DE19930485C1 - Werkzeug zum Reformieren von Schweißelektrodenkappen - Google Patents

Abstract

Vorrichtung zum Reformieren von Schweißelektrodenkappen (K1, K2), die paarweise in einer Schweißzange, mit ihren Arbeitsflächen (A1, A2) gegeneinandergerichtet, entlang einer Arbeitsachse mit einem Formwerkzeug (W), das um eine achsparallel zur Arbeitsachse ausgerichtete Werkzeugachse (A) drehend anzutreiben ist und in beiden Richtungen der Werkzeugachse (A) symmetrisch je eine formgebende Oberfläche (F1, F2) aufweist, deren Werkzeugkontur jeweils an die Oberflächen (F1, F2) anzudrücken ist, wobei diese in deren zirkularer Vorschubrichtung (V), von einer Berührungslinie (B) der Werkzeugkontur mit der Elektrodenkappenoberfläche (KO1, KO2) ausgehend, einen spitzen Winkel (beta) zu dieser aufweist. Die formgebende Oberfläche (F1, F2) besteht aus mehreren um die Werkzeugachse (A) angeordneten sektoriellen Oberflächenabschnitten (F11, F12, F13) und beim Reformieren sind die Schweißelektrodenkappen (K1, K2) mit deren Arbeitsachsen koaxial zur Werkzeugachse (A) angeordnet. Die formgebenden Oberflächen können auf drehbaren Rollen angeordnet sein.

Description

Die Erfindung betrifft Vorrichtung zum Reformieren von Schweißelektrodenkappen, die paarweise in einer Schweiß­ zange mit ihren Arbeitsflächen gegeneinandergerichtet ent­ lang einer Arbeitsachse mit einem Formwerkzeug, das um ei­ ne achsparallel zur Arbeitsachse ausgerichteten Werkzeug­ achse drehend anzutreiben ist und in beiden Richtungen der Werkzeugachse symmetrisch je eine formgebende Oberfläche aufweist, deren Werkzeugkontur in einer jeweiligen Ebene durch die Werkzeugachse und die Arbeitsachse einer Ziel­ kontur der zugehörigen Schweißelektrodenkappe entspricht, die jeweils an die formgebende Oberflächen anzudrücken ist, wobei diese bei drehend abgetriebenem Formwerkzeug in deren zirkularen Vorschubrichtung, von einer Berührungsli­ nie der Werkzeugkontur mit der Elektrodenkappenoberfläche ausgehend, einen spitzen Winkel zu dieser aufweist, so daß bis zur vollständigen Regeneration der Zielkontur eine kalte Fließverformung der Schweißelektrodenkappen erfolgt.

Ein derartiges Werkzeug ist aus der FR 936 105 bekannt. Das Werkzeug besteht aus einer Taumelscheibe mit beidsei­ tig ausgebildeten Rillen, deren Querschnitt der Zielkontur der Elektrodenkappen entsprechend profiliert sind, so daß diese mit dem Konturbereich aufgenommen werden können. Die an einer Schweißzange befindlichen, zu reformierenden Schweißelektroden werden von beiden Seiten kommend mit ei­ ner Schweißzange koaxial mit den Elektrodenarbeitsflächen zueinander gerichtet in die Rille gepreßt, und ein Drehantrieb läßt die Taumelscheibe um die Elektroden rotieren, wobei die Taumelscheibe selbst um ihren Mittelpunkt drehbar gelagert ist. Dieses Taumelwerkzeug weist eine komplizierte Lagerung um zwei Drehachsen auf, nämlich um die Werkzeugachse und die Arbeitsachse der Elektroden, und hat eine relativ weite radiale Erstreckung und damit ein großes unwuchtiges Trägheitsmoment.

Weiterhin ist aus der US 4,610,153 eine Vorrichtung zum Reformieren von Schweißelektrodenkappen bekannt, bei der eine Regeneration der Zielkontur durch eine kalte Fließverformung vorgenommen wird, indem die drehfest gehaltenen Schweißelektroden­ kappen mit ihren Arbeitsachsen koaxial zur Werkzeugdrehachse ausgerichtet sind. Das Werkzeug weist beidseitig je eine Ausnehmung auf, die vollflächig der jeweiligen Zielkontur entspricht. Mit einer solchen Vorrichtung sind nur relativ kleine Verformungen zu korrigieren, so daß jeweils nach wenigen Schweißungen ein Reformierungsarbeitsgang in den Arbeitsablauf eingeschoben werden muß.

Weiterhin ist es aus der DE 42 13 571 C2 bekannt, ein um seine Achse rotierend angetriebenes Fräswerkzeug zur spanabhebenden Formgebung einzusetzen, das koaxial entgegengesetzt gerichtete Ausnehmungen zur Aufnahme der Schweißelektroden an der Schweißzange aufweist. In die Ausnehmungen sind schneidend angestellte Fräsmesser gerichtet, deren Messerkonturen in ihren Schneidlinien jeweils der Zielkontur der Elektrode entsprechen. Die Messeroberflächen sind demgemäß, in Vorschubrichtung gesehen, mit einem stumpfwinkligen Schneidwinkel zur Elektrodenoberfläche gestellt, also rückwärts gerichtet. Die Spannabnahme führt jeweils zu einem fortschreitenden Materialverlust bei wiederholter Nacharbeit. Dieses bringt eine Elektrodenverkürzung mit sich, die beim Schweißen eine Lageänderung der Elektrodenwirkfläche zum Bauteil hervorruft. Da bei der spanabhebenden Bearbeitung die beim Schweißen an den Kontaktflächen der Elektrode entstehende Diffusionsschicht aus Material der Oberflächen-Schutzbeschichtung entfernt wird, führt das zu geringeren Standmengen. Beim Schweißen, insbesondere bei beschichteten Blechen, baut sich bereits nach wenigen Schweißungen an den Elektrodenarbeitsflächen eine sehr harte Diffusionsschicht von ca. 20 µ Dicke auf. Unmittelbar hinter dieser Schicht liegt ein Bereich geringerer Härte, der eine verstärkte Deformationsneigung aufweist. Außerdem führt jeweils bei den ersten Schweißpunkten nach einem Fräsvorgang das Diffundieren der Schutzbeschichtung vom Schweißpunkt zur Elektrode, zu einer Beeinträchtigung der Schweißqualität. Außerdem erfordern die Frässpäne eine aufwendige Beseitigung durch Preßluft oder dergleichen, wobei durch eine platzaufwendige Abschirmungen verhindert werden muß, daß Metallspäne in den Fertigungsbereich ein­ dringen und dort Maschinen und Werkstücke kontaminieren. Die Standmenge wird durch die wiederholte Fräsung be­ grenzt; das bedeutet eine erhebliche von Verlustzeit durch das Kappenwechseln in der Produktion.

Es ist Aufgabe der Erfindung, den Aufbau des eingangs be­ zeichneten spanlos arbeitenden Werkzeuges zu vereinfachen, dessen Größe zu verringern und dessen Unwucht zu beseiti­ gen.

Die Lösung besteht darin, daß die formgebende Oberfläche aus mehreren um die Werkzeugachse angeordneten sektoriel­ len Oberflächenabschnitten besteht und beim Reformieren die drehfest gehaltenen Schweißelektrodenkappen mit deren Arbeitsachsen koaxial zur Werkzeugachse angeordnet sind.

Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben.

In einer ersten sehr einfachen Ausführung ist jeweils auf beiden Werkzeugseiten die formgebende Oberfläche auf meh­ rere Teiloberflächen in Sektoren symmetrisch zur Rota­ tionsachse des Werkzeuges verteilt aufgeteilt. Diese Teil­ oberflächen sind so in der zirkularen Werkzeugvorschub­ richtung gegen die zu formende Oberfläche geneigt, daß sie diese schräg andrückend bestreichen. Mindestens jeweils der vorlaufende formgebende Oberflächenbereich ist somit tangential berührend oder in einem spitzen Winkel zur Elektrode geneigt. Durch den axialen Andruck der Elek­ troden bewirken die verjüngt zur Kappenspitze zulaufende Andruckkonturen in der Elektrodenkappe einen radial nach innen gerichteten Druckaufbau, der durch die zirkulare Be­ wegung des Werkzeuges zu einem kalten Materialfluß führt und nach und nach eine vollständige Reformierung bewirkt. Das Werkzeug hat somit in seiner Anordnung und seinem An­ trieb gewisse Ähnlichkeit mit dem Fräswerkzeug, seine De­ tailausbildung, insbesondere die stumpfen Berührungskan­ ten, und dementsprechend seine Wirkung sind jedoch völlig andersartig. Da keine Späne anfallen, ist eine aufwendige Spannentsorgung entbehrlich. Das Werkzeug ist stets ein­ satzbereit.

Da das Material der Elektrodenkappe praktisch nicht schwindet und die Reformierzeit sehr kurz ist, ist eine häufige Reformierung, z. B. jeweils nach einigen hundert Schweißpunkten, zweckmäßig vorzusehen, und dadurch befin­ det sich die Elektrode stets fast vollständig in der Ori­ ginalform. Die Schweißparameter und Schweißqualität blei­ ben dadurch praktisch konstant. Die Materialien, die beim Schweißen der ersten Schweißpunkte nach einer Neubestüc­ kung aus den Werkstückoberflächen in die Elektrodenober­ fläche diffundierten, bleiben auch beim Reformieren dort, so daß später nach dem Reformieren kein neues Material aus den nächsten Schweißpunkten aufgenommen wird und die Schweißpunktgüte und die Schutzschichtgüte stets gleich­ bleibend sind.

Der Reformiervorgang dauert jeweils wenige Sekunden und läßt sich deshalb in den Taktablauf einer Schweißstraße so einbringen, daß die Taktstraße unbehindert weiterlaufen kann. Der Roboter schwenkt von Zeit zu Zeit die Schweiß­ zange mit den Elektroden in die seitlich stehende Refor­ miervorrichtung und schwenkt sie dann weiter zum nächsten Schweißpunkt. Umgekehrt wird bei feststehender Schweißzange das Werkzeug in die Zange eingefahren.

Eine weitere Aussbildung des Werkzeuges sieht mehrere, vorzugsweise als Konturwalzen ausgebildete, Rollen vor, die sektoriell um die zentrale Werkzeugrotationsachse, die der Arbeitsachse der Elektroden entspricht, angeordnet sind und die zylindrisch ausgebildet oder oberflächlich so konturiert sind, daß jeweils deren Berührungslinie zur Elektrodenkappe der Zielkontur entspricht. Die Rollen, vorzugsweise drei an jeder Elektrodenkappe wirksam, sind frei drehbar in dem rotierenden Werkzeugkörper gelagert. Die Verlagerung der konturierten Formgebungsflächen auf die Walzen erniedrigt die Reibung und führt zu einem Walz­ vorgang bzw. Fließvorgang im Bearbeitungsbereich der Kap­ pe. Durch die dreiseitige Abstützung der Elektroden an den Rollen werden die Elektroden mit ihrer Arbeitsachse selbsttätig zur Werkzeugrotationsachse zentriert und aus­ gerichtet, wozu dem Werkzeug ein gewisses Positionsspiel in seiner Arbeitsstellung belassen wird.

Der Durchmesser der Walzen ist zweckmäßig im Mittel klei­ ner als der der Elektrodenkappen. Die Walzenachsen sind vorzugsweise gegen die Werkzeugachse angestellt, so daß der Walzdruck sich etwa senktrecht zu den schrägen Flanken des zu bearbeiteten Bereiches der Elektrokappe ausbildet.

Die Rollenkontaktflächen sind bis in den flachen Schweiß­ kontaktflächenbereich der Schweißkappe geführt, so daß sich dort kein Ringwulst ausbildet; da die Schweißqualität der Schweißlinse von dem Durchmesser und der Form der Elektrodenarbeitsfläche abhängig ist, sind deren Einhal­ tung durch die Werkzeugprofilierung sichergestellt. Die wiederholten Erwärmungen der Elektroden beim Schweißen führen zu einem Absinken der Festigkeit des Kappenmaterials. Durch die Kaltverformungen bei den Refor­ mierprozessen wird das Elektrodenmaterial jedesmal wieder gehärtet, so daß die Standmenge beim anschließenden Punkt­ schweißen erheblich erhöht wird.

Es hat sich für den Reformierungsvorgang als auch für die Werkzeugstandzeit als vorteilhaft erwiesen, die formgeben­ den Oberflächen mit einer Beschichtung aus einem Material mit einem niedrigen Reibungskoeffizienten zu versehen. Es können beispielsweise Gleitschichten bekannter Art durch Ionenimplantation, Laserbearbeitung oder strukturierte Verchromung aufgebracht bzw. eingebracht werden.

Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Fig. 1 bis 5 dargestellt.

Fig. 1 zeigt eine Aufsicht auf eine Vorrichtung erster Art;

Fig. 2 zeigt einen Axialschnitt bei angenäherter Elektro­ denkappen;

Fig. 3 zeigt eine Aufsicht auf ein Werkzeug zweiter Art;

Fig. 4 zeigt einen Anschnitt in ein Werkzeug zweiter Art transparent.

Fig. 1 zeigt eine Aufsicht auf ein Formwerkzeug W, das um seine Achse A in Lagern L in einem Halter H drehbar gela­ gert ist und von einem Motor M in der Vorschubrichtung V antreibbar ist. In dem annähernd konisch konkav vertieften Werkzeug W sind sektoriell verteilt auf der Oberfläche F1, F2 vorspringende formgebende Oberflächenabschnitte F11- F13 angeordnet, die in der Vorschubrichtung V jeweils von einer Berührungslinie 8 aus einen spitzen Winkel β zur Oberfläche der angedrückten Elektrodenkappe K1 bilden, die mit ihrem Querschnitt in der oberen Werkzeugebene strichpunktiert angedeutet ist. Aufgrund dieses Winkels findet kein Schneiden sondern ein Drücken und Fließver­ formen der Kappenoberfläche statt.

Auch die die rückwärtigen Abschnitte der formgebenden Ober­ flächenabschnitte (F11-F13) stehen von den jeweiligen Konturenberührungslinien (B) aus, entgegen der zirkularen Vorschubrichtung (v) gesehen, tangential in einem spitzen Auslaufwinkel zur jeweils zugehörigen Kappenoberfläche (KO1, KO2).

Fig. 2 zeigt einen axialen Querschnitt zu Fig. 1. Das Werkzeug W ist in den Lagern L in dem halter H gehalten. Der Motor M treibt über Zahnräder Z1, Z2 das Werkzeug W auf einem umlaufenden Zahkranz Z3 an. Es kann alternativ auch ein Zahnriemen als Antriebskoppelelement dienen.

Das Werkzeug W ist symmetrisch in beiden Richtungen der Werkzeugachse A ausgebildet und hat etwa konisch konkav ausgenommene Oberflächen F1, F2 mit den darauf ausgebilde­ ten formgebenden Oberlflächenabschnitten F21, F22. Im Zen­ trum ist eine freie Öffnung, die in ihrem Durchmesser dem der Arbeitsflächen A1, A2 der beiden Schweißelektrodenkap­ pen K1, K2 entspricht. Von den Arbeitsflächen A1, A2 er­ strecken sich die jeweils ballig zu reformierenden Profil­ flächen KO1, KO2 der Elektroden K1, K2 seitlich rückwär­ tig. Die Arbeitsflächen A1, A2 berühren sich jeweils am Ende des Reformationsvorganges, wenn die Elektrodenkappen K1, K2 voll gegeneinandergerichtet in das Werkzeug W ein­ gedrückt sind. Die Zentren der Arbeitsflächen A1, A2 decken sich mit der Lage der Werkzeugachse A.

Durch die symmetrische Anordnung der Sektoren der formge­ benden Oberfläche F11, F21 zentrieren diese das Werkzeug W, wozu der Halter H mit einem angemessenen Spiel gehalten ist.

Die Arbeitsflächen A1, A2 sind im Beispiel außermittig auf den Elektrodenkappen K1, K2 angeordnet, wie dies bei schräg eingestellten Elektroden der Fall ist, wenn sie nämlich beim Schweißen in enge Durchbrüche eingeführt werden müssen.

Fig. 3 zeigt eine weitere Ausführung des ringförmigen, drehbar gelagertn Werkzeugeinsatzes W1 in Aufsicht. Dieser ist von drei zur Achse A windschief außermittig angeordne­ ten Bohrungen B1-B3 durchsetzt, in denen jeweils eine Rolle R1-R3 gelagert ist. Der freie Innenraum des Werkzeuges W1 ist von den drei Rollen so durchsetzt, daß deren Oberlfächen oberhalb und unterhalb der im Bild tie­ ferliegenden Mittelebene jeweils etwa konische, zur Mitte mit ihren Spitzen gerichtete Bereiche symmetrisch tangie­ ren. Somit hat jede Rolle R1-R3 zwei formgebende Ober­ flächenbereich FR11, FR21; FR12, FR22; FR13, FR23.

Fig. 4 zeigt einen Ausschnitt als gläsernen Schnitt durch Fig. 3, wobei die beiden Elektrodenkappen K1, K2 koaxial eingerdrückt sind. Randseitig ist die Lagerung und der An­ triebszahnkranz zu erkennen, die wie in Fig. 1 ausgestal­ tet sein können. Die drei schrägliegenden Rollen R1-R3 berühren jeweils beide Elektroden K1, K2 in deren unteren zu reformierenden Bereich. Der zentrale Arbeitsbereich der Elektroden bleibt unberührt, wie aus Fig. 3 zu ersehen ist.

Die Lagerung der Rollen R1-R3 ist i. e. nicht darge­ stellt. Insbesondere wenn die Rollen, wie dies auch für die gleitenden formgebenden Oberflächen in der anderen Werkzeugart vorgesehen ist, mit einer reibungsmindernden Oberflächenbeschichtung versehen sind, können besondere Lager für die Rollen erübrigt werden. Die Rollen R1-R3 sind als Zylinder dargestellt. Sie sind jedoch, bedarfs­ weise dem gewünschten Elektrodenkappenprofil angepaßt, mit Ausnehmungen symmetrisch zur Mitte versehen.

Claims (7)

1. Vorrichtung zum Reformieren von Schweißelektrodenkap­ pen (K1, K2), die paarweise in einer Schweißzange mit ih­ ren Arbeitsflächen (A1, A2) gegeneinandergerichtet entlang einer Arbeitsachse mit einem Formwerkzeug (W, W1), das um eine achsparallel zur Arbeitsachse ausgerichteten Werk­ zeugachse (A) drehend anzutreiben ist und in beiden Rich­ tungen der Werkzeugachse (A) symmetrisch je eine formge­ bende Oberfläche (F1, F2) aufweist, deren Werkzeugkontur in einer jeweiligen Ebene durch die Werkzeugachse (A) und die Arbeitsachse einer Zielkontur der zugehörigen Schweiß­ elektrodenkappe (K1, K2) entspricht, die jeweils an die formgebende Oberflächen (F1, F2) anzudrücken ist, wobei diese bei drehend angetriebenem Formwerkzeug (W, W1) in deren zirkularen Vorschubrichtung (V), von einer Berüh­ rungslinie (B) der Werkzeugkontur mit der Elektrodenkap­ penoberfläche (KO1, KO2) ausgehend, einen spitzen Winkel (β) zu dieser aufweist, so daß bis zur vollständigen Rege­ neration der Zielkontur eine kalte Fließverformung der Schweißelektrodenkappen (K1, K2) erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß die formgebende Oberfläche (F1, F2) aus mehreren um die Werkzeugachse (A) angeordneten sekto­ riellen Oberflächenabschnitten (F11, F12, F13; F22; FR11, FR12, FR13; FR21, FR22, FR23) besteht und beim Reformieren die drehfest gehaltenen Schweißelektrodenkappen (K1, K2) mit deren Arbeitsachsen koaxial zur Werkzeugachse (A) an­ geordnet sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die rückwärtigen Abschnitte (F11-F13; F22) der form­ gebenden Oberflächen (F1, F2) von den jeweiligen Konturen­ berührungslinien (B) aus, entgegen der zirkularen Vor­ schubrichtung (V) gesehen, tangential oder in einem spitzen Auslaufwinkel zur jeweils zugehörigen Kappenober­ fläche (KO1, KO2) stehen.

3. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschnitte (FR11-FR13; FR21-FR23) der formgebenden Oberflächen zylindrische oder konkav konturierte Rollenoberflächen von Rollen (R1- R3) sind, die um ihre Rollenachse drehbar sind und in dem drehbaren ringförmigen Formwerkzeug (W1) um die Werkzeug­ achse (A) sektoriell gleichmäßig verteilt angeordnet sind.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Rollenachsen senkrecht oder windschief zur Werk­ zeugachse (A) angeordnet sind und jeweils beide Schweiß­ elektrodenkappen (K1, K2) bearbeitend berühren.

5. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mit jeder der Schweißelektro­ denkappen (K1, K2) jeweils drei sektorielle Oberflächenab­ schnitte (FR11-FR13; FR21-FR23) der drei Rollen (R1- R3) mit ihren radial innenliegenden Konturen die Konturen­ berührungslinien (B) gemeinsam haben.

6. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die formgebenden Oberflächen (F11-F22; FR11-FR23) jeweils mit einer Beschichtung mit einem geringen Reibwert behaftet sind.

7. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Formwerkzeug (W, W1) mit einem pneumatischen oder elektrischen Motor antriebsmäßig verbunden ist.