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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Schweißelektrode für ein Schweißwerkzeug, eine Reinigungsvorrichtung zur Reinigung einer Schweißelektrode und ein Verfahren zum Bearbeiten einer Schweißelektrode, mit welchen sich die Standzeit einer Schweißelektrode, insbesondere deren Schweißelektrodenkappe, erhöhen lässt.
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In Produktionsanlagen, wie beispielsweise Fertigungsstraßen für Fahrzeuge usw., werden metallische Teile durch Schweißen mit Hilfe eines Schweißwerkzeugs einer Schweißvorrichtung verbunden. Das Schweißwerkzeug ist beispielsweise eine Schweißzange, die von einem Schweißtransformator mit einem elektrischen Schweißstrom versorgt wird. Insbesondere ist das Schweißwerkzeug ein Widerstandsschweißwerkzeug.
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Im automatisierten Karosserierohbau wird als Schweißwerkzeug oft eine Schweißzange mit Elektrodenkappen eingesetzt. Die Elektrodenkappen verschmutzen durch den Schweißprozess, da sich Beschichtungen der zu verschweißenden Bleche an den Kappen ablagern. Zusätzlich tritt eine Verschmutzung durch den thermischen Prozess beim Schweißen ein. Dadurch kommt es, insbesondere beim Schweißen von Aluminium zum Kleben der Elektrodenkappen an dem zu verschweißenden Blech. Noch dazu beeinflusst der Verschmutzungsgrad der Elektrodenkappe die Schweißqualität. Somit sind die Elektrodenkappen in bestimmten Zeitabschnitten zu reinigen.
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Die Reinigung der Elektrodenkappen erfolgt üblicherweise mittels Schneid-Fräser, welcher den verschmutzten Teil der Elektrodenkappe abschneidet oder abfräst. Während der Zeit der Reinigung steht das Schweißwerkzeug nicht zum Schweißen zur Verfügung.
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Insbesondere beim Schweißen von Aluminium kommt es bereits nach wenigen Schweißvorgängen zum Kleben der Elektrodenkappen. Um die geforderte Schweißqualität zu erbringen, sind somit derzeit Fräsvorgänge der Elektrodenkappen nach nur wenigen Schweißvorgängen und somit in kurzen Zeitabständen vorzunehmen. Dadurch ist die Anzahl der zulässigen Fräsungen für eine Elektrodenkappe schon schnell erreicht, so dass die Elektrodenkappen häufig auszutauschen sind. Dies verursacht erhöhte Betriebskosten.
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Noch dazu bedingt die Reinigung des Schweißwerkzeugs häufige Ausfallzeiten des Schweißwerkzeugs für die Durchführung von Schweißvorgängen. Daher sind oft mindestens zwei Schweißwerkzeuge vorzuhalten, die von einem Roboter geführt werden, um die vorgegebene Taktung für die Bearbeitung in der Fertigungsstraße erfüllen zu können. Auch dies verursacht erhöhte Kosten für die Fertigungsanlage und erhöhte Betriebskosten.
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Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Schweißelektrode für ein Schweißwerkzeug, eine Reinigungsvorrichtung zur Reinigung einer Schweißelektrode und ein Verfahren zum Bearbeiten einer Schweißelektrode bereitzustellen, mit welchen die zuvor genannten Probleme gelöst werden können. Insbesondere sollen eine Schweißelektrode für ein Schweißwerkzeug, eine Reinigungsvorrichtung zur Reinigung einer Schweißelektrode und ein Verfahren zum Bearbeiten einer Schweißelektrode bereitgestellt werden, bei welchen beim Schweißen mit einem Schweißwerkzeug kostengünstig eine Schweißverbindung mit guter Schweißqualität erzielt wird.
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Diese Aufgabe wird durch eine Schweißelektrode für ein Schweißwerkzeug nach Anspruch 1 gelöst. Die Schweißelektrode hat eine Schweißstromzuführfläche zum Zuführen eines Schweißstroms zu mindestens einem zu schweißenden Werkstück, mindestens eine erste Rille, die in die Schweißstromzuführfläche eingebracht ist, und mindestens eine zweite Rille, die in die Schweißstromzuführfläche parallel oder in einem Winkel, insbesondere schräg oder senkrecht zu der mindestens einen ersten Rille eingebracht ist, wobei die mindestens eine erste Rille und die mindestens eine zweite Rille mindestens einen Bereich bilden, in dem sich beim Einbringen des Schweißstroms in mindestens ein zu schweißendes Werkstück eine größere Stromdichte des Schweißstroms ausbildet als in der mindestens einen ersten Rille und der mindestens einen zweiten Rille.
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Mit der Schweißelektrode ist es möglich, mit sehr geringem Aufwand und somit sehr kostengünstig eine größere Anzahl von Bereichen höherer Stromdichten an der Schweißelektrode zu erzeugen. Durch die dadurch erzeugte größere Stromdichte wird die Aluminium-Oxidschicht besser gebrochen und dadurch die Anlegierung von Fremdmaterial an der Elektrode verringert. Dadurch können, bis es zum Kleben der Elektrode kommt, mit der Elektrode mehr Schweißvorgänge als mit Elektroden ohne die genannten Rillen ausgeführt werden.
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Auf diese Weise kann zum einen die Anzahl von möglichen Schweißvorgängen zwischen erforderlichen Reinigungsvorgängen erhöht werden, so dass die Elektroden sowohl deutlich seltener zu reinigen als auch deutlich seltener auszutauschen sind. Zum anderen kann die Qualität der Produktion mit der Schweißanlage verbessert werden, so dass weniger fehlerhafte Produkte produziert werden, die auszusortieren sind. Alles dies trägt mit zur Schonung von Ressourcen und zur Kostensenkung für die Herstellung und den Betrieb des Schweißwerkzeugs und somit einer übergeordneten Schweißanlage und/oder industriellen Anlage bei.
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Vorteilhafte weitere Ausgestaltungen der Schweißelektrode sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Möglicherweise hat die Schweißelektrode zudem eine Schweißelektrodenkappe, welche die Schweißstromzuführfläche aufweist.
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Denkbar ist, dass die mindestens eine zweite Rille die mindestens eine erste Rille berührt.
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Denkbar ist, dass zusätzlich oder alternativ die mindestens eine erste Rille und die mindestens eine zweite Rille einander kreuzen.
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In einer speziellen Ausgestaltung hat zumindest eine der mindestens einen ersten Rille und der mindestens einen zweiten Rille zumindest teilweise eine Form der folgenden Formen oder deren Kombinationen, nämlich linear, kurvenförmig, gezackt.
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In einer weiteren speziellen Ausgestaltung weisen die mindestens eine erste Rille und die mindestens eine zweite Rille eine Tiefe von etwa 10 µm bis etwa 100 µm auf.
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Mindestens eine der zuvor beschriebenen Schweißelektroden kann an einem Schweißwerkzeug vorgesehen sein, dass zur Herstellung mindestens einer Schweißverbindung an mindestens einem Werkstück ausgestaltet ist.
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Die zuvor genannte Aufgabe wird zudem durch eine Reinigungsvorrichtung zur Reinigung einer Schweißelektrode für ein Schweißwerkzeug nach Anspruch 7 gelöst. Die Reinigungsvorrichtung hat ein Bearbeitungswerkzeug zum Bearbeiten an der Schweißelektrode einer Schweißstromzuführfläche, die zum Zuführen eines Schweißstroms zu mindestens einem zu schweißenden Werkstück vorgesehen ist, wobei das Bearbeitungswerkzeug in der Schweißstromzuführfläche mindestens eine erste Rille einbringt und mindestens eine zweite Rille einbringt, die in die Schweißstromzuführfläche parallel oder in einem Winkel, insbesondere schräg oder senkrecht zu der mindestens einen ersten Rille eingebracht ist, und wobei die mindestens eine erste Rille und die mindestens eine zweite Rille mindestens einen Bereich bilden, in dem sich beim Einbringen des Schweißstroms in mindestens ein zu schweißendes Werkstück eine größere Stromdichte des Schweißstroms ausbildet als in der mindestens einen ersten Rille und der mindestens einen zweiten Rille.
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Die Reinigungsvorrichtung erzielt die gleichen Vorteile, wie sie zuvor in Bezug auf die Schweißelektrode genannt sind.
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Das zuvor beschriebene Schweißwerkzeug kann Teil einer Schweißanlage für eine industrielle Anlage sein, die zudem aufweist: einen Schweißtransformator zum Versorgen des Schweißwerkzeugs mit einem Schweißstrom zur Herstellung der Schweißverbindung, eine Steuereinrichtung zur Steuerung des Schweißtransformators und des Schweißwerkzeugs der Schweißanlage, und eine Überwachungseinrichtung zur Überwachung der Schweißqualität der mit dem Schweißwerkzeug hergestellten Schweißverbindung und Ausgabe einer Meldung in Bezug auf das Überwachungsergebnis.
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Die Schweißanlage kann zudem die zuvor beschriebene Reinigungsvorrichtung aufweisen, wobei die Schweißanlage das Schweißwerkzeug und die Reinigungsvorrichtung derart steuert, dass die Reinigungsvorrichtung die Schweißstromzuführfläche mit dem Bearbeitungswerkzeug bearbeitet, wenn ein Überwachungsergebnis der Überwachungseinrichtung ergibt, dass die Schweißqualität der mit dem Schweißwerkzeug hergestellten Schweißverbindung ein vorbestimmtes Kriterium nicht erfüllt.
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Denkbar ist, dass die Überwachungseinrichtung extern von der Steuereinrichtung vorgesehen ist. Zusätzlich oder alternativ ist eine Bedienvorrichtung zur Ausgabe der Meldung in Bezug auf das Überwachungsergebnis als durch menschliche Sinne wahrnehmbare Ausgabe vorgesehen. Zusätzlich oder alternativ ist die Schweißanlage ausgestaltet, eine Parametrierung der von der Überwachungseinrichtung durchzuführenden Überwachung über eine Bedienvorrichtung vorzunehmen.
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Die zuvor beschriebene Schweißanlage hat möglicherweise zudem eine Vorrichtung, die einen Arm zum Bewegen des Schweißwerkzeugs im Raum und eine Steuereinrichtung zur Steuerung des Arms aufweist, wobei die Steuereinrichtung der Vorrichtung der Schweißsteuerung untergeordnet ist. Zusätzlich oder alternativ kann die Erfassungseinrichtung zur Erfassung von Größen beim Herstellen einer Schweißverbindung mit dem Schweißwerkzeug ausgestaltet sein, wobei die Schweißsteuerung ausgestaltet ist, die erfassten Größen beim Steuern des Schweißwerkzeugs zu berücksichtigen.
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Die Aufgabe wird zudem durch ein Verfahren zum Bearbeiten einer Schweißelektrode für ein Schweißwerkzeug nach Anspruch 12 gelöst. Das Schweißwerkzeug ist zur Herstellung mindestens einer Schweißverbindung an mindestens einem Werkstück vorgesehen, wobei das Verfahren die Schritte aufweist: Bearbeiten, mit einem Bearbeitungswerkzeug, an der Schweißelektrode einer Schweißstromzuführfläche, die zum Zuführen eines Schweißstroms zu mindestens einem zu schweißenden Werkstück vorgesehen ist, wobei das Bearbeitungswerkzeug in der Schweißstromzuführfläche mindestens eine erste Rille einbringt und mindestens eine zweite Rille einbringt, die in die Schweißstromzuführfläche parallel oder in einem Winkel, insbesondere schräg oder senkrecht zu der mindestens einen ersten Rille eingebracht ist, und wobei die mindestens eine erste Rille und die mindestens eine zweite Rille mindestens einen Bereich bilden, in dem sich beim Einbringen des Schweißstroms in mindestens ein zu schweißendes Werkstück eine größere Stromdichte des Schweißstroms ausbildet als in der mindestens einen ersten Rille und der mindestens einen zweiten Rille.
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Das Verfahren erzielt die gleichen Vorteile, wie sie zuvor in Bezug auf die Schweißelektrode, die Reinigungsvorrichtung und deren übergeordneten Anlagen genannt sind.
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Weitere mögliche Implementierungen der Erfindung umfassen auch nicht explizit genannte Kombinationen von zuvor oder im Folgenden bezüglich des Ausführungsbeispiels beschriebener Merkmale oder Ausführungsformen. Dabei wird der Fachmann auch Einzelaspekte als Verbesserungen oder Ergänzungen zu der jeweiligen Grundform der Erfindung hinzufügen.
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Nachfolgend ist die Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung und anhand von Ausführungsbeispielen näher beschrieben. Es zeigen:
- 1 eine stark vereinfachte schematische Ansicht einer industriellen Anlage gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel mit einer Schweißanlage, die ein Schweißwerkzeug verwendet;
- 2 eine Draufsicht auf eine Schweißelektrodenkappe für eine Schweißelektrode des Schweißwerkzeugs von 1;
- 3 eine Teilschnittansicht der Schweißelektrodenkappe von 2;
- 4 eine Draufsicht auf eine Schweißelektrodenkappe für eine Schweißelektrode des Schweißwerkzeugs gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel; und
- 5 eine Draufsicht auf eine Schweißelektrodenkappe für eine Schweißelektrode des Schweißwerkzeugs gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel.
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In den Figuren sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente, sofern nichts anderes angegeben ist, mit denselben Bezugszeichen versehen.
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1 zeigt eine industrielle Anlage 1 mit einer Schweißanlage 2. Die industrielle Anlage 1 ist beispielsweise eine Fertigungsstraße für Fahrzeuge, Möbel, Bauwerke, usw., in welcher metallische Werkstücke 5, 6 durch Schweißen derart verbunden werden, dass eine Schweißverbindung 7 hergestellt wird. Insbesondere kann jedoch eine Schweißverbindung 7 auch nur an einem Werkstück 5 hergestellt werden, indem zwei Ränder des Werkstücks 5 mit der Schweißverbindung 7 miteinander verbunden werden. Die Werkstücke 5, 6 sind aus einem beliebigen schweißbaren Material, beispielsweise Stahl, Aluminium, Legierungen davon, usw. auswählbar. Hierbei sind beliebige Kombinationen von Materialien möglich.
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Die Schweißanlage 2 hat unter anderem eine Schweißsteuerung 10, eine Vorrichtung 20 zum Führen eines Schweißwerkzeugs 21, ein Frontend bzw. eine Erfassungseinrichtung 30, eine Bedienvorrichtung 40 und eine übergeordnete Steuervorrichtung 50, welche die Schweißanlage 2 und/oder andere nicht dargestellte Komponenten der industriellen Anlage 1 steuern kann. Derartige Komponenten sind beispielsweise eine Transporteinrichtung zum Transportieren von insbesondere mindestens einem der Werkstücke 5, 6, eine oder mehrere weitere Schweißanlage(n), ein oder mehrere sonstige Werkzeug(e), wie beispielsweise ein Schraubwerkzeug, ein Nietwerkzeug, ein Bohrwerkzeug, ein Stanzwerkzeug, usw. Zudem hat die Schweißanlage 2 eine Reinigungsvorrichtung 60 zum Reinigen des Schweißwerkzeugs 21 mit einem Bearbeitungswerkzeug 61, was nachfolgend ausführlicher beschrieben ist.
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Die Schweißanlage 2 ist insbesondere eine Widerstandsschweißanlage. In diesem Fall ist das Schweißwerkzeug 21 insbesondere ein Widerstandsschweißwerkzeug. Hierbei werden die zu verschweißenden Materialien oder wird die zu verschweißende Materialkombination mittels einer vorbestimmten Zangenkraft vorgespannt, wobei der notwendige Schweißstrom für eine definierte Zeit an eine Position an dem mindestens einen Werkstück 5, 6 gebracht wird, um mindestens eine Schweißverbindung 7, insbesondere einen Schweißpunkt, herzustellen.
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Die Schweißsteuerung 10 umfasst ein Leistungsteil 11, das auch Umrichter genannt wird, eine Schnittstelle 111, eine Steuereinrichtung 12, eine Speichereinrichtung 13 zur Speicherung von Daten 31, 131 bis 133, eine Kommunikationseinrichtung 14 mit einer Eingangsschnittstelle 141 und einer Ausgangsschnittstelle 142, eine Überwachungseinrichtung 15 sowie ein Gehäuse 16. Das Gehäuse 16 ist insbesondere ein Schaltschrank, in welchen die Schweißsteuerung 10 eingebaut ist. Zum Abführen von Wärme aus dem Gehäuse 16 der Schweißsteuerung 10 ist bei Bedarf eine nicht dargestellte Kühleinrichtung vorgesehen. Der Umrichter 11 ist vorzugsweise in die Schweißsteuerung 10 integriert, kann jedoch alternativ separat von der Schweißsteuerung 10 vorgesehen sein.
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Die Vorrichtung 20 von 1 kann insbesondere ein Schweißroboter sein. Die Vorrichtung 20 bewegt das Schweißwerkzeug 21 zu einer Fügestelle an dem mindestens einen Werkstück 5, 6. Außerdem hält oder bewegt die Vorrichtung 20 das Schweißwerkzeug 21 an der Fügestelle entsprechend, um mit dem Schweißwerkzeug 21 beispielsweise einen Schweißpunkt und/oder eine Schweißnaht als Schweißverbindung 7 herzustellen. Das Schweißwerkzeug 21 ist beispielsweise eine Schweißzange mit mindestens zwei Schweißelektroden 211, 212, die jeweils an ihrem freien Ende mit einer Schweißelektrodenkappe ausgestattet sind. Die Ausgestaltung der Schweißelektrodenkappe ist nachfolgend noch genauer beschrieben.
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Das Frontend bzw. die Erfassungseinrichtung 30 sind Teil(e) des Schweißwerkzeugs 21, insbesondere Teil(e) einer Schweißzange.
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Gemäß 1 wird das Schweißwerkzeug 21 über einen Umrichter bzw. ein Leistungsteil 11 und einen Schweißtransformator 23, an den ein Gleichrichter 24 angebaut ist, mit einem elektrischen Strom zum Schweißen versorgt, dem sogenannten Schweißstrom I. Hierfür wird das Leistungsteil 11 von einem dreiphasigen Spannungsnetz mit Netzphasen N1, N2, N3 mit einer elektrischen Spannung U versorgt. Insbesondere wird das Leistungsteil 11 mit einem Dreiphasenwechselstrom mit einer Frequenz von 50 Hz und einer Spannung von 400V oder 690V betrieben und versorgt den Schweißtransformator 23 primärseitig. Der Gleichrichter 24 dient zum sekundärseitigen Gleichrichten des Dreiphasenwechselstroms. Daher ist der Gleichrichter 24 mit dem Ausgang des Schweißtransformators 23 verbunden. Der Schweißtransformator 23 führt dem Schweißwerkzeug 21 mit Hilfe des Gleichrichters 24 somit einen Gleichstrom als Schweißstrom I zu. Der Schweißtransformator 23 ist beispielsweise als Mittelfrequenz-Schweißtransformator ausgeführt.
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Die Schweißsteuerung 10 regelt den Schweißstrom I, der vom Schweißwerkzeug 21 beim Herstellen einer Schweißverbindung 7 geliefert wird. Hierbei arbeitet die Schweißsteuerung 10 je nach Einstellung mit verschiedenen Regelverfahren. Beispiele hierfür sind ein Regelverfahren, das einen konstanten Schweißstrom I garantiert (Konstant-Strom-Regelverfahren (KSR)) oder ein adaptives Strom-Regelverfahren (ASR) das den Schweißstrom I an die aktuellen Prozessgegebenheiten am Schweißpunkt automatisch anpasst. Die genannten Regelverfahren KSR und ASR sorgen für eine verbesserte und stabilere Schweißqualität.
Beim Führen des Schweißwerkzeugs 21 mit einem Arm 25 der Vorrichtung 20 wird die Vorrichtung 20 von ihrer Steuereinrichtung 26 gesteuert, die auch als Robotersteuerung bezeichnet wird. Hierfür ist die Steuereinrichtung 26 mit der Schweißsteuerung 10 über eine Kommunikationseinrichtung 27 mit Hilfe einer ersten Verbindungsleitung 28 und einer zweiten Verbindungsleitung 29 verbunden. Über die Verbindungsleitungen 28, 29 sind relevante Daten für die Durchführung eines Schweißvorgangs mit dem Schweißwerkzeug 21 zwischen der Schweißsteuerung 10 und der Vorrichtung 20, genauer gesagt der Steuereinrichtung 26, austauschbar. Zudem können Parameter der Steuereinrichtung 26, mit welchen das Schweißwerkzeug 21 gesteuert wird, in der Speichereinrichtung 13 gespeicherte interne Grundparameter oder Sollwerte 131 sein. Es sind beliebige andere interne Grundparameter und/oder Sollwerte 131 denkbar.
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Die Schweißsteuerung 10 muss nicht über die Leitungen 28, 29 mittelbar über den beschriebenen Kommunikationspfad kommunizieren. Stattdessen sind am Schweißwerkzeug 21 empfangene Daten, wie beispielsweise Erfassungsdaten 31, für die Steuereinrichtung 26 auskoppelbar und an die Steuereinrichtung 26 optional mittels mindestens einer an der Vorrichtung 20 angeordneten Leitung 261 übermittelbar. In diesem Fall entfallen die Leitungen 28, 29. Dadurch übermittelt die Schweißsteuerung 10 an die Steuereinrichtung 26 Daten bezüglich der von der Vorrichtung 20 mit dem Schweißwerkzeug 21 auszuführenden Schweißaufgabe.
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Die Erfassungseinrichtung 30 erfasst im Betrieb der Schweißanlage 2 die Erfassungsdaten 31, die über eine Verbindungsleitung 32 an die Schweißsteuerung 10 übertragen und in der Speichereinrichtung 13 gespeichert werden. Die Erfassungsdaten 31 ergeben sich aufgrund einer kontinuierlichen Erfassung von Daten des Schweißwerkzeugs 21 und/oder des Schweißtransformators 23 und/oder des Gleichrichters 24 und/oder des mindestens einen Werkstücks 5, 6. Hierbei kann die Erfassung beim Herstellen einer Schweißverbindung 7 entweder ununterbrochen oder mit einer vorbestimmten Abtastrate erfolgen. Die vorbestimmte Abtastrate ist bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel derart gewählt, dass sich eine annähernd kontinuierliche Erfassung des Schweißverlaufs bei dem Herstellen der Schweißverbindung 7 vorzugsweise in Echtzeit ergibt.
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Die Übertragung der Erfassungsdaten 31 des Schweißwerkzeugs 21 und/oder des Schweißtransformators 23 und/oder des Gleichrichters 24 und/oder des mindestens einen Werkstücks 5, 6 zwischen dem Schweißwerkzeug 21 und der Schweißsteuerung 10 und/oder der Steuereinrichtung 26 erfolgt mit Hilfe einer Frontend-Schnittstelle 22 und der Schweißsteuerung-Schnittstelle 111.
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Die Erfassungsdaten 31 werden von der Steuereinrichtung 12 verwendet. Zusätzlich sind die Erfassungsdaten 31 mit der Bedienvorrichtung 40 von 1 anzeigbar. Hierfür sind die Steuereinrichtung 12 und die Bedienvorrichtung 40 beispielsweise über eine RS232-Schnittstelle oder eine USB-Schnittstelle oder über eine Feldbus-Schnittstelle bzw. einen Feldbus miteinander verbunden. Als Feldbus ist insbesondere Sercos, EtherCAt, Profi Net, und dergleichen wählbar.
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Dadurch sind die Daten in Echtzeit zwischen der Steuereinrichtung 12 und der Bedienvorrichtung 40 übertragbar. Unter Echtzeit wird der Betrieb eines Rechensystems verstanden, bei dem Programme zur Verarbeitung anfallender Daten ständig betriebsbereit sind, derart, dass die Verarbeitungsergebnisse innerhalb einer vorgegebenen Zeitspanne verfügbar sind, so dass in diesem Falle ein Schweißprozess reibungslos ausgeführt werden kann. Die Daten können je nach Anwendungsfall nach einer zeitlich zufälligen Verteilung oder zu vorherbestimmten Zeitpunkten anfallen.
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Zudem sind über die Bedienvorrichtung 40 Hinweise für einen Bediener in Bezug auf den Status der Schweißanlage 2 und/oder einer ihrer zuvor genannten Komponenten ausgebbar. Der Status der Schweißanlage 2 umfasst unter anderem mindestens eine Fehlermeldung 401 über einen Fehler, der im Betrieb der Schweißanlage 2 gegebenenfalls auftritt. Zudem sind die Erfassungsdaten 31 als Betriebsanzeige 402 mit der Bedienvorrichtung 40 anzeigbar. Die Bedienvorrichtung 40 ist beispielsweise eine Tastatur und/oder eine Maus, ein Laptop, ein berührungsempfindlicher oder berührungsunempfindlicher Bildschirm, usw. oder deren Kombinationen. Die mindestens eine Bedienvorrichtung 40 kommt zudem insbesondere zur Bedienung der Schweißanlage 2 und zur Parametrierung der Elektrodenpflege des Schweißwerkzeugs 21 und Nachstellung zum Einsatz.
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Die Überwachungseinrichtung 15 verwendet die Daten 31, 131, um auszuwerten, ob die Steuerung der Schweißanlage 2 zu den gewünschten Ergebnissen führt oder nicht. In Echtzeit wird das Ergebnis der Überwachung erlangt und als Daten 132 in der Speichereinrichtung 13 gespeichert und/oder mit der Bedienvorrichtung 40 angezeigt.
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Die Steuereinrichtung 12 kann auf die Speichereinrichtung 13 zugreifen und Daten 133 in der Speichereinrichtung 13 speichern oder Daten 31, 131 bis 133 aus ihr abrufen. Die Steuereinrichtung 12 speichert als Daten 133 beispielsweise die jeweils von der Steuereinrichtung 12 vorgegebenen Betriebsdaten, wie den Phasenanschnitt des Schweißstroms I und einen Widerstand R des Schweißwerkzeugs 21 beim Ausführen einer Schweißung oder dem Herstellen einer Schweißverbindung 7. Es sind beliebige andere vorgegebene Betriebsdaten denkbar.
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Beim Schweißen empfängt die Steuereinrichtung 12 und/oder die Speichereinrichtung 13 von dem Frontend bzw. der Erfassungseinrichtung 30 des Schweißwerkzeugs 21 die Erfassungsdaten 31 in Bezug auf Schweißungen, die mit dem Schweißwerkzeug 21 durchgeführt werden.
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Die Steuereinrichtung 12 und/oder die Überwachungseinrichtung 15 vergleicht die Erfassungsdaten 31 mit einem Referenzschweißablauf, der in den Daten 131 für die von dem Schweißwerkzeug 21 zu verwendenden Elektrodenkappen und/oder Werkstücke 5, 6 bzw. Kombinationen von Werkstücken 5, 6 in den Daten 131 gespeichert ist. Demzufolge führt auch die Erfassungseinrichtung 30 im Betrieb der Schweißanlage 2 eine Erfassung derart aus, dass sich Erfassungsdaten 31 ergeben, die mit dem Referenzschweißablauf 131A vergleichbar sind.
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Ergibt der Vergleich, dass die Schweißqualität nicht die vorgegebenen Kriterien erfüllt, ist mit der Reinigungsvorrichtung 60 ein Reinigungsvorgang für das Schweißwerkzeug 21 durchzuführen. Hierfür wird das Schweißwerkzeug 21 mit der Reinigungsvorrichtung 60 entsprechend bearbeitet, damit die Schweißanlage 2 bei den nachfolgenden Schweißvorgängen die vorgegebenen Kriterien wieder erfüllt.
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2 zeigt eine Draufsicht auf eine Schweißelektrodenkappe 210, die mit der Reinigungsvorrichtung 60 herstellbar ist. Die Schweißelektrodenkappe 210 ist insbesondere zum Schweißen von Aluminium oder dessen Verbindungen vorgesehen. Die Schweißelektrodenkappe 210 ist an einer der Schweißelektroden 211, 212 des Schweißwerkzeugs 21 von 1 montierbar. Die Schweißelektrodenkappe 210 wird hierfür derart an der jeweiligen Schweißelektrode 211, 212 befestigt, dass die Schweißelektrodenkappe 210 für die Durchführung eines Schweißvorgangs mit dem Schweißwerkzeug 21 an der Schweißelektrode 211, 212 genügend fest montiert ist, jedoch bei Bedarf gegen eine andere Schweißelektrodenkappe 210 austauschbar ist. Der Austausch der Schweißelektrodenkappe 210 kann insbesondere nach Abnutzung der bisher montierten Schweißelektrodenkappe 210 oder je nach Schweißaufgabe erforderlich werden, beispielsweise zum Schweißen von Werkstücken 5, 6 aus einem anderen Material als bei der vorangehenden Schweißaufgabe oder von Werkstücken 5, 6 mit einer anderen Werkstückstärke, insbesondere Blechstärke, als bei der vorangehenden Schweißaufgabe. Je nach Schweißaufgabe ist es möglich, dass zwei Werkstücke 5, 6 aus demselben Material oder auch Materialkombinationen, wie Aluminium/Stahl usw. geschweißt werden sollen.
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Die Schweißelektrodenkappe 210 von 2 hat eine Schweißstromzuführfläche 215, in welcher eine Vielzahl von Rillen 216, 217 eingearbeitet bzw. eingebracht sind. Die Schweißstromzuführfläche 215 ist beim Schweißen dem mindestens einen zu schweißenden Werkstück 5, 6 zugewandt und kontaktiert dieses mindestens eine zu schweißende Werkstück 5, 6 zumindest teilweise. Die Rillen 216, 217 sind quer zueinander angeordnet. Die Rillen 216, 217 berühren einander. Bei der speziellen Ausgestaltung von 2 schneiden die Rillen 216, 217 einander. In anderen Worten, die Rillen 216, 217 kreuzen sich. Bei der speziellen Ausgestaltung von 2 kreuzen sich die Rillen 216, 217 senkrecht zueinander. Hierbei sind die Rillen 216, 217 als gerade Linien an der Schweißstromzuführfläche 215 ausgeführt. Jedoch kann zumindest eine der Rillen 216 schräg zu den anderen Rillen 216 angeordnet sein. Außerdem kann zumindest eine der Rillen 217 schräg zu den anderen Rillen 217 angeordnet sein. Der Abstand der einzelnen Rillen 216 zueinander ist je nach Bedarf wählbar. Der Abstand der einzelnen Rillen 216 zueinander ist gleich oder unterschiedlich. Der Abstand der einzelnen Rillen 217 zueinander ist je nach Bedarf wählbar. Der Abstand der einzelnen Rillen 217 zueinander ist gleich oder unterschiedlich. Die Anzahl der Rillen 216, 217 ist je nach Bedarf wählbar.
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3 zeigt einen Teil der Schweißelektrodenkappe 210 am Beispiel einer Rille 216 im Schnitt. Die sonstigen Rillen 216 und die Rillen 217 sind auf dieselbe Art ausgestaltbar, wie in 3 für eine Rille 216 gezeigt und nachfolgend beschrieben.
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Gemäß 3 hat die Rille 216 einen Rillenboden 2161 und zwei Seitenwände 2162, die durch den Rillenboden 2161 verbunden sind. Die Rille 216 hat eine vorbestimmte Tiefe T, die je nach Bedarf wählbar ist. Die vorbestimmte Tiefe T liegt beispielsweise im µm-Bereich, insbesondere in einem Bereich von ca. 20 bis ca. 100 µm. Hierbei ist es nicht zwingend, dass die Rille 216 einen rechteckigen Querschnitt aufweist, wie in der speziellen Ausgestaltung von 3 gezeigt. Die Rille 216 kann zumindest an ihrem Rillenboden 2162 und/oder einer ihrer Seitenwände 2162 eine beliebige andere Ausgestaltung haben, wie beispielsweise kurvenförmig, oder zackenförmig, zahnförmig, usw. sein. Demzufolge hat die Rille 216 einen beliebigen Querschnitt, wie beispielsweise rechteckig, dreieckig, mehreckig, halbkreisförmig, halboval, usw. oder deren Kombinationen.
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Wird im Betrieb des Schweißwerkzeugs 21, das mit einer solchen Schweißelektrodenkappe 210 versehen ist, den Schweißelektroden 211, 212 ein Schweißstrom I zugeführt, bilden sich zwischen den Rillen 216, 217 Bereiche 218 größerer Stromdichte an der Kappe 210 aus. Die Stromdichte in den Bereichen 218 ist größer als bei den Rillen 21, 217. Der Übersichtlichkeit halber sind in 2 nicht alle der Bereiche 218 mit einem Pfeil gekennzeichnet.
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Durch die größere Stromdichte wird an einem Werkstück 5, 6 aus Aluminium die Aluminium-Oxidschicht besser gebrochen und dadurch die Anlegierung der Schweißelektroden 211, 212 bzw. an der Schweißelektrodenkappe 210 verringert. Dadurch können mehr Schweißvorgänge als bisher mit der Schweißelektrode 211, 212 bzw. deren Schweißelektrodenkappe 210 ausgeführt werden, bis es zum Kleben der Schweißelektrodenkappe 210 kommt. Vorzugsweise ist jede der Schweißelektroden 211, 212 mit einer Schweißelektrodenkappe 210 versehen. Je nach zu schweißenden Werkstücken ist es jedoch möglich, dass eine der Schweißelektroden 211, 212 mit einer Schweißelektrodenkappe ohne Rillen 216, 217 versehen ist, so dass nur eine der Schweißelektroden 211, 212 mit einer Schweißelektrodenkappe 210 versehen ist. Dies ist zum Schweißen von Materialkombinationen, wie beispielsweise mindestens zwei Stahlbleche mit unterschiedlichen Blechdicken und/oder Blechbeschichtungen oder mindestens zwei Aluminiumbleche mit unterschiedlichen Blechdicken und/oder Blechbeschichtungen und/oder Legierungen vorgesehen. Es sind beliebige andere Materialkombinationen denkbar.
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Die Ausgestaltung der Schweißelektrodenkappe 210 gemäß 2 und 3 führt dazu, dass ein Kleben der Schweißelektrodenkappe 210 erst nach etwa der doppelten Anzahl von Schweißvorgängen auftritt als bei einer Schweißelektrodenkappe 210 ohne die Rillen 216, 217. Somit kann das Reinigen der Elektrodenkappe 210 mit der Reinigungsvorrichtung 60 mit größeren zeitlichen Abständen ausgeführt werden, ohne dass Einbußen bei der Schweißqualität resultieren. Dies bietet eine erhebliche Verbesserung gegenüber den bisher bekannten Schweißelektrodenkappen ohne die Rillen 216, 217.
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Die Schweißelektrodenkappe 210 ist aus einem Material gefertigt, welches zum Schweißen von Aluminium geeignet ist. Insbesondere ist die Schweißelektrodenkappe 210 beispielsweise aus Kupfer-Chrom-Zirkonium (CuCrZr) gefertigt, es sind jedoch alternativ oder zusätzlich andere Materialien möglich. Die Rillen 216, 217 sind mit der Reinigungsvorrichtung 60 mit Hilfe des Bearbeitungswerkzeugs 61 beispielsweise durch Fräsen und/oder Schneiden und/oder Laserschneiden und/oder Ätzen usw. in die Schweißelektrodenkappe 210 einbringbar.
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Um das zuvor beschriebene Ausbilden der Bereiche 218 mit der größeren Stromdichte zu erreichen, sind bei der beschriebenen Ausgestaltung mindestens eine Rille 216 und mindestens eine Rille 217 vorgesehen, die quer zueinander angeordnet sind und einander zumindest T-förmig schneiden.
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4 zeigt eine Schweißelektrodenkappe 210A gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel. Bei der Schweißelektrodenkappe 210A von 4 sind Rillen 216A und/oder die Rillen 217 zumindest teilweise kurvenförmig ausgestaltet. Somit sind zwischen den Rillen 216, 216A, 217 Bereiche 218, 218A ausgebildet, die zumindest teilweise kurvenförmig begrenzt sind. Der Übersichtlichkeit halber sind in 4 nicht alle der Bereiche 218, 218A mit einem Pfeil gekennzeichnet.
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Auch die Schweißelektrodenkappe 210A gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist mit der Reinigungsvorrichtung 60 mit Hilfe des Bearbeitungswerkzeugs 61 beispielsweise durch Fräsen und/oder Schneiden und/oder Laserschneiden und/oder Ätzen usw. herstellbar.
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Mit der Schweißelektrodenkappe 210A gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel können die gleichen Vorteile erzielt werden, wie zuvor für die Schweißelektrodenkappe 210 gemäß dem vorangehenden Ausführungsbeispiel beschrieben.
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Ansonsten ist die Schweißanlage 2 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel aufgebaut, wie in Bezug auf die Schweißanlage 2 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel beschrieben.
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5 zeigt eine Schweißelektrodenkappe 210BA gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel. Bei der Schweißelektrodenkappe 210B von 5 hat mindestens eine Rille 216B und/oder mindestens eine Rille 217 mindestens eine Ecke oder sind zumindest teilweise zackenförmig ausgestaltet. Somit sind zwischen den Rillen 216, 216B, 217 Bereiche 218, 218B ausgebildet, die zumindest teilweise mindestens eine Ecke in einer der Rillen 216, 217 aufweisen oder zumindest teilweise zackenförmig begrenzt sind. Der Übersichtlichkeit halber sind in 5 nicht alle der Bereiche 218, 218B mit einem Pfeil gekennzeichnet.
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Auch die Schweißelektrodenkappe 210B gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist mit der Reinigungsvorrichtung 60 mit Hilfe des Bearbeitungswerkzeugs 61 beispielsweise durch Fräsen und/oder Schneiden und/oder Laserschneiden und/oder Ätzen usw. herstellbar.
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Mit der Schweißelektrodenkappe 210B gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel können die gleichen Vorteile erzielt werden, wie zuvor für die Schweißelektrodenkappe 210 gemäß den vorangehenden Ausführungsbeispielen beschrieben.
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Ansonsten ist die Schweißanlage 2 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel aufgebaut, wie in Bezug auf die Schweißanlage 2 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel beschrieben.
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Alle zuvor beschriebenen Ausgestaltungen der Schweißanlage 2, der Schweißelektroden 211, 212 mit deren Schweißelektrodenkappen 210, 210A, 210B, der Reinigungsvorrichtung 60 und des von ihr ausgeführten Verfahrens können einzeln oder in allen möglichen Kombinationen Verwendung finden. Insbesondere können alle Merkmale und/oder Funktionen der zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiele beliebig kombiniert werden. Zusätzlich sind insbesondere folgende Modifikationen denkbar.
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Die in den Figuren dargestellten Teile sind schematisch dargestellt und können in der genauen Ausgestaltung von den in den Figuren gezeigten Formen abweichen, solange deren zuvor beschriebenen Funktionen gewährleistet sind.
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Es ist möglich, dass die Schweißelektrodenkappen 210 der beiden Schweißelektroden 211, 212 unterschiedlich ausgestaltet sind. Hierfür können die Schweißelektrodenkappen 210 unterschiedlich viele Rillen 216, 217 haben oder Rillen 216, 217 in unterschiedlichen Anordnung haben. Hierbei sind Kombinationen aller zuvor genannten Ausführungsbeispiele und deren Modifikationen für die Schweißelektrodenkappen 210, 210A, 210B denkbar. Eine derartige Ausgestaltung des Schweißwerkzeugs 21 ist zum Schweißen von Materialkombinationen, wie beispielsweise Stahl/Aluminium denkbar.
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Die industrielle Anlage 1 weist möglicherweise anstelle des von der Vorrichtung 20 geführten Schweißwerkzeugs 21 ein Handwerkzeug auf. Die Vorrichtung 20 kann alternativ derart ausgestaltet sein, dass das Schweißwerkzeug 21 ein handgeführtes Werkzeug ist. Zusätzlich zu einer der genannten Ausführungsvarianten für das Schweißwerkzeug 21 ist es auch denkbar, dass die industrielle Anlage 1 mindestens ein weiteres Werkzeug aufweist, wie ein Schraub-, Bohr- oder Fräswerkzeug, oder Nietwerkzeug oder Schneidwerkzeug oder Toxwerkzeug oder Stanzwerkzeug.
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Optional ist die Überwachungseinrichtung 15 oder eine zusätzliche Überwachungseinrichtung extern von der Schweißsteuerung 10 angeordnet. Hierbei kann die Überwachungseinrichtung 15 beispielsweise über eine Kommunikationseinrichtung auf die Steuereinrichtung 12 und die Speichereinrichtung 13 zugreifen. Jedoch ist optional stattdessen ein direkter Zugriff auf die Speichereinrichtung 13 und/oder die Steuereinrichtung 12 möglich.
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Die Überwachung der Schweißqualität mit der Überwachungseinrichtung 15 ist optional parametrierbar. Die Parametrierung kann gemäß einer zuvor eingestellten Vorschrift abhängig von den jeweils vorliegenden Einstellungen der Schweißanlage 2 erfolgen. Alternativ ist die Parametrierung von einem Benutzer an der Bedienvorrichtung 40 vornehmbar. Ganz allgemein kann die Schweißanlage 2 ausgestaltet sein, eine Parametrierung der von der Überwachungseinrichtung 15 durchzuführenden Überwachung über die Bedienvorrichtung 40 abzufragen. Die Abfrage kann von der Überwachungseinrichtung 15 veranlasst sein. Alternativ ist die Abfrage von der Steuereinrichtung 12 veranlasst. Dadurch kann die Schärfe der Überwachung der Schweißqualität über einen Parameter an der Bedienvorrichtung 40 parametriert werden. Über diesen Parameter kann die Überwachung auch abgeschaltet werden. Die Parametrierung bezieht sich insbesondere auf ein Toleranzband für die Schweißqualität. Liegt die Schweißqualität außerhalb dieses Toleranzbands, kann die zuvor genannte Fehlermeldung 401 ausgegeben werden.
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Mit der Bedienvorrichtung 40 ist mit der Fehlermeldung 401 optional nicht nur signalisierbar, dass Maßnahmen zu treffen sind, beispielsweise einen Reinigungsvorgang der Schweißelektrodenkappen 210, 210A, 210B durchzuführen, wenn die Schweißqualität nicht mehr die vorgegebenen Kriterien erfüllt. In einer vorteilhaften Ausgestaltung umfasst die Fehlermeldung 401 auch zumindest einen Hinweis, welche Maßnahmen zu treffen sind, um den Betrieb der Schweißanlage 2 möglichst störungsfrei aufrechtzuerhalten oder möglichst schnell wieder störungsfrei einzurichten. Die Fehlermeldung 401 ist insbesondere eine optische Meldung. Die optische Meldung kann durch einen entsprechenden Code, wie beispielsweise Farben oder eine Textmeldung in Klartext den Fehler und/oder den Hinweis angeben. Der Bediener ist dann in der Lage, die notwendigen Maßnahmen rechtzeitig oder erst nach einer gewissen Toleranzphase zu ergreifen, um den Betrieb der Schweißanlage 2 in der industriellen Anlage 1 solange wie möglich mit qualitativ hochwertigen Schweißverbindungen 7 zu gewährleisten.
