DE102019128076B4

DE102019128076B4 - VERBESSERTE WIDERSTANDSSCHWEIßKAPPE

Info

Publication number: DE102019128076B4
Application number: DE102019128076.1A
Authority: DE
Inventors: Pei-Chung Wang; Michael J. Karagoulis; Mark O. Vann
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2019-10-17
Filing date: 2019-10-17
Publication date: 2023-03-23
Anticipated expiration: 2039-10-18
Also published as: DE102019128076A1; CN112676690B; CN112676690A

Abstract

Eine Schweißkappe (500) zum Widerstandsschweißen, umfassend:eine Nase (501);einen Mantel (502), der mit der Nase verbunden ist;eine Kühlmittelkammer (504), die konfiguriert ist, um ein Kühlmittel aufzunehmen, wobei die Nase einen Boden (505) der Kühlmittelkammer definiert;wobei die Schweißkappe ferner einen ersten Vorsprung (506) umfasst, der an dem Boden angeordnet ist;wobei sich der erste Vorsprung (506) von der Nase (501) weg und in die Kühlmittelkammer (504) erstreckt;wobei ein Querschnitt des ersten Vorsprungs (506) geformt ist, um die Wärmeabfuhr aus der Nase in das Kühlmittel zu verbessern;wobei die Schweißkappe eine erste Aussparung (508) umfasst, die den ersten Vorsprung (506) zumindest teilweise umgibt;wobei ein Querschnitt der ersten Aussparung (508) zumindest teilweise kreisförmig ausgebildet ist;wobei ein Verhältnis eines Radius (R1) des Querschnitts der kreisförmig geformten ersten Aussparung (508) und eines Innendurchmessers (512) eines Schaftes (520) der Schweißkappe (500) zwischen 0,28 und 0,36 liegt;wobei ein Verhältnis eines Radius (R2) des Querschnitts des kreisförmigen ersten Vorsprungs (506) und eines Innendurchmessers (512) eines Schaftes (520) der Schweißkappe zwischen 0,44 und 0,56 liegt;wobei der Boden (505) der Kühlmittelkammer (504) eine Welligkeitshöhe (h) definiert, die der Abstand zwischen einem tiefsten Punkt der ersten Aussparung (508) und einem höchsten Punkt des ersten Vorsprungs (506) ist;wobei ein Verhältnis der Welligkeitshöhe (h) und eines Innendurchmessers (512) eines Schaftes (520) der Schweißkappe zwischen 0,33 und 0,53 liegt;wobei die Schweißkappe eine Nasenlänge (NL) zwischen einem Mittelpunkt (516) des kreisförmigen ersten Vorsprungs (506) und einer Nasenspitze (503) der Schweißkappe definiert;wobei ein Verhältnis zwischen der Nasenlänge (NL) und einem Innendurchmesser (512) eines Schaftes (520) der Schweißkappe zwischen 0,8 und 2,8 liegt.

Description

EINFUHRUNG
Die Beschreibung bezieht sich auf eine Schweißkappe zum Widerstandsschweißen und eine Schweißelektrode mit einer solchen Schweißkappe. Insbesondere bezieht sich die Beschreibung auf eine Schweißkappe, um eine verbesserte Elektrodenkühlung und Schweißqualität zu ermöglichen.
Beim Widerstandsschweißen werden zwei oder mehr Bleche miteinander verschweißt. Schweißelektroden werden an gegenüberliegenden Seiten der Bleche angebracht und Strom wird durch die Elektroden geleitet, um die Bleche zu schweißen und zu verschmelzen und eine Punktschweißung zu bilden. Beim Widerstandsschweißen erwärmen sich die Schweißelektrode und die Schweißkappe auf erhebliche Temperaturwerte.
Die DE 198 28 798 A1 offenbart eine Elektrodenkappe einer Schweißelektrode. Eine konvex aus einer Stirnfläche eines Kühlmittelkanals hervortretende Ausformung und ein konkaver Randbereich bewirken eine Verbesserung der Strömungseigenschaften im Inneren des Kühlmittelkanals. Hierdurch kann das durch den Schweißprozeß erwärmte Kühlmittel wesentlich schneller abgeführt werden, wobei insbesondere Zonen mit geringer oder schwankender Strömungsgeschwindigkeit vermieden werden. Die Lebensdauer der so ausgeführten Elektrodenkappe kann dadurch erheblich verlängert werden, wobei zugleich die Qualität des so erzeugten Schweißpunktes verbessert wird.
Die US 2006 / 0 261 046 A1 offenbart eine Schweißelektrode, die eine Körper mit einem Schaft und einer Kontaktregion zum Platzieren gegen ein Werkstück während dem Schweißen aufweist. Ein Abschnitt des Körpers kann in einem paraboloiden Profil geformt sein. Eine Beschichtung ist auf die Kontaktregion aufgebracht. Die Beschichtung kann eine erste Schicht und eine zweite Schicht, die über der ersten Schicht aufgebracht ist. Die erste und die zweite Schicht können unterschiedliche Zusammensetzungen haben. Die Elektrode kann intern geformte Kühlrippen zur Interaktion mit einem Flüssigkeitskühlsystem aufweisen. Dementsprechend ist es wünschenswert, eine Schweißkappe und eine Schweißelektrode mit einer verbesserten Elektrodenkühlung und damit einer verbesserten Schweißqualität auszustatten. Darüber hinaus ergeben sich weitere wünschenswerte Merkmale und Eigenschaften aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung und den beigefügten Ansprüchen, in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen und dem vorstehenden technischen Bereich und Hintergrund.
BESCHREIBUNG
Eine Schweißkappe zum Widerstandsschweißen ist angegeben. Erfindungsgemäß beinhaltet die Schweißkappe eine Nase, einen mit der Nase verbundenen Mantel und eine Kühlmittelkammer, die konfiguriert ist, um ein Kühlmittel aufzunehmen. Die Nase definiert einen Boden der Kühlmittelkammer. Die Schweißkappe beinhaltet weiterhin einen ersten Vorsprung, der an dem Boden angeordnet ist. Der erste Vorsprung erstreckt sich von der Nase weg in die Kühlmittelkammer. Ein Querschnitt des ersten Vorsprungs ist so geformt, dass die Wärmeabfuhr aus der Nase in das Kühlmittel verbessert wird.
In verschiedenen Ausführungsformen ist der erste Vorsprung zumindest teilweise kreisförmig und hat eine halbkugelförmige Form.
In verschiedenen Ausführungsformen ist der erste Vorsprung auf dem Boden zentriert.
Erfindungsgemäß umfasst die Schweißkappe eine erste Aussparung (kann auch als Ausnehmung bezeichnet werden), die den ersten Vorsprung zumindest teilweise umgibt.
Erfindungsgemäß ist ein Querschnitt der ersten Aussparung zumindest teilweise kreisförmig ausgebildet.
In einer ersten Variante der Erfindung liegt ein Verhältnis eines Radius des Querschnitts der kreisförmigen ersten Aussparung und eines Innendurchmessers eines Schaftes der Schweißkappe zwischen 0,28 und 0,36.
In der ersten Variante der Erfindung liegt ein Verhältnis eines Radius des Querschnitts des kreisförmigen ersten Vorsprungs und eines Innendurchmessers eines Schaftes der Schweißkappe zwischen 0,44 und 0,56.
In der ersten Variante der Erfindung definiert der Boden der Kühlmittelkammer eine Welligkeitshöhe, die dem Abstand zwischen einem niedrigsten Punkt der ersten Aussparung und einem höchsten Punkt des ersten Vorsprungs entspricht, und ein Verhältnis der Welligkeitshöhe und einem Innendurchmesser eines Schafts der Schweißkappe liegt zwischen 0,33 und 0,53.
In der ersten Variante der Erfindung definiert die Schweißkappe eine Nasenlänge zwischen einem Mittelpunkt des kreisförmigen ersten Vorsprungs und einer Nasenspitze der Schweißkappe, und ein Verhältnis zwischen der Nasenlänge und einem Innendurchmesser eines Schaftes der Schweißkappe liegt zwischen 0,8 und 2,8.
In einer zweiten Variante der Erfindung liegt ein Verhältnis eines Radius des Querschnitts der kreisförmigen ersten Aussparung und eines Innendurchmessers eines Schaftes der Schweißkappe zwischen 0,34 und 0,44.
In der zweiten Variante der Erfindung liegt ein Verhältnis eines Radius des Querschnitts des kreisförmigen ersten Vorsprungs und eines Innendurchmessers eines Schaftes der Schweißkappe zwischen 0,42 und 0,51.
In der zweiten Variante der Erfindung definiert der Boden der Kühlmittelkammer eine Welligkeitshöhe, die dem Abstand zwischen einem niedrigsten Punkt der ersten Aussparung und einem höchsten Punkt des ersten Vorsprungs entspricht, und ein Verhältnis der Welligkeitshöhe und einem Innendurchmesser eines Schafts der Schweißkappe liegt zwischen 0,42 und 0,58.
In der zweiten Variante der Erfindung definiert die Schweißkappe eine Nasenlänge zwischen einem Mittelpunkt des kreisförmigen ersten Vorsprungs und einer Nasenspitze der Schweißkappe, und ein Verhältnis zwischen der Nasenlänge und einem Innendurchmesser eines Schaftes der Schweißkappe liegt zwischen 0,62 und 2,5.
In verschiedenen Ausführungsformen beinhaltet die Schweißkappe einen zweiten, an dem Boden angeordneten Vorsprung. Der zweite Vorsprung erstreckt sich von dem Boden weg in die Kühlmittelkammer. Ein Querschnitt des zweiten Vorsprungs ist zumindest teilweise kreisförmig ausgebildet. Der zweite Vorsprung ist kreisförmig um den ersten Vorsprung angeordnet und ist von dem ersten Vorsprung beabstandet.
In verschiedenen Ausführungsformen ist der zweite Vorsprung äquidistant von dem ersten Vorsprung entfernt.
In verschiedenen Ausführungsformen fällt ein Mittelpunkt des zweiten Vorsprungs mit einem Mittelpunkt des ersten Vorsprungs zusammen.
In verschiedenen Ausführungsformen beinhaltet die Schweißkappe eine zweite Aussparung, die den zweiten Vorsprung zumindest teilweise umgibt.
Eine Schweißelektrode zum Widerstandsschweißen ist angegeben. Die Schweißelektrode beinhaltet eine Schweißkappe, einen Schaft und eine Kühlmittelzufuhr, die sich durch den Schaft erstreckt, um der Schweißkappe Kühlmittel zuzuführen. Die Schweißkappe beinhaltet eine Nase, einen Mantel, der mit der Nase verbunden ist, und eine Kühlmittelkammer, die konfiguriert ist, um ein Kühlmittel aufzunehmen. Die Nase definiert einen Boden der Kühlmittelkammer. Der Mantel umschließt den Schaft zumindest teilweise. Die Schweißkappe beinhaltet weiterhin einen ersten Vorsprung, der auf dem Boden angeordnet ist. Der erste Vorsprung erstreckt sich von der Nase weg in die Kühlmittelkammer. Ein Querschnitt des ersten Vorsprungs ist so geformt, dass die Wärmeabfuhr aus der Nase in das Kühlmittel verbessert wird.
Figurenliste
Die exemplarischen Ausführungsformen werden im Folgenden in Verbindung mit den folgenden Zeichnungen beschrieben, wobei gleiche Bezugsziffern gleiche Elemente bezeichnen und wobei:

1 ist eine nach dem Stand der Technik bekannte Seitenansicht einer Schweißelektrode und eines Kühlmittelzufuhrrohres;
2 ist eine nach dem Stand der Technik bekannte Seitenansicht einer Schweißelektrode;
3 ist eine Seitenansicht einer Schweißkappe gemäß einer Ausführungsform;
4 ist eine schematische Seitenansicht einer Schweißkappe gemäß einer anderen Ausführungsform; und
5 ist eine schematische Draufsicht auf eine Schweißkappe aus 4.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Die folgende detaillierte Beschreibung ist lediglich exemplarischer Natur und soll die Anwendung und Verwendung nicht einschränken. Darüber hinaus besteht keine Absicht, an eine geäußerte oder implizierte Theorie gebunden zu sein, die im vorhergehenden technischen Bereich, Hintergrund, kurzen Beschreibung oder der folgenden detaillierten Beschreibung dargestellt wird.
Es wird nun ausführlich auf mehrere Ausführungsformen der Offenbarung verwiesen, die in beiliegenden Zeichnungen dargestellt sind. Wenn immer möglich, werden in den Zeichnungen und der Beschreibung dieselben oder ähnliche Referenznummern verwendet, um sich auf dieselben oder ähnliche Teile oder Schritte zu beziehen. Die Zeichnungen sind in vereinfachter Form und nicht maßstabsgetreu. Aus Gründen der Bequemlichkeit und Übersichtlichkeit können in Bezug auf die Zeichnungen Richtungsbegriffe wie oben, unten, links, rechts, oben, über, darüber, unter, unterhalb, hinten und vorne verwendet werden. Ebenso sind die Begriffe „vorwärts“, „hinten“, „innere“, „nach innen“, „äußere“, „nach außen“, „darüber“ und „darunter“ Begriffe, die in Bezug auf die Ausrichtung der Elemente, wie sie in den Zeichnungen dargestellt sind, verwendet werden. Diese und ähnliche Richtungsbegriffe sind nicht so auszulegen, dass sie den Umfang der Offenbarung einschränken.
Räumlich relative Begriffe, wie „innere“, „äußere“, „darunter“, „unterhalb“, „tiefer“, „über“, „darüber“ und dergleichen, können hier zur besseren Beschreibung verwendet werden, um die Beziehung eines Elements oder Merkmals zu einem anderen Element oder einer anderen Eigenschaft, wie in den Abbildungen dargestellt, zu beschreiben. Räumlich relative Begriffe können so angelegt sein, dass sie neben der in den Abbildungen dargestellten Ausrichtung auch unterschiedliche Ausrichtungen des verwendeten oder betriebenen Gerätes umfassen. Wenn beispielsweise die Vorrichtung in den Figuren umgedreht wird, würden die als „darunter“ oder „unterhalb“ beschriebenen Elemente oder Merkmale dann „über“ den anderen Elementen oder Merkmalen ausgerichtet. Die Vorrichtung kann anders ausgerichtet sein (um 90 Grad gedreht oder in anderen Ausrichtungen) und die hierin verwendeten räumlich relativen Deskriptoren entsprechend interpretiert werden.
Gemäß 1 ist eine Schweißelektrode nach dem Stand der Technik im Allgemeinen dargestellt und mit 10 referenziert und beinhaltet einen Schaft 12, eine Schweißkappe 14 und ein Kühlmittelzufuhrrohr 15. Der Schaft 12 ist entsprechend an einem Schweißgerät befestigt, das nicht dargestellt ist. Die Schweißkappe 14 ist vorzugsweise aus Kupfer oder einer Kupferlegierung und beinhaltet eine Kappenspitze 16, die gegen ein Werkstück 17 gedrückt wird, bestehend aus einem Paar von Platten, die miteinander verschweißt werden sollen. Eine gegenüberliegende Elektrode 19 wird gegen die gegenüberliegende Seite des Werkstücks 17 gedrückt. Die Schweißkappe 14 beinhaltet auch einen zylindrischen Mantel 18, der sich von der Kappenspitze 16 erstreckt und den Schaft 12 eng umschließt. Der Mantel 18 ist als Pressung auf den Schaft 12 dargestellt, kann aber alternativ auch Gewinde haben, die auf Gegengewinde am Schaft 12 aufgeschraubt sind, die aber nicht dargestellt sind. Wie in 1 zu sehen ist, weist die Kappenspitze 16 eine Seite 22 (kann auch als Boden bezeichnet werden) auf, die mit dem Mantel 18 und mit dem Schaft 12 zusammen fungiert, um eine Kühlmittelkammer 24 zu bilden. Das Kühlmittelzufuhrrohr 15 erstreckt sich durch die Mitte des Schaftes 12 und in die Kühlmittelkammer 24. Das Kühlmittelzufuhrrohr 15 weist ein erstes Ende (kann auch als oberes Ende des Rohres bezeichnet werden) 30 auf, das von dem Boden 22 der Kappenspitze 16 entfernt ist. Das Kühlmittelzufuhrrohr 15 hat ein zweites Ende, das als unteres Ende des Rohres bezeichnet werden kann. Es versteht sich, dass das untere Ende des Kühlmittelzufuhrrohres 15 an eine Kühlmittelpumpe oder eine andere Quelle für druckbeaufschlagtes Kühlmittel angeschlossen ist, die nicht dargestellt ist. Kühlmittel fließt nach oben (wenn die Elektrode wie in 1 dargestellt ausgerichtet ist) durch das Kühlmittelzufuhrrohr 15, um ein konstantes Kühlmittelfluss durch die Kühlmittelkammer 24 bereitzustellen, und dann nach unten durch den Raum zwischen dem Schaft 12 und dem Zufuhrrohr 15 zu einer Ablauföffnung 34. So ist zu verstehen, dass der Kühlmittelfluss durch die Elektrodenanordnung 10 die Wärme von der Schweißkappe 14 und dem Schaft 12 wegleitet. Es ist auch zu verstehen und geschätzt, dass die Schweißkappe 14 aus einer bestimmten Masse von Kupfer oder einer Kupferlegierung besteht, die als Wärmespeichermedium dient, bis die Wärme aus der Elektrode 10 in den Strom des zirkulierenden Kühlmittels übertragen wird.
Unter Bezugnahme auf 2 ist eine weitere Elektrode nach dem Stand der Technik dargestellt, die einen Schaft 312, eine Schweißkappe 314 mit einer Bohrung 340 und ein Kühlmittelzufuhrrohr 315 beinhaltet. Die Schweißelektrode von 2 weist einen konischen Vorsprung 372, der von der Bohrungsendwand 344 wegragt und über dem oberen Ende 330 des Kühlmittelzufuhrrohrs 315 liegt, auf. Es wird verstanden und geschätzt, dass das durch das Kühlmittelzufuhrrohr 315 ansteigende Kühlmittel durch Auftreffen auf den konischen Vorsprung 372 umgeleitet wird, so dass der Fluidstrom auf die Endwand 344 und die Bohrungsseitenwand 342 umgeleitet wird.
3 zeigt schematisch einen Querschnitt durch eine Schweißkappe 500 gemäß einer Ausführungsform. Die Schweißkappe beinhaltet eine Nase 501 mit einer Nasenlänge 514. Die Nasenlänge 514 entspricht dem Abstand zwischen der Spitze 503 der Nase und dem Mittelpunkt 516 des ersten Vorsprungs 506. Die Spitze 503 der Nase wird durch die Außenfläche der Schweißkappe definiert, d.h. die Oberfläche, die als Schweißfläche fungiert, die während eines Schweißprozesses mit dem Werkstück 17 in Kontakt steht (1).
Die Schweißkappe 500 beinhaltet einen Mantel 502, der mit der Nase 501 verbunden ist, so dass eine Kühlmittelkammer 504 entsteht. Der Mantel 502 und die Nase 501 können aus dem gleichen Material, z.B. Kupfer, bestehen, und der Mantel 502 und die Nase 501 sind vorzugsweise einteilig.
Der erste Vorsprung 506 und die erste Aussparung 508 sind an dem Boden 505 der Kühlmittelkammer angeordnet.
Der erste Vorsprung 506 erstreckt sich von dem Boden 505 der Kühlmittelkammer 504 nach oben, d.h. der erste Vorsprung erstreckt sich von dem Boden 505 weg und ist ein erhöhter Abschnitt des Bodens 505, wobei die Höhenrichtung der Längsrichtung der Schweißkappe entspricht. Die Längsrichtung entspricht der Längsachse 510.
Wie in 3 zu sehen ist, ist der Querschnitt des ersten Vorsprungs 506 kreisförmig mit einem Mittelpunkt 516 und die Außenfläche des Querschnitts des ersten Vorsprungs 506 definiert mindestens einen Teil eines Kreises mit dem Radius R2 um den Mittelpunkt 516. Der erste Vorsprung 506 ist kein Vollkreis. Vielmehr ist die Außenfläche des ersten Vorsprungs 506 ein Kreisbogen. Obwohl 3 einen ersten Vorsprung 506 mit einem kreisförmig geformten Querschnitt zeigt, können alternative Ausführungsformen der Schweißkappe einen ersten Vorsprung mit einer Außenfläche mit einer Reihe von ebenen Flächen umfassen, die eine ähnliche Form definieren wie in 3 dargestellt.
Die Außenfläche des ersten Vorsprungs 506 geht in die erste Aussparung 508 über. Die erste Aussparung 508 ist eine Vertiefung oder ein Hohlraum in dem Boden 505 der Kühlmittelkammer und umschließt den ersten Vorsprung 506. Der Querschnitt der ersten Aussparung 508 ist zumindest teilweise kreisförmig mit dem Radius R1 um den Mittelpunkt 518. In der in 3 dargestellten Ausführungsform ist die Außenfläche des Querschnitts des ersten Vorsprungs 506 mit dem Radius R2 gekrümmt, die Oberfläche des Querschnitts der ersten Aussparung 508 mit dem Radius R1, und die Außenfläche des ersten Vorsprungs 506 geht in die Oberfläche der ersten Aussparung 508 über. Die Krümmung der Oberfläche des ersten Vorsprungs und die Krümmung der Oberfläche der ersten Aussparung hängen vom Radius R2 bzw. R1 ab.
Die Welligkeitshöhe h der Boden 505 der Kühlmittelkammer ist definiert durch die Höhendifferenz zwischen dem untersten Punkt der ersten Aussparung 508 und dem obersten Punkt des ersten Vorsprungs. Der Innendurchmesser 512 des Schaftes wird durch zwei vertikale gestrichelte Linien angezeigt. Die vertikalen gestrichelten Linien sind von der Innenfläche des Mantels beabstandet. Der Abstand zwischen der Innenfläche des Mantels und den vertikalen gestrichelten Linien entspricht der Dicke der Schaftwand, wenn diese mit der Schweißkappe montiert ist (siehe 1, 4).
Die hierin beschriebene Schweißkappe kann insbesondere zum Schweißen von Stahl, Aluminium, Magnesium oder ungleichen Materialien wie Aluminium-Stahl verwendet werden. So wird beispielsweise die Schweißkappe zum Schweißen von Stapeln aus Stahl mit einer Gesamtdicke von 8 mm und Aluminium-Stapeln mit einer Gesamtdicke von 9 mm verwendet. Eine Überhitzung und Verschlechterung der Elektrode kann zu einer schlechten Schweißqualität und zum Verkleben der Kappe mit dem Werkstück führen. Die Schweißkappe hat eine optimierte Elektrodengeometrie und kann auf verschiedene Größen von Schweißkappen angewandt werden. Die beschriebene Elektrodengeometrie verbessert die Elektrodenkühlung und senkt dadurch die Betriebstemperatur der Kappe, wodurch das Anhaften der Zange beim Widerstandsschweißen gemildert wird. Insbesondere die Form des ersten Vorsprungs 506 und der ersten Aussparung 508 sorgen für eine verbesserte Wärmeabfuhr und Wärmeabfuhr von der Nase der Schweißkappe, so dass die Temperatur der Schweißkappe während und unmittelbar nach dem Schweißen reduziert wird.
Bezogen auf 3 für eine sogenannte Elektrode der Größe 2 (z.B. ca. 16 mm Außendurchmesser) können die Verhältnisse der einzelnen Abmessungen der Schweißkappe beispielsweise wie folgt sein: $R1 / IR = 0,28 - 0,36;$
$R2 / IR = 0,44 - 0,56;$
$h / IR = 0,33 - 0,53;$
$NL / IR=0,8 - 2,8 .$
Diese vier Verhältnisse definieren die Größe und Form der Schweißkappe. Wert a) ist das Verhältnis zwischen dem Radius R1 des Querschnitts der ersten Aussparung 508 und dem Innenradius IR des Schaftes. Wert b) ist das Verhältnis zwischen dem Radius R2 des Querschnitts des ersten Vorsprungs 506 und dem Innenradius IR des Schaftes. Wert c) ist das Verhältnis zwischen der Welligkeitshöhe h und dem Innenradius IR des Schaftes. Der Wert d) ist das Verhältnis zwischen der Nasenlänge NL und dem Innenradius IR des Schaftes.
Als alternatives Beispiel können für eine sogenannte Elektrode der Größe 3 (z.B. 19- oder 20-mm Außendurchmesser) die Verhältnisse der einzelnen Abmessungen der Schweißkappe wie folgt sein: $R1 / IR = 0,34 - 0,44;$
$R2 / IR = 0,42 - 0,51;$
$h / IR = 0,42 - 0,58;$
$NL / IR=0,62 - 2,5 .$
4 zeigt eine schematische Schnittansicht einer Schweißelektrode 10. Die Schweißelektrode 10 beinhaltet eine Schweißkappe 500 und einen Schaft 520 mit einer Kühlmittelzufuhr 515, beispielsweise ein Kühlmittelzufuhrrohr, die innerhalb des Schaftes 520 angeordnet ist. Die Schweißkappe 500 ist so angeordnet, dass der Mantel 502 in den Schaft 520 eingreift, z.B. durch Reibschluss oder Formschluss. Der Mantel 502 und der Schaft 520 können einen Abschnitt mit Gewinde oder einen konischen Abschnitt (nicht dargestellt) beinhalten, um die Verbindung zwischen diesen beiden Elementen herzustellen.
Wie in 4 dargestellt, ist die Kühlmittelzufuhr 515 innerhalb des Schaftes 520 angeordnet. Die Kühlmittelzufuhr kann so angeordnet sein, dass ihr Ablaufende 522 zum Boden 505 der Kühlmittelkammer der Schweißkappe zeigt. Das Kühlmittel wird von der Kühlmittelzufuhr 515 in die Kühlmittelkammer und zum Boden 505 geleitet, siehe vertikaler Pfeil in der Kühlmittelzufuhr. Wie bereits in 1 dargestellt und erläutert, strömt das Kühlmittel aus der Kühlmittelzufuhr zum Boden der Kühlmittelkammer und strömt innerhalb des Schaftes und außerhalb der Kühlmittelzufuhr in die entgegengesetzte Richtung, d.h. weg von dem Boden, um die Wärme von der Nase der Schweißkappe wegzuleiten.
Die besondere Geometrie und Form des Bodens der Kühlmittelkammer ermöglicht eine verbesserte Kühlung der Schweißkappe durch einen verbesserten Wärmefluss von der Schweißkappe zum Kühlmittel innerhalb der Kühlmittelkammer.
Wie in 4 exemplarisch dargestellt, beinhaltet der Boden einen ersten Vorsprung 506, der von einer ersten Aussparung 508 umgeben ist. Der Boden beinhaltet weiterhin einen zweiten Vorsprung 507, wobei die erste Aussparung 508 zwischen dem ersten Vorsprung 506 und dem zweiten Vorsprung 507 positioniert ist. Eine zweite Aussparung 509 umschließt den zweiten Vorsprung 507.
Der zweite Vorsprung 507 weist einen kreisförmigen Querschnitt auf, ähnlich der Form des Querschnitts des ersten Vorsprungs 506. Die Krümmung des zweiten Vorsprungs 507 kann den gleichen Radius aufweisen wie die Krümmung des ersten Vorsprungs 506. Die Höhe des ersten und zweiten Vorsprungs, d.h. das Niveau der Spitze des ersten und zweiten Vorsprungs, kann gleich sein. Es ist jedoch auch möglich, dass die Spitze des zweiten Vorsprungs 507 niedriger ist als die Spitze des ersten Vorsprungs 506, d.h. der vertikale Abstand zwischen dem Ablaufende 522 der Kühlmittelzufuhr und der Spitze des ersten Vorsprungs 506 ist kleiner als der vertikale Abstand zwischen dem Ablaufende 522 und der Spitze des zweiten Vorsprungs 507. Ebenso kann die Spitze des zweiten Vorsprungs 507 höher sein als die Spitze des ersten Vorsprungs 506.
Die Form des Bodens 505, insbesondere der abgerundete Querschnitt des ersten Vorsprungs 506 (und etwaiger zusätzlicher Vorsprünge, von denen nur ein zusätzlicher Vorsprung dargestellt ist, nämlich der zweite Vorsprung 507) und der ersten Aussparung 508 (und etwaiger zusätzlicher Aussparungen, von denen nur eine zusätzliche Aussparung dargestellt ist, nämlich die zweite Aussparung 509), ermöglichen eine verbesserte Kühlmittelströmung und Verteilung des Kühlmittels entlang des Bodens, so dass der Wärmeaustausch zwischen der Nase der Schweißkappe und dem Kühlmittel optimiert wird.
Es wird darauf hingewiesen, dass der Boden 505 der Kühlmittelkammer mehrere Vorsprünge und Aussparungen aufweisen kann, die nach dem in 4 dargestellten Schema angeordnet sind. Der erste Vorsprung 506 ist von der ersten Aussparung 508 umgeben. Zusätzliche Vorsprünge, wie der zweite Vorsprung 507, und Aussparungen, wie die zweite Aussparung 509, umgeben den ersten Vorsprung 506 und die erste Aussparung 508 konzentrisch, wobei ein zusätzlicher Vorsprung zwischen zwei Aussparungen angeordnet ist und umgekehrt. Eine Ausnahme gilt jedoch für die äußerste Aussparung, die nicht zwischen zwei Vorsprüngen angeordnet ist. Obwohl 4 zeigt, dass die zweite Aussparung 509 das äußerste Element auf dem Boden 505 ist, kann der Boden so gestaltet sein, dass ein Vorsprung das äußerste geometrische Element auf dem Boden ist.
So wird beispielsweise die Kühlmittelzufuhr 515 unter Bezugnahme auf den Boden so positioniert, dass das Ablaufende 522 in Bezug auf den ersten Vorsprung 506 zentriert ist. Darüber hinaus bietet die Geometrie und Form des Bodens 505 eine vergrößerte Fläche des Bodens, so dass sowohl der Fluidstrom als auch die Wärmeübertragung optimiert werden.
Der vertikale Abstand 524 zwischen dem Ablaufende 522 der Kühlmittelzufuhr 515 und dem Boden 505, insbesondere der Spitze des ersten Vorsprungs 506, kann variieren. Dieser Abstand kann umso größer sein, je mehr Vorsprünge und Aussparungen auf dem Boden 505 vorhanden sind. Mit anderen Worten, je größer der Innendurchmesser des Schaftes, desto größer ist der Abstand zwischen dem Ablaufende 522 und dem Boden 505.
5 zeigt eine schematische Querschnittsansicht von oben auf der Ebene der gestrichelten Linie A-A' in 4. Daher wird im Folgenden ein Schnitt durch den ersten Vorsprung 506 und den zweiten Vorsprung 507 mit Bezug auf 5 beschrieben.
Der erste Vorsprung 516 hat in der in 5 dargestellten Draufsicht eine kreisförmige Form. Die Kreisform des ersten Vorsprungs 506 weist einen Mittelpunkt 516 auf. Es wird darauf hingewiesen, dass die Kreisform in der Draufsicht von der in 3 und 4 dargestellten Seitenschnittansicht beschriebenen Kreisform abweichen kann. Der in 5 dargestellte Mittelpunkt 516 ist der gemeinsame Mittelpunkt für die in der Schnittansicht von 5 dargestellten Kreise. In der Ausführungsform von 3 dient der Mittelpunkt 516 als Mittelpunkt des kreisförmigen Abschnitts des ersten Vorsprungs 506. Die Krümmung, d.h. der Radius der Kreise in der Draufsicht von 5 und der Radius des kreisförmigen Abschnitts des ersten Vorsprungs in der Seitenansicht von 3, können jedoch unterschiedlich sein, obwohl diese Kreise den gleichen Mittelpunkt haben können.
Der Mittelpunkt 516 kann in Bezug auf das Ablaufende 522 der Kühlmittelzufuhr 515 zentriert sein (4).
In der Draufsicht von 5 hat die erste Aussparung 508 die Form eines Rings, der den ersten Vorsprung 506 umgibt. Die erste Aussparung 508 ist ein Kreis, der den gleichen Mittelpunkt 516 wie der erste Vorsprung 506 aufweist.
In der Draufsicht von 5 hat der zweite Vorsprung 507 die Form eines Rings und umschließt die erste Aussparung 508. So sind beispielsweise in der Draufsicht des in 5 dargestellten Bodens 505 die erste Aussparung 508 und der zweite Vorsprung 507 konzentrische Ringe mit dem Mittelpunkt 516.
Schließlich umschließt die zweite Aussparung 509 konzentrisch den zweiten Vorsprung 508. Die zweite Aussparung 509 grenzt an den Mantel 502 oder eine Außenwand der Schweißkappe oder -nase.
Während sich die in den Zeichnungen dargestellten und vorstehend mit Bezug auf die Zeichnungen beschriebenen Ausführungsformen auf Buchsenkappen beziehen, ist zu beachten, dass die Prinzipien der Konstruktion der hierin beschriebenen Kappen auch für Stiftkappen zum Widerstandsschweißen gelten. Insbesondere das Design der ersten und zweiten Vorsprünge und der ersten und zweiten Aussparungen kann sowohl für die weibliche (Buchsenkappe) als auch für die männliche Kappe (Stiftkappe) gelten.
Darüber hinaus können die hierin beschriebenen Kappen in allen Klassen und Formen von Elektroden zum Widerstandsschweißen, Buckelschweißen und sogenannten Arplas-Schweißen verwendet werden.
Obwohl in der vorstehenden ausführlichen Beschreibung mindestens eine exemplarische Ausführungsform vorgestellt wurde, ist zu beachten, dass es eine Vielzahl von Varianten gibt. Es ist auch zu beachten, dass die exemplarische Ausführungsform oder die exemplarischen Ausführungsformen nur Beispiele sind und nicht dazu dienen, den Umfang, die Anwendbarkeit oder die Konfiguration der Offenbarung in irgendeiner Weise einzuschränken. Vielmehr wird den Fachleuten durch die vorstehende detaillierte Beschreibung eine komfortable Anleitung zur Umsetzung der exemplarischen Ausführungsform oder der exemplarischen Ausführungsformen zur Verfügung gestellt. Es ist zu verstehen, dass verschiedene Änderungen in der Funktion und Anordnung der Elemente vorgenommen werden können, ohne vom Umfang der Offenbarung, wie sie in den beigefügten Ansprüchen und deren rechtlichen Entsprechungen dargelegt sind, abzuweichen.

Claims

Eine Schweißkappe (500) zum Widerstandsschweißen, umfassend: eine Nase (501); einen Mantel (502), der mit der Nase verbunden ist; eine Kühlmittelkammer (504), die konfiguriert ist, um ein Kühlmittel aufzunehmen, wobei die Nase einen Boden (505) der Kühlmittelkammer definiert; wobei die Schweißkappe ferner einen ersten Vorsprung (506) umfasst, der an dem Boden angeordnet ist; wobei sich der erste Vorsprung (506) von der Nase (501) weg und in die Kühlmittelkammer (504) erstreckt; wobei ein Querschnitt des ersten Vorsprungs (506) geformt ist, um die Wärmeabfuhr aus der Nase in das Kühlmittel zu verbessern; wobei die Schweißkappe eine erste Aussparung (508) umfasst, die den ersten Vorsprung (506) zumindest teilweise umgibt; wobei ein Querschnitt der ersten Aussparung (508) zumindest teilweise kreisförmig ausgebildet ist; wobei ein Verhältnis eines Radius (R1) des Querschnitts der kreisförmig geformten ersten Aussparung (508) und eines Innendurchmessers (512) eines Schaftes (520) der Schweißkappe (500) zwischen 0,28 und 0,36 liegt; wobei ein Verhältnis eines Radius (R2) des Querschnitts des kreisförmigen ersten Vorsprungs (506) und eines Innendurchmessers (512) eines Schaftes (520) der Schweißkappe zwischen 0,44 und 0,56 liegt; wobei der Boden (505) der Kühlmittelkammer (504) eine Welligkeitshöhe (h) definiert, die der Abstand zwischen einem tiefsten Punkt der ersten Aussparung (508) und einem höchsten Punkt des ersten Vorsprungs (506) ist; wobei ein Verhältnis der Welligkeitshöhe (h) und eines Innendurchmessers (512) eines Schaftes (520) der Schweißkappe zwischen 0,33 und 0,53 liegt; wobei die Schweißkappe eine Nasenlänge (NL) zwischen einem Mittelpunkt (516) des kreisförmigen ersten Vorsprungs (506) und einer Nasenspitze (503) der Schweißkappe definiert; wobei ein Verhältnis zwischen der Nasenlänge (NL) und einem Innendurchmesser (512) eines Schaftes (520) der Schweißkappe zwischen 0,8 und 2,8 liegt.
Eine Schweißkappe (500) zum Widerstandsschweißen, umfassend: eine Nase (501); einen Mantel (502), der mit der Nase verbunden ist; eine Kühlmittelkammer (504), die konfiguriert ist, um ein Kühlmittel aufzunehmen, wobei die Nase einen Boden (505) der Kühlmittelkammer definiert; wobei die Schweißkappe ferner einen ersten Vorsprung (506) umfasst, der an dem Boden angeordnet ist; wobei sich der erste Vorsprung (506) von der Nase (501) weg und in die Kühlmittelkammer (504) erstreckt; wobei ein Querschnitt des ersten Vorsprungs (506) geformt ist, um die Wärmeabfuhr aus der Nase in das Kühlmittel zu verbessern; wobei die Schweißkappe eine erste Aussparung (508) umfasst, die den ersten Vorsprung (506) zumindest teilweise umgibt; wobei ein Querschnitt der ersten Aussparung (508) zumindest teilweise kreisförmig ausgebildet ist; wobei ein Verhältnis eines Radius (R1) des Querschnitts der kreisförmig geformten ersten Aussparung (508) und eines Innendurchmessers (512) eines Schaftes (520) der Schweißkappe (500) zwischen 0,34 und 0,44 liegt; wobei ein Verhältnis eines Radius (R2) des Querschnitts des kreisförmigen ersten Vorsprungs (506) und eines Innendurchmessers (512) eines Schaftes (520) der Schweißkappe zwischen 0,42 und 0,51 liegt; wobei der Boden (505) der Kühlmittelkammer (504) eine Welligkeitshöhe (h) definiert, die der Abstand zwischen einem tiefsten Punkt der ersten Aussparung (508) und einem höchsten Punkt des ersten Vorsprungs (506) ist; wobei ein Verhältnis der Welligkeitshöhe (h) und eines Innendurchmessers (512) eines Schaftes (520) der Schweißkappe zwischen 0,42 und 0,58 liegt; wobei die Schweißkappe eine Nasenlänge (NL) zwischen einem Mittelpunkt (516) des kreisförmigen ersten Vorsprungs (506) und einer Nasenspitze (503) der Schweißkappe definiert; wobei ein Verhältnis zwischen der Nasenlänge (NL) und einem Innendurchmesser (512) eines Schaftes (520) der Schweißkappe zwischen 0,62 und 2,5 liegt.
Die Schweißkappe (500) nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Querschnitt des ersten Vorsprungs (506) zumindest teilweise kreisförmig ausgebildet ist und der erste Vorsprung eine halbkugelförmige Form aufweist.
Die Schweißkappe (500) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der erste Vorsprung (506) auf dem Boden (505) zentriert ist.
Eine Schweißelektrode (10), umfassend eine Schweißkappe (500) nach einem der Ansprüche 1 bis 4; einen Schaft (520); eine Kühlmittelzufuhr (515), die sich durch den Schaft (520) erstreckt und konfiguriert ist, um Kühlmittel an die Schweißkappe (500) zuzuführen.