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Technisches Gebiet
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Die
Erfindung betrifft die Anordnung eines Sensors, insbesondere eines
Ultraschallsensors zur Prozesssteuerung eines Schweißvorgangs.
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Insbesondere
betrifft die Erfindung ein Verbindungselement zum Verbinden einer
Elektrode mit einem Elektrodenarm einer Halterungsvorrichtung zur
Halterung von Schweißelektroden.
Ferner betrifft die Erfindung eine Halterungsvorrichtung insbesondere
einer Schweißanlage
zum Widerstandsschweißen.
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Zur
Prozesssteuerung eines Schweißvorgangs,
insbesondere zur Prozesssteuerung des Schweißvorgangs beim Widerstandspunktschweißen, hat
es sich als in sehr guter Weise nutzbar herausgestellt, den zu schweißenden Bereich
während des
Schweißvorgangs
mit Ultraschall zu durchschallen und die Schallabsorptionsrate bzw.
den nach der Durchschallung verbleibenden Restschallpegel als Steuergröße für die Prozesssteuerung
zu verwenden. Das grundlegende physikalische Verfahren hierzu ist
in der internationalen Patentanmeldeschrift WO 94/03799 beschrieben.
Wie hier ausgeführt
ist, wird der Schweißbereich
bzw. werden die Fügeteile
während
des Schweißvorgangs
mit Scher- bzw. Transversalwellen durchschallt, indem an dem Elektrodenschaft
einer ersten der beiden gegenüberliegenden Schweißelektroden
ein Ultraschallsender zum Erzeugen von Ultraschallwellen und zum
Einleiten dieser Schallwellen in den Elektrodenschaft in Richtung
des Schweißbereichs
angebracht ist. An dem Elektrodenschaft der zweiten Schweißelektrode,
die der ersten Schweißelektrode
gegenüberliegt,
ist ferner ein Empfänger
zum Empfangen des durch den Schweißbereich hindurchtretenden
Ultraschalls angeordnet. Ausgehend von dem Ultraschallsender durchläuft das
ausgesendete Ultraschallsignal als Körperschall den Elektrodenschaft
der ersten Elektrode bis hin zum Schweißgut, beispielsweise zwei miteinander
zu verschweißende
Bleche, und durchdringt dieses, um anschließend über den Schaft der zweiten
Elektrode zum Ultraschallempfänger
zu gelangen. Der empfangene Schallpegel wird hier in ein elektrisches
Signal umgewandelt und als Steuergröße zur Steuerung der Höhe des Schweißstroms,
mit dem die Schweißelektroden
beaufschlagt werden, dem Steuergerät als Eingangsgröße zugeführt.
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Hierbei
hat es sich herausgestellt, dass die Verwendung von transversalen
Ultraschallwellen oder Ultraschallwellen mit hohem Transversalanteil zur
Beurteilung des Schweißzustandes
und zur Steuerung des Schweißvorgangs
besonders gut geeignet sind. Transversale Ultraschallwellen werden
beim Durchgang durch eine Flüssigkeitslinse,
wie sie beim Schweißen
als Schweißlinse
aus dem aufgeschmolzenen Metall entsteht, besonders stark gedämpft. Somit
ist auf der Basis der Messung der Dämpfung der ausgesendeten Ultraschallintensität eine zuverlässige Aussage über die
Ausbildung und Größe der Schweißlinse möglich, die
als Regelgröße für einen Steuerprozess
zur Steuerung des Schweißvorgangs genutzt
werden kann.
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Ein
wesentliches Kriterium für
eine gute Durchführbarkeit
des Verfahrens ist neben der Verwendung geeigneter Ultraschallwellen
insbesondere auch die An der Einleitung des Schalls in die Elektrode,
die Schallausbreitung in den Elektroden und schließlich der
Empfang des Schalls. In WO 94/03799 ist der Ultraschallsender und
der Ultraschallempfänger
hierzu an den Elektrodenschäften der
Elektroden oder an den Elektrodenhaltern befestigt. Die Ultraschallsender
und -empfänger
sind hier Scherwellen-Prüfköpfe, die
Piezoelemente enthalten und bei Anregung durch eine elektrische
Spannung eine Scherbewegung ausführen
oder umgekehrt bei Anregung durch eine Scherbewegung eine Empfangsspannung
generieren. Um eine anteilig möglichst
hohe Abstrahlung der Ultraschallwellen in Richtung des Schweißgutes sowie
auch einen gerichteten Empfang der Schallwellen zu erzielen, wird
in WO 94/03799 vorgeschlagen, Vorsatzkeile unter den Sendern und
Empfängern
zu verwenden. Hierdurch wird eine Ausrichtung der Schallabstrahlung
in Richtung der Mittelachse der Elektrode erzielt.
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Nachteilig
an der aus WO 94/03799 bekannten Anordnung ist jedoch, dass die
Anordnung der Ultraschallsender und Ultraschallempfänger aufwendig zu
konzipieren und zu realisieren ist. Für jede Anwendung sind eigens
mit Sendern oder Empfängern
versehene Elektrodenhalter oder Elektroden herzustellen.
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In
der Offenlegungsschrift
DE
199 37 479 A1 ist eine Sensoranordnung beschrieben, bei
der die Sensorträger
Ausnehmungen zur Aufnahme des Senders oder Empfängers aufweisen und somit eine richtungsverbesserte
Schalleinleitung bzw. einen richtungsverbesserten Schallempfang
ermöglichen. In
gleicher Weise wie oben ausgeführt
muss jedoch jeder Sensorträger
mit einem Sender und/oder einem Empfänger ausgestattet werden.
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Um
eine Vielzahl unterschiedlich geformter Bauteile schweißen zu können, werden üblicherweise
eine Vielzahl von Elektroden unterschiedlicher Längen, Durchmesser und Formen
sowie ebenso eine Vielzahl unterschiedlicher Elektrodenhalterungen
verwendet. Dementsprechend müssen
bei Realisierung der in der
DE 199 37 479 A1 vorgeschlagenen Lösung eine
Vielzahl von Elektroden und/oder Elektrodenhalterungen mit Sendern
und Empfängern ausgestattet
und vorrätig
gehalten werden. Werden die Sender und Empfänger im Elektrodenschaft appliziert,
können
hier auch nicht mehr die handelsüblichen
Elektrodenschäfte,
die als einfache Drehteile kostengünstig herstellbar sind, verwendet
werden. Im Falle einer Beschädigung
des Elektrodenschaftes oder des Sensors muss zudem die gesamte Einheit bestehend
aus Elektrodenschaft mitsamt Sensor ausgetauscht werden.
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In
einer noch nicht veröffentlichten
deutschen Patentanmeldung des Anmelders wird hierzu vorgeschlagen,
den Sender und Empfänger
in einem ringförmigen,
längsgeschlitzten
Klemmelement anzuordnen, wobei das Klemmelement auf den zylindrischen
Elektrodenschaft einer Elektrode aufgeschoben und hier mittels Klemmung
des Längsschlitzes auf
der Elektrode festgeklemmt werden kann. Hierdurch ist es möglich, beispielsweise
die Elektrode auszutauschen, den Sender und Empfänger jedoch weiter zu verwenden,
indem dieser einfach auf eine neue Elektrode montiert wird. Umgekehrt
kann auch ein ausgefallener Sender oder Empfänger ausgetauscht, die Elektrode
jedoch weiterhin verwendet werden.
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Als
nachteilig an dieser Lösung
hat sich jedoch herausgestellt, dass eine Anbringung eines Klemmelementes
auf dem Schaft einer Schweißelektrode
oftmals aufgrund der beengten, zur Verfügung stehenden Platzverhältnisse
nicht möglich
ist oder die Schweißung
hierdurch erheblich behindert würde.
So sind in den 2 und 3 Schweißsituationen dargestellt, bei
denen der Abstand zu einem zu schweißenden Bauteil oder zu einem
die zu schweißenden
Bauteile halternden Spannelement sehr gering ist. Ein wie in der
noch nicht veröffentlichten
Patentanmeldung vorgeschlagenes, zusätzliches Klemmelement kann
hier nicht eingesetzt werden.
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Es
ist somit eine Aufgabe der Erfindung, eine Halterungsvorrichtung
zur Halterung von Elektroden, insbesondere von Schweißelektroden
zum Widerstandsschweißen,
mit einem in der Halterungsvorrichtung integrierten Sensor, insbesondere
einem Ultraschallsensor, unter Vermeidung der aus dem Stand der
Technik bekannten Nachteile zur Verfügung zu stellen. Insbesondere
liegt der Erfindung die mehrteilige Aufgabe zugrunde, einen Sensor,
insbesondere einen Ultraschallsensor so an einer Elektrodenhalterungsvorrichtung
anzuordnen, dass die Elektrode leicht austauschbar ist, während ein
und derselbe Sensor weiterverwendet werden kann. Ferner soll eine
Vergrößerung des
Bauvolumens der Gesamtanordnung durch die Anordnung des Sensors weitgehend
vermieden werden. Insbesondere soll die Anordnung des Sensors keine
Beeinträchtigung des
Schweißarbeitsbereichs
zur Folge haben. Darüber
hinaus soll der Sensor zweckmäßig mit
einem geringen Montageaufwand montierbar und demontierbar sein.
Weiterhin sollen vorteilhaft die generierten Schallwellen auch ohne
wesentliche Verluste in die Elektrode und von hier in Richtung des
Schweißgutes bzw.
der Fügeteile
geleitet werden bzw. aus der Richtung des Schweißgutes empfangen werden können.
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Diese
Aufgaben werden erfindungsgemäß durch
ein Verbindungselement zum Verbinden und/oder Fixieren einer Elektrode
mit einem Elektrodenarm einer Schweißanlage gemäß Anspruch 1 sowie eine Halterungsvorrichtung
gemäß Anspruch
11 gelöst.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung finden sich in
den Unteransprüchen.
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Das
erfindungsgemäße Verbindungselement zum
Verbinden und/oder Fixieren einer Elektrode mit einem Elektrodenarm
einer Schweißanlage,
vorzugsweise einer Widerstandsschweißanlage, umfasst neben einem
Grundkörper
einen Sensor zur Einleitung von Ultraschallwellen in die Elektrode
und/oder zum Empfang von Ultraschallwellen. Vorzugsweise handelt
es sich bei den Ultraschallwellen um transversale Ultraschallwellen
oder Ultraschallwellen mit überwiegend
transversaler Komponente, insbesondere um Scherwellen und/oder Torsionswellen.
Das erfindungsgemäße Verbindungselement
stellt somit eine Weiterbildung von aus dem Stand der Technik bekannten
Verbindungselementen dar, die im Stand der Technik zur Verbindung
einer Elektrode mit einem Elektrodenarm und/oder zur Fixierung der
Elektrode eingesetzt werden und erweitert die Funktionalität eines
solchen, aus dem Stand der Technik bekannten Verbindungselements
durch eine platzsparende Integation eines Ultraschallsensors an
oder in dem Grundkörper
des Verbindungselements. Durch die erfindungsgemäße Anordnung des Sensors in
oder an dem Grundkörper
des Verbindungselements ist es möglich,
Ultraschallwellen über
das Verbindungselement in die Elektrode oder den Elektrodenschaft
einzuleiten bzw. Ultraschallwellen aus der Elektrode oder dem Elektrodenschaft über die
Kopplung mit dem Verbindungselement zu empfangen. Der Platzbedarf
der Gesamtanordnung umfassend einen Elektrodenarm, eine Elektrode,
ein Verbindungselement und einen Sensor wird durch die erfindungsgemäße Anordnung
des Verbindungselements im Vergleich zu den aus dem Stand der Technik
bekannten Anordnungen ohne Sensoren nicht oder nur so geringfügig erhöht, dass
hieraus keine nachteiligen Einschränkungen für den Arbeitsbereich resultieren.
Auch können
bei Verwendung eines erfindungsgemäßen Verbindungselements nach
wie vor handelsübliche
Elektroden in den Elektrodenarm eingesetzt werden. Es ist keine
besondere Anpassung der jeweils eingesetzten Elektrode zur Aufnahme
oder Halterung des Ultraschallsensors erforderlich, so dass hierdurch eine
hohe Flexibilität
der gesamten Schweißanlage bei
gleichzeitig niedrigen Betriebskosten erzielt wird. Insbesondere
kann auch bei Verwendung verschiedener Elektroden ein und derselbe
Sensor zum Einsatz kommen, so dass auch hier keine kostenintensive
Bevorratung einer Vielzahl von Sensoren erforderlich ist. Neben
der Anordnung eines Sensors zur Einleitung von Ultraschallwellen
in die Elektrode und/oder zum Empfang von Ultraschallwellen, bevorzugt
von transversalen Ultraschallwellen oder Ultraschallwellen mit überwiegend
transversaler Komponente, insbesondere von Scherwellen und/oder
Torsionswellen, können
alternativ oder auch zusätzlich vorteilhaft
auch andere Sensoren in dem Verbindungselement angeordnet werden.
Jedoch ist es besonders vorteilhaft, einen Ultraschallsensor zur
Einleitung von Ultraschallwellen in die Elektrode oder zumindest
den Elektrodenschaft in oder an dem Verbindungselement anzuordnen,
da das Verbindungselement zur Fixierung der Elektrode unmittelbar
an die Elektrode angrenzt. Hierdurch ist eine gute Übertragung
der generierten Schallwellen von dem Verbindungselement in die Elektrode
sichergestellt.
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Im
Rahmen der vorliegenden Beschreibung umfasst der Begriff Sensor
sowohl einen Sender als auch einen Empfänger. Der Aufbau eines Senders entspricht
oftmals weitgehend dem eines Empfängers. Unterschiede liegen
hier oftmals nur in der nachgeschalteten Ansteuer- oder Auswerteelektronik vor.
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Auch
wird im Rahmen der vorliegenden Beschreibung der Begriff der Elektrode
im Sinne eines Elektrodenschaftes verwendet. Es ist hierbei nicht unbedingt
erforderlich, dass der Elektrodenschaft auch mit einer Elektrodenkappe
ausgestattet ist.
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Zur
Bewertung des Schweißzustandes
hat es sich als besonders zweckmäßig herausgestellt, Sensoren
zu verwenden, die transversale Ultraschallwellen oder Ultraschallwellen
mit überwiegend transversaler
Komponente, insbesondere Scherwellen und/oder Torsionswellen erzeugen
oder empfangen. Vorzugsweise werden hierzu Schallwellen mit einer
Frequenz kleiner als 1 MHz erzeugt. Besonders vorteilhaft ist es,
horizontal polarisierte Transversalwellen zu erzeugen, da diese
eine geringe Neigung zu unerwünschten
Modenumwandlungen bei Reflexionen innerhalb des schallführenden
Elektrodenhalters haben. Bei den als Ultraschallsender oder Ultraschallempfänger verwendeten
Sensoren handelt es sich vorzugsweise um sogenannte Scherwellen-Prüfköpfe. Sie
enthalten ebene und zumeist runde Piezoplatten von einigen Millimetern
bis einigen Zentimetern im Durchmesser, die bei Anregung mit einer elektrischen
Spannung eine Scherbewegung ausführen
oder umgekehrt im Empfangsfall auf eine empfangene Scherwelle mit
einer Empfangsspannung reagieren. Vorzugsweise umfasst der Sensor
auf seiner Rückseite
zumindest eine schalldämmende und/oder
reflektierende Schicht, um so eine gerichtete Abstrahlung der Schallwellen
sicherzustellen. Auch können
durch diese schalldämmende
und/oder reflektierende Schicht keine Fremdschalleinflüsse von
außen
in den Sensor vordringen und hier zu einer Verfälschung des Schallsignals führen. Des
weiteren ist es zweckmäßig, zwischen
der piezoelektrischen Schicht des Sensors und dem Verbindungselement
eine elektrisch isolierende, jedoch schallleitfähige Zwischenschicht vorzusehen.
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Zweckmäßig wird
der Sensor zur Einleitung von Ultraschallwellen in die Elektrode
und/oder zum Empfang von Ultraschallwellen auf dem Grundkörper des
Verbindungselements angeordnet. Hierbei kann der Sensor aufgeklebt
oder auch formschlüssig
gehaltert sein, wobei bei der Klebung oder anderweitigen Befestigung
auf eine gute Übertragung
der Schallwellen von dem Sensor auf das Verbindungselement zu achten
ist. Eine Klebung ist vorzugsweise mit einem so hohen Anpressdruck
vorzunehmen, dass sich nur eine kleine Klebeschichtdicke ausbildet,
die vorzugsweise deutlich geringer als eine Wellenlänge der
erzeugten Schallwellen ist.
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Besonders
zweckmäßig wird
der Sensor in einer Aussparung des Grundkörpers des Verbindungselements
angeordnet. Oftmals bietet sich zur Anordnung des Sensors eine der
Stirnseiten, vorzugsweise die dem Elektrodenarm zugewandte Stirnseite
des Verbindungselements, an. Durch eine solche Anordnung an der
dem Elektrodenarm zugewandten Stirnseite ist gleichzeitig eine in
Richtung des Schweißbereichs
gerichtete Abstrahlung der Schallwellen sichergestellt. Vorzugsweise
ist der Sensor so an dem Verbindungselement oder in dem Verbindungselement
angeordnet, dass Ultraschallwellen in etwa parallel zur Längsachse
der Elektrode oder unter einem Winkel kleiner als 20° zur Längsachse
der Elektrode in die Elektrode eingebracht werden.
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Vorzugsweise
ist das Verbindungselement als Klemmelement ausgeführt, das
so mit dem Elektrodenarm, vorzugsweise mit einer Gegenplatte des Elektrodenarms,
verbindbar ist, dass es die Elektrode mit dem Elektrodenarm in einem
Klemmsitz fixiert. Das Verbindungselement kann aber auch als Zwischenstück ausgeführt sein,
das auf einer Seite mit dem Elektrodenarm und auf einer anderen
Seite mit der Elektrode verbindbar ist.
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Zweckmäßig ist
das Verbindungselement aus einem Werkstoff hergestellt, der gleiche
oder ähnliche
akustische Eigenschaften aufweist wie ein Werkstoff der Elektrode.
Hierdurch ist ein guter Übergang
der Schallwellen von dem Verbindungselement auf die Elektrode und
umgekehrt sichergestellt. Insbesondere kommt es hierdurch zu einer
nur geringen Reflexion der Schallwellen beim Übergang von dem Verbindungselement
auf die Elektrode und umgekehrt sowie zu einer nur geringen Modenumwandlung.
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In
einem weiteren Aspekt stellt die Erfindung eine Halterungsvorrichtung
zur Halterung von Elektroden, insbesondere von Schweißelektroden
zum Widerstandsschweißen,
zur Verfügung,
wobei die Halterungsvorrichtung einen Elektrodenarm und ein mit
dem Elektrodenarm verbindbares Verbindungselement gemäß der oben
angeführten
Beschreibung umfasst.
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Üblicherweise
umfasst die Halterungsvorrichtung zweckmäßig zwei Elektrodenarme mit
jeweils einem Verbindungselement, wobei in einem der Verbindungselemente
ein Sensor zur Einleitung von Ultraschallwellen in eine Elektrode
und in dem anderen Verbindungselement ein Sensor zum Empfang von
Ultraschallwellen angeordnet ist.
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Zum
Schweißen
werden die Elektroden auf entgegengesetzten Seiten des Schweißgutes bzw. der
Fügeteile
an diesen positioniert.
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In
einer zweckmäßigen Ausgestaltung
der erfindungsgemäßen Halterungsvorrichtung
ist der Durchmesser des Elektrodenarms größer als der Durchmesser der
Elektrode und der Elektrodenarm weist an einer Stirnseite eine Öffnung zur
Aufnahme eines Abschnittes der Elektrode auf.
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Besonders
zweckmäßig weist
der Elektrodenarm eine Gegenplatte auf, die vorzugsweise als kragförmige Verlängerung
des Elektrodenarms ausgebildet ist, und mit der das Verbindungselement
zur Klemmung der Elektrode vorzugsweise mittels Verschraubung verbindbar
ist. Dies ermöglicht
eine sehr kompakte Ausführung
der erfindungsgemäßen Halterungsvorrichtung.
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In
einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform wird ein zylinderförmiger Sensor
verwendet der in einer Bohrung des Elektrodenarms oder des Verbindungselements
montiert ist. Aufgrund der Form des Sensors ist eine geringe Materialabtragung
bei dessen Montage erforderlich, wodurch die mechanische Stabilität des Elektrodenarms
bzw. Verbindungselements verbessert wird.
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Die
Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen im Zusammenhang
mit den Zeichnungen näher
erläutert.
Es zeigen:
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1 eine aus dem Stand der
Technik bekannte Anordnung eines in einem ringförmigen Aufsatzelement angeordneten
Ultraschallsensors, wobei das Aufsatzelement auf einen Elektrodenschaft
aufgeschoben ist;
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2 ein zu schweißendes Bauteil
mit einem beengten Arbeitsbereich;
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3 ein weiteres zu schweißendes Bauteil mit
einem beengten Arbeitsbereich;
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4 eine aus dem Stand der
Technik bekannte Halterungsvorrichtung zur Halterung einer Elektrode;
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5 eine erfindungsgemäß ausgeführte Halterungsvorrichtung
mit einem in einen Grundkörper
eines Klemmelements integrierten Ultraschallsensor;
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6 eine Detaildarstellung
der erfindungsgemäß ausgeführten Halterungsvorrichtung
aus 5.
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7 eine Detaildarstellung
der erfindungsgemäß ausgeführten Halterungsvorrichtung
mit einem zylinderförmigen
Sensor.
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In
den Figuren sind nur die für
das Verständnis
der Erfindung wesentlichen Elemente und Bauteile dargestellt.
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Gleiche
oder gleichwirkende Bauteile oder Elemente sind in den Figuren überwiegend
mit denselben Bezugszeichen versehen.
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Wege zur Ausführung der
Erfindung
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1 zeigt eine aus dem Stand
der Technik bekannte Anordnung eines Ultraschallsensors 13, wobei
der Ultraschallsensor 13 in ein ringförmiges Aufsatzelement 12 integriert
ist und das Aufsatzelement 12 auf den zylindrischen Elektrodenschaft
einer ersten Elektrode 10 aufgeschoben und hier festgeklemmt
ist. Das Aufsatzelement 12 wird hierzu vorzugsweise nahe
der Elektrodenkappe 11, die zuvorderst auf die Elektrode 10 aufgesteckt
ist, angeordnet, um so den Leitungsweg für die ausgesendeten Ultraschallwellen
bis hin zu den zu schweißenden Fügeteilen
möglichst
kurz zu halten. Die zu schweißenden
Füge- oder
Bauteile bzw. das Schweißgut wird
in 1 zwischen den Elektrodenkappen 11, 21 der
ersten Elektrode 10 und einer zweiten Elektrode 20 positioniert.
Um den durch das Schweißgut
hindurchtretenden Ultraschall zu empfangen, ist an der zweiten,
kegelförmig
ausgebildeten Elektrode 20 am Kegelboden ein weiterer Ultraschallsensor 23 angeordnet,
der hier als Empfänger
arbeitet.
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Wie
der Darstellung aus 1 deutlich
zu entnehmen ist, ist aufgrund der Anordnung des ringförmigen Aufsatzelements 12 der
Platzbedarf für
die erste Elektrode 10 erheblich größer als ohne Anordnung des
ringförmigen
Aufsatzelements.
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Soll
nun an solchen Bauteilen eine Schweißung durchgeführt werden,
die beispielsweise aufgrund von Hinterschneidungen oder anderen
Bauteilüberhängen nur
schwer zugänglich
sind, so kann es zu der Situation kommen, dass das ringförmige Aufsatzelement 12 an
ein Teil des zu schweißenden Bauteils
anstößt und somit
eine Schweißung
nicht möglich
ist. Hier muss das ringförmige
Aufsatzelement 12 zunächst
entfernt werden, um eine Schweißung
zu ermöglichen.
Diese Schweißung
erfolgt dann jedoch wieder ohne Prozesssteuerung auf der Basis einer
gemessenen Schallabsorption.
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2 zeigt eine solche Schweißanordnung mit
beengten Platzverhältnissen.
Neben einer Winkelelektrode 10, deren Schaft in einem 90°-Bogen verläuft, ist
hier eine Klemmung der Elektrode 10 in einem Elektrodenarm 15 als
Halterungsvorrichtung dargestellt. In der hier dargestellten Schweißanordnung
stößt die Elektrode 10 mit
der Elektrodenkappe 11 an ihrem vorderen Ende an ein zu
schweißendes Bauteil 30 an.
Bei dem dargestellten Bauteil 30 handelt es sich um ein
Winkelblech, das an seiner Rückseite
mit einem Flachblech verschweißt
werden soll. Das Winkelblech 30 wird zur Schweißung mit
einem Spannelement 35 fixiert. Wie 2 erkennen lässt, ist der Abstand zwischen
der Elektrode 10 und dem Spannelement 35 so gering,
dass hier eine zusätzliche
Anordnung eines ringförmigen
Aufsatzelementes, wie in 1 dargestellt,
nicht möglich
wäre.
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Auch
die Anordnung aus 3 zeigt
eine weitere Schweißanordnung
zum Widerstandsschweißen
eines Bauteils mit beengten Platzverhältnissen. Dargestellt sind
hier zwei Winkelbleche 30 und 31 , die in einem
rechten Winkel miteinander zu verschweißen sind, wobei insbesondere
die Schweißstelle
auf der Seite des ersten Winkelblechs 30 nur schwer zugänglich ist.
Hier wäre
es wiederum nicht möglich,
ein wie in 1 dargestelltes
Aufsatzelement zu verwenden.
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Neben
den Elektroden 10 und 20 sind in 3 auch beide Elektrodenarme 15 und 25 zur
Halterung der Elektroden zu erkennen.
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4 zeigt eine aus dem Stand
der Technik bekannte Halterungsvorrichtung zur Halterung einer Schweißelektrode 10.
Die Halterungsvorrichtung umfasst im wesentlichen einen zylindrischen
Elektrodenarm 15, an dessen vorderer Stirnseite eine Bohrung zur
Aufnahme eines Abschnittes der Elektrode 10 vorgesehen
ist. Die in die Bohrung eingesteckte Elektrode 10 wird
mittels eines Klemmstücks 16 fixiert. Hierzu
wird das Klemmstück 16 mit
einer Gegenplatte 17, die einteilig mit dem Elektrodenarm 15 ausgeführt ist
und über
die vordere Stirnseite des Elektrodenarms 15 heraussteht,
verschraubt 51, 52, wodurch es zu einer Klemmung
der Elektrode 10 kommt. Das Klemmstück 16 sichert ferner
den Elektrodenschaft 10 gegen Verdrehen und sorgt darüber hinaus
für eine
elektrische Kontaktierung zwischen dem Elektrodenarm 15 und
dem Elektrodenschaft der Elektrode 10.
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Auf
das vordere Ende der Elektrode ist ferner eine auswechselbare Elektrodenkappe 11 aufgesteckt.
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In 5 ist eine erfindungsgemäß ausgeführte Halterungsvorrichtung
dargestellt. Der Aufbau der Halterungsvorrichtung entspricht im
wesentlichen den Ausführungen
zu 4, wobei hier zusätzlich ein
Ultraschallsensor 41 in das als Klemmstück 40 ausgeführte Verbindungselement
integriert ist. 6 zeigt
eine Detaildarstellung der erfindungsgemäß ausgeführten Halterungsvorrichtung
aus 5 und insbesondere
des erfindungsgemäßen Klemmstücks 40.
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Der
Ultraschallsensor 41 ist hier in eine Materialaussparung
des Grundkörpers
des Klemmstücks 40 an
der dem Elektrodenarm 15 zugewandten Stirnseite des Klemmstücks 40 eingelassen
und hier verklebt. Ferner sind in den 5 und 6 die Leitungskabel 42 zur
Leitung der elektrischen Signale und/oder der elektrischen Versorgungsspannung dargestellt.
Das Klemmstück 40 weist
eine der Außenkontur
der Elektrode 10 bzw. des Elektrodenschaftes angepasste
Innenkontur auf und ist mittels einer Verschraubung, die hier zwei
Schrauben 51 und 52 umfasst, mit einer Gegenplatte 50 verschraubt.
Die Gegenplatte 50 ist hier als kragförmige Verlängerung des Elektrodenarms 15 einteilig
mit dem Elektrodenarm 15 ausgeführt.
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Die
Außenkonturen
des Grundkörpers
des Klemmstücks 40 sowie
des Ultraschallsensors 41 sind vorteilhaft entsprechend
der Außenkontur
des Elektrodenarms ausgeführt,
so dass sich nach dem Zusammenbau eine stufenlose Außenkontur
ergibt.
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7 zeigt auch eine Detaildarstellung
der erfindungsgemäß ausgeführten Halterungsvorrichtung
aus 5, und insbesondere
des erfindungsgemäßen Klemmstücks 40 mit
zylinderförmigem
Sensor 41.
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Infolge
der Klemmung der Elektrode 10 durch das Klemmstück 40 kommt
es zu einem unmittelbaren form- und kraftschlüssigen Kontakt des Klemmstücks 40 mit
der Elektrode 10. Schallwellen, die von dem Ultraschallsensor 41 erzeugt
werden, werden nahezu verlustlos über das Klemmstück 40 auf
den Elektrodenschaft bzw. die Elektrode 10 übertragen
und von hier zu dem Schweißgut
weitergeleitet.
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Die
Anordnung des Ultraschallsensors 41 an der dem Elektrodenarm 15 zugewandten
Stirnseite des Klemmstücks 40 ist
hierbei vorteilhaft so gewählt, dass
die Ultraschallwellen unter einem Winkel von etwa 15°–20° zur Längsachse
der Elektrode in die Elektrode eingebracht werden.
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Da
der Ultraschallsensor 41 in das Klemmstück 40 integriert ist,
benötigt
die erfindungsgemäße Vorrichtung
im Vergleich zu der Anordnung aus 1 insbesondere
im Bereich der Elektroden 10 und 20 ein geringeres
Bauvolumen. Die Elektroden 10 und 20 können somit
auch bei verwinkelten Bauteilen oder bei beengten Platzverhältnissen
aufgrund von Halterungsaufbauten oder sonstigen weiteren Bauteilen
in gut handhabbarer Weise an dem zu schweißenden Bauteil positioniert
werden. Dies bedeutet, dass bei Verwendung der erfindungsgemäßen Halterungsvorrichtung
auch schwer zugängliche Stellen
geschweißt
werden können
und gleichzeitig eine Überwachung
des Schweißvorgangs
auf der Basis der Durchleitung von Ultraschall durch die Schweißstelle
erfolgen kann.
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Auch
ist es möglich,
die zur Schweißung
verwendete Elektrode auszutauschen und durch eine Elektrode mit
anderer Geometrie zu ersetzen und hierbei weiterhin ein und denselben
Ultraschallsensor zu verwenden. Umgekehrt kann im Falle eines Defektes
des Ultraschallsensors die Elektrode weiterverwendet werden und
es ist lediglich das Klemmstück
mit dem hierin applizierten Ultraschallsensor auszutauschen.
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Ein
weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Anordnung des Ultraschallsensors
an oder in dem Verbindungselement besteht darin, dass der Sensor außerhalb
des Arbeitsbereichs angebracht ist, d.h. außerhalb desjenigen Bereichs,
in dem Störkanten auftreten,
an denen der Sensor insbesondere während des Zuführens oder
Entfernens der Elektrode anstoßen
und hierdurch zu Schaden kommen könnte.
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Ferner
unterliegt der erfindungsgemäß angeordnete
Sensor im Vergleich zu einer Positionierung des Sensors im vorderen
Bereich der Elektrode einer geringeren Verschmutzung. Auch tritt
bei einem Wechsel der Elektrodenkappen keine Abnutzung oder ein
mechanischer Verschleiß des
Sensors oder der Halterungsvorrichtung auf.
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- 10
- Elektrode
- 11
- Elektrodenkappe
- 12
- ringförmiges Aufsatzelement
- 13
- Ultraschallsensor
- 15
- Elektrodenarm
- 16
- Klemmstück
- 17
- Gegenplatte
- 20
- kegelförmige Elektrode
- 21
- Elektrodenkappe
- 23
- Ultraschallsensor
- 25
- Elektrodenarm
- 30
- Winkelblech
- 31
- Winkelblech
- 35
- Spannelement
- 40
- Klemmstück
- 41
- Ultraschallsensor
- 42
- Leistungskabel
- 45
- Sensor-Stirnseite
- 50
- Gegenplatte
- 51
- Schraube
- 52
- Schraube