten, wobei ein jeweiliger Zahn (8) und ein jeweiliger Hartstoffkörper (6) aneinander gefügt werden, dadurch gekennzeichnet, dass nach Anschweißen oder Löten des Hartstoffkörpers (6) an den Zahn (8) mittels einer Wärmeeinleitungseinrichtung (12) eine Wärmemenge Q in den Hartstoffkörper (6) eingeleitet wird, und dass mittels einer Temperaturerfassungseinrichtung (18) eine Temperatur erfasst wird, und anhand der erfassten Temperatur mittels einer elektronischen Datenverarbeitungseinrichtung (22) die Qualität der Schweiß- oder Lötverbindung (4) bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur an dem Zahn (8) des Sägeblatts (10) erfasst wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur an dem Hartstoffkörper (6) erfasst wird.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmemenge Q auf einer ersten Seite (16) bezüglich einer Ebene des Sägeblatts (10) in den Hartstoffkörper (6) eingeleitet wird und die Temperatur an dem Hartstoffkörper (6) auf einer der ersten Seite (16) gegenüberliegenden zweiten Seite (20) des Hartstoffkörpers (6) erfasst wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur mittels einer Infrarotkamera als Temperaturerfassungseinrichtung (18) erfasst wird.
Verfahren nach einem vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmemenge Q mittels Laserleistung P(t) in Form eines Pulses (14) mit Pulsdauer t_p in den Hartstoffkörper eingeleitet wird.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Pulsdauer t_p 0,05 s bis 0,5 s beträgt.
Verfahren nach einem vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur über eine Zeitdauer tmess erfasst wird.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur zumindest teilweise während des Einleitens der Wärmemenge Q in den Hartstoffkörper (6) erfasst wird.
Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine zeitlich gemittelte Änderungsrate der Temperatur ΔT_p,gemittelt während des Einleitens der Wärmemenge Q in den Hartstoffkörper (6) ermittelt wird, dass eine zeitlich gemittelte Temperatur T_{mess,gemittelt} während der Zeitdauer tmess ermittelt wird, und dass eine normierte Temperaturänderungsrate ΔT_normiert ermittelt wird, indem die gemittelte Änderungsrate ΔT_p,gemittelt durch die gemittelte Temperatur T_{mess,gemittelt} dividiert wird.
Einrichtung (2) zum Durchführen des Verfahrens nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung (2) eine Wärmeeinleitungseinrichtung (12) zum Einleiten einer Wärmemenge Q in den Hartstoffkörper (6) nach dem Anschweißen oder Löten des Hartstoffkörpers (6) an den Zahn (8), eine Temperaturerfassungseinrichtung (18) zum Erfassen der Temperatur und eine elektronische Datenverarbeitungseinrichtung (22) zum Bestimmen der Qualität der Schweiß- oder Lötverbindung (4) von Zahn (8) und Hartstoffkörper (8) anhand der erfassten Temperatur umfasst.
Einrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeeinleitungseinrichtung (12) ein Laser ist.
Einrichtung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperaturerfassungseinrichtung (18) eine Infrarotkamera ist.
Einrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeeinleitungseinrichtung (12) und die Temperaturerfassungseinrichtung (18) derart angeordnet und ausgebildet sind, dass die Wärmemenge Q auf einer ersten Seite (16) bezüglich einer Ebene des Sägeblatts (8) in den Hartstoffkörper (6) einleitbar ist, und dass die Temperatur an dem Hartstoffkörper (6) auf einer der ersten Seite (16) gegenüberliegenden zweiten Seite (20) des Hartstoffkörpers (6) erfassbar ist.
Widerstandsschweißeinrichtung (32) mit einer Schweißelektrode (34) zum Anschweißen eines jeweiligen Hartstoffkörpers (6) an einen jeweiligen Zahn (8) eines Sägeblatts (10), wobei der jeweilige Hartstoffkörper (6) und der jeweilige Zahn (8) des Sägeblatts (10) durch Einleiten eines Schweißimpulses an- oder aufgeschmolzen und aneinander gefügt werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Widerstandseinrichtung (32) eine Einrichtung (2) nach einem der Ansprüche 11 bis 14 umfasst.