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Die Erfindung betrifft ein Werkzeugunterteil einer Buckelschweißvorrichtung zum manuellen, teil- oder vollautomatisierten Aufschweißen von Schweißmuttern über Löchern in Blechteilen, mit einem sich von unten durch ein Loch eines Blechteils bis in eine aufgeworfene Schweißmutter erstrecken könnenden Zentrierstift, einer diesen umgeben Verschleißelektrode mit einer oberen Auflagerfläche für ein Blechteil, einer Elektrodenaufnahme auf einem Gehäuse des Werkzeugunterteils und mit einer vertikalen Bewegungsführung des Zentrierstiftes gemäß dem Oberbegriff des ersten Patentanspruches.
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Es ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Anschweißen einer Mutter an ein gelochtes Bauteil bekannt,
DE 101 01 415 C1 , deren Vorrichtung zwar genau umgekehrt angeordnet ist, die jedoch das gleiche Problem aufweist, dass die Auflagerflächen für die Blechteile als Verschleißelektroden ausgeführt werden müssen, da sie durch die starke Erwärmung an den Kontaktstellen, durch die Presskraft und die bei den Schweißvorgängen entstehenden Verschmutzungen einem beträchtlichen Verschleiß unterliegen. Ein solcher Verschleiß beeinträchtigt jedoch die elektrische Leitfähigkeit und damit auch die Schweißqualität, sodass solche Verschleißelektroden periodisch ausgetauscht werden müssen. Solche verbrauchten Verschleißelektroden können jedoch spanend nachbearbeitet werden, wobei sich bei der Weiterverwendung dieser dann gekürzten Verschleißelektroden eine unerwünschte Distanz zwischen deren Oberfläche und dem exakten Arbeitspunkt eines Werkzeuges, dem sog. TCP (Tool Center Point) ergibt, der hier immer die Kontaktfläche der Blechunterseite darstellt. Insbesondere bei der Verarbeitung von pressgehärteten Formblechteilen besteht aber dadurch, dass diese wegen nur noch geringer Elastizität kaum noch verformbar sind, der Nachteil, dass der Schließdruck der Schweißwerkzeuge beim Schweißvorgang nicht mehr ausreicht, um Blechteile auf die Oberfläche der Verschleißelektroden zu drücken und dabei noch die geforderte Schweißqualität zu erzielen. Ein einfaches Anheben des gesamten Werkzeugunterteils mit der gekürzten Verschleißelektrode würde dabei nicht zu dem gewünschten Erfolg führen, da dann beispielsweise auch der Zentrierstift mit angehoben würde, sodass eine vollautomatisch zugeführte, insbesondere seitlich schräg von oben aufgeworfene Schweißmutter gegebenenfalls ihr Ziel verfehlen würde.
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Es ist eine Vorrichtung zum elektrischen Verschweißen von Bauteilen bekannt,
DE 20 2012 006 321 U1 , deren Ausführung die technischen Merkmale des Oberbegriffes besitzt und die ebenfalls die genannten Nachteile aufweist.
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Weiterhin ist ein Verfahren zur Steuerung des Schweißens eines Werkstücks auf der Basis einer Nullpunkteinstellung bekannt,
JP 2010 -
188 423 A , wobei das Problem der nachbearbeiteten gekürzten Verschleißelektroden mit einem solchen Verfahren nicht gelöst werden kann.
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Eine weiteres bekanntes Verfahren und eine Vorrichtung zur Erkennung von Schweißfehlern beim Widerstandsschweißen von Muttern, JP H07- 100 660 A, vernachlässigt ebenfalls nachgearbeitete verkürzte Verschleißelektroden und arbeitet bei deren Einsatz ebenfalls nicht am TCP.
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Aufgabe der Erfindung ist es, ein Werkzeugunterteil einer Buckelschweißvorrichtung zur Verfügung zu stellen, welches die oben genannten Nachteile behebt, insbesondere trotz spanend nachgearbeiteter und verkürzter Verschleißelektrode mit dieser weiterhin permanent am TCP arbeiten zu können, ohne einen Buckelschweißvorgang zu stören.
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Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich erfindungsgemäß aus den Merkmalen des Oberbegriffes in Verbindung mit den technischen Merkmalen des kennzeichnenden Teils des ersten Patentanspruches dadurch, dass das Gehäuse des Werkzeugunterteils in ein gegen ein ortsfestes Unterteil und ein dagegen höhenverstellbares Oberteil aufgetrennt ist, beide Teile durch einen Kontaktbogen stromleitend miteinander verbunden sind, der Zentrierstift über eine Kolbenstange, die durch das Oberteil hindurchgeführt ist, im Unterteil gelagert ist und dass die vertikale Lage des Zentrierstiftes unabhängig von der Position des Oberteiles ist.
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Dadurch, dass das Werkzeugunterteil nun in ein Oberteil und ein Unterteil aufgetrennt ist, lässt sich das Oberteil jeweils so weit nach oben verfahren, dass eine spanend nachgearbeitete und damit gekürzte Elektrode wieder in den Bereich des TCP gebracht werden kann, wodurch die Schweißqualität der Buckelschweißungen auch bei verkürzten Elektroden wieder vollständig gewährleistet ist. Auch die Zuführung der Schweißmutter muss nicht nachgeregelt werden, da der Zentrierstift im Unterteil gelagert ist, sodass sich die relative Lage der Spitze des Zentrierstiftes zu der Oberfläche der Verschließelektrode nach einem Anheben des höhenverstellbaren Oberteils nicht verändert.
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Ein solches erfindungsgemäßes Werkzeugunterteil ist für alle Widerstandsschweißverfahren geeignet, ebenso wie für alle Formen von Schweißmuttern und -bolzen, wie auch für alle Formen von Wechsel- und Verschleißelektroden.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des Gegenstandes der Erfindung ergeben sich mit und in Kombination aus den nachfolgenden Unteransprüchen.
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Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist für die Ausführung der Höhenverstellbarkeit des Oberteils um die Kolbenstange herum eine drehbare und längsbewegliche Verstellhülse angeordnet, die sich aus dem Unterteil in das Oberteil erstreckt, im Bereich über dem Unterteil ein Außengewinde aufweist, auf dem eine Verstellmutter angeordnet ist, die sich auf dem Unterteil abstützt, wobei die Verstellhülse in ihrem oberen Bereich einen Flanschköper aufweist, der das Oberteil des Werkzeugunterteils trägt. Durch diese erfindungsgemäße Ausführungsform wird durch die einfache Drehung der Verstellmutter eine stufenlose Verstellbarkeit des Oberteils erreicht, was weiterhin dazu führt, dass ein Abdrehen der Verschleißelektroden bedarfsgerecht, also nur soweit erfolgen muss, wie dies absolut notwendig ist, da die Ausführungsform mit einer Verstellmutter wieder eine genaue Annährung an die TCP-Linie erlaubt.
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Entsprechend einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung, sind über und unter der Verstellmutter stirnseitig flächige Gleiteinsätze angeordnet, die ein leichtes Verdrehen der Verstellmutter erlauben und so eine sehr feinfühlige Nachführung der Verschleißelektrode ermöglichen.
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Um diese Einstellbarkeit weitestgehend spielfrei halten zu können, ist die Verstellhülse im Unterteil des Werkzeugunterteils in einer Linearbuchse spielfrei geführt, sodass auch keine radialen Abweichungen der Verschleißelektrode oder des Zentrierstiftes erfolgen und der Werkzeugmittelpunkt stets an der vorgesehenen Stelle verbleibt.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Gegenstandes der Erfindung erstreckt sich ein Teil des Oberteils des Werkzeugunterteils seitlich am Unterteil auch seitlich davon geführt nach unten, wobei im Unterteil ein horizontales Gewinde eingebracht ist, in das eine Klemmschraube durch eine Durchbrechung im Oberteil hindurchgeführt ist, wobei die Klemmschraube mit einem Klemmhebel versehen ist, sodass über diesen und die Klemmschraube das Ober- und das Unterteil gegeneinander verspannbar sind, wodurch sichergestellt wird, dass eine einmal eingestellte Höhe einer Verschleißelektrode auch genau in dieser Höhe verbleibt, ohne sich durch mechanische Beeinflussungen verstellen zu können.
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Vorteilhafterweise ist des Weiteren eine Ausgestaltung der Erfindung, bei der die Kolbenstange in der Verstellhülse in ihren oberen und unteren Bereich über Linearbuchsen geführt ist, die des Weiteren aus elektrisch isolierendem Material bestehen, ebenso wie die Kolbenstange selbst und der Zentrierstift und dessen Mitnehmer. Diese Ausführung mit Lineargleitlagerbuchsen ermöglicht es, den als Keramikstift ausgebildeten Zentrierstift nach dem Schweißvorgang aus der Schweißmutter und dem Blechteil zu entformen, sodass dieses widerstandslos entnommen werden kann.
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Bevorzugterweise ist das Unterteil aus einem oberen Lagergehäuse aus elektrisch isolierenden Materialien und einem unteren Zylindergehäuse aus einem antimagnetischen Material gefertigt, welches seinerseits auf einer Kontaktplatte zur Verbindung mit einem Maschinentisch festgelegt ist, welche wiederum stromleitend ausgebildet ist, sodass über das Oberteil und das über ein Stromband angeschlossene Unterteil die Schweißströme optimal abgeleitet werden können, wobei der Kontaktbogen bzw. das Stromband aus einem Lamellenpaket einzelner Kupferbänder bestehen kann.
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Ergänzend ist im Bereich des Werkzeugunterteils der Buckelschweißvorrichtung noch ein Wegmesser zur Lagekontrolle und Positionsabfrage der Schweißmutter sowie die zugehörige elektronische Steuerung vorgesehen, sodass Fehlschweißungen auf Grund einer Fehlpositionierung vollständig ausgeschlossen werden können.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das Werkzeugunterteil ohne oder mit in das Gehäuse zurückgezogenem Zentrierstift mit seiner oberen Auflagerfläche als weiterer und höhennachführbarer Auflagerpunkt für in einer Vorrichtung abgelegte Bauteile ausgebildet.
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Nachfolgend ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand von Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigen:
- 1 eine Ansicht eines Werkzeugunterteils mit einer neuen Verschließelektrode ‚neu‘ in einer Grundposition an der TCP-Linie,
- 2 das Werkzeugunterteil der 1 mit einer nachgearbeiteten alten Verschleißelektrode ‚alt‘ in einer um ‚h‘ an die TCP-Linie nachgeführten Position,
- 3 einen Seitenansicht des Werkzeugunterteils gemäß 2 im Querschnitt entlang dessen Linie 3-3, und
- 4 eine Ausschnittsvergrößerung des Oberteils des Werkzeugunterteils der 3.
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Das Werkzeugunterteil einer Buckelschweißvorrichtung zum Aufschweißen von Schweißmuttern über Löchern in Blechteilen wie pressgehärteten Formblechteilen, besteht aus einem sich von unten durch ein Loch eines Blechteiles bis in eine aufgeworfene Schweißmutter erstrecken könnenden Zentrierstift 1, einer diesen umgebenen Verschleißelektrode 2; 3 mit einer oberen Auflagerfläche 4 für ein Blechteil und aus einer Elektrodenaufnahme 5 auf einem Gehäuse des Werkzeugunterteils mit einer vertikalen Bewegungsführung des Zentrierstiftes 1, wobei das Gehäuse des Werkzeugunterteils in ein ortsfestes Unterteil 6 und ein dagegen höhenverstellbares Oberteil 7 aufgeteilt ist und beide Teile 6; 7 durch einen Kontaktbogen 8 stromleitend miteinander verbunden sind.
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Das höhenverstellbare Oberteil 7 besteht dabei aus dem eigentlichen Elektrodenträger 26 und einer Elektrodenaufnahme 5 zur Aufnahme der Verschleißelektrode 2; 3 mit ihrer oberen Auflagerfläche 4 für ein zeichnerisch nicht dargestelltes Blechteil. In der Verschleißelektrode 2; 3 ist in einer zentrischen Bohrung der aus einer Ingenieurkeramik bestehende Zentrierstift 1 angeordnet, der eine automatisch zugeführte Schweißmutter auf einem Blechteil zentriert und nach einem Schweißvorgang durch eine Stiftziehfunktion der Kolbenstange 9 unter das Niveau der Auflagerfläche 4 bewegt wird. Der Zentrierstift 1 ist dafür über einen Mitnehmer 23 stirnseitig auf der Kolbenstange 9 festgelegt, die durch das Oberteil 7 hindurchgeführt und im Unterteil 6 gelagert ist, sodass die vertikale Lage des Zentrierstiftes 1 unabhängig von der Position des Oberteils 7 ist. Der Zentrierstift 1 weist dazu an seinem unteren Ende eine Nut 24 auf und der Mitnehmer 23 eine mit der Nut 24 korrespondierende T-Nut, deren Seitenstege 25 in die Nut 24 eingreifen, wie dies in 4 vergrößert dargestellt ist.
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Zur Höhenanpassung der Auflagerfläche 4 der Verschleißelektrode 2; 3 ist um die Kolbenstange 9 herum eine drehbare und längsbewegliche Verstellhülse 10 angeordnet, die sich aus dem Unterteil 6 in das Oberteil 7 erstreckt und die im Bereich über dem Unterteilt 6 ein Außengewinde aufweist, auf dem eine Verstellmutter 11 angeordnet ist, die sich seitlich auf dem Unterteil 6 abstützt. Die Verstellhülse 10, die im Unterteil 6 in einer Linearkugelbüchse 14 spielfrei geführt ist, weist in ihrem oberen Bereich einen Flanschkörper 12 auf, der das Oberteil 7 des Werkzeugunterteils trägt, wie dies in 3 gezeigt ist. Über und unter der Verstellmutter 11 sind stirnseitig flächige Gleiteinsätze 13 angeordnet. Hierdurch wird eine stufenlose TCP-Nachstellbarkeit von etwa 50 mm oder auch mehr verwirklicht. Durch einfaches Verdrehen der Verstellmutter 11 kann die Auflagerfläche 4 der Verschleißelektrode 2; 3 formschlüssig bis unter ein mit einer Schweißmutter zu versehendes Blechteil zugestellt werden. Dabei bleibt die Position des Zentrierstiftes 1 und damit die Position für die Mutternübergabe der Schweißmutter konstant erhalten. Eine Umdrehung der Verstellmutter 10 kann hier beispielsweise eine Höhenverstellung von 1,5 mm erzielen.
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Ein seitliches Teil 27 des Oberteils 7 erstreckt sich seitlich am Unterteil 6 und dort von diesem seitlich geführt nach unten, wobei im Unterteil 6 ein horizontales Gewinde eingebracht ist, in das durch ein Durchbrechung im Oberteil 7 hindurch eine Klemmschraube 15 eingeschraubt ist, die mit einem Klemmhebel 16 versehen ist, sodass das Oberteil 7 und das Unterteil 6 mittels des Klemmhebels 16 gegeneinander fest verspannt werden können.
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Wie aus 3 ersichtlich, ist die Kolbenstange 9 in der Verstellhülse 10 in ihrem oberen und unteren Bereichen über Lineargleitlagerbuchsen 17 geführt, die aus elektrisch isolierendem Material bestehen.
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Das Unterteil 6 besteht aus einem oberen Lagergehäuse 18 aus elektrisch isolierendem Material und aus einem unteren Zylindergehäuse 19 aus einem antimagnetischem Material, welches auf einer Kontaktplatte 20 zur Verbindung mit einem Maschinentisch festgelegt ist, die aus stromleitendem Material gefertigt ist.
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Zwischen dem nach unten führenden seitlichen Teil 27 des Oberteils 7 und der Kontaktplatte 20 des Werkzeugunterteils ist ein Kontaktbogen 8 als elektrische Verbindung vorgesehen, der als Lamellenband oder Stromband ausgeführt ist, um die hohen Schweißströme möglichst verlustfrei abzuleiten.
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Das Werkzeugunterteil ist des Weiteren mit einem zeichnerisch nicht dargestellten Wegmesssensor zur Lagekontrolle und Positionsabfrage einer Schweißmutter sowie einer zugehörigen elektronischen Steuerung ausgestattet.
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Zur Bewegung der Kolbenstange 9 ist diese in ihrem unteren Bereich mit einem Pneumatikkolben 22 ausgestattet, der zusammen mit einem Lagerdeckel 21, der von unten auf das Zylindergehäuse 19 aufgesetzt ist, eine pneumatische Kammer begrenzt, die den Zentrierstift 1 über Pneumatikanschlüsse 28 durch Unterdruck gegen die Kraft einer Rückstellfeder in das Werkzeugunterteil hineinziehen kann.
