DE19955691C2 - Verfahren und Vorrichtung zum Widerstandsschweissen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Widerstandsschweißen von Werkstücken, insbesondere von Blechen.

In der Praxis werden beim Widerstandsschweißen die Bleche werden zwischen den Elektroden einer Schweißzange geschweißt, wobei die Elektroden von der Schweißzange mit einer vorgegebenen Kraft gegen die Bleche gepreßt werden. Hierbei werden die Bleche vor dem Schweißvorgang und vor Einschalten des Schweißstromes zunächst mit einer hohen Elektrodenkraft zusammengepreßt. Ziel dieser Maßnahme ist es, im Interesse der Reproduzierbarkeit die bisher nicht beherrschbaren veränderlichen Widerstands komponenten, insbesondere die Übergangswiderstande, durch eine hohe Elektrodenkraft zu verringern und einen weitgehend konstanten elektrischen Gesamt-Widerstand zu erzeugen, auf den die Schweißenergie eingestellt wird. Dieses Vorgehen führt zu einem niedrigen Widerstand mit entsprechend geringer Schweißspannung und hohen Schweißströmen. Beim Schweißen ist die aufgebrachte Elektrodenkraft konstant, wobei die Schweißzange ggf. beim Aufschmelzen der Werkstücke nachsetzt. Die vorbekannte Technik ist zwar weitgehend zuverlässig, bietet aber noch keine optimalen Ergebnisse hinsichtlich Energieeinsatz und Reproduzierbarkeit.

Ein weiterentwickeltes Verfahren nebst Vorrichtung mit den Merkmalen im Oberbegriff des Verfahrens- und Vorrichtungshauptanspruchs sind aus der DE 43 02 457 A1 bekannt. Sie offenbart eine Punktschweißzange nebst Betätigungselement mit einer Regelung, die es erlaubt, die Elektrodenkraft während des Schweißvorgangs zu verändern. Hierbei soll die Elektrodenkraft unter Berücksichtigung eines vorgegebenen Sollwertes optimal nachgeregelt, d. h. konstant gehalten werden. In Fig. 2 ist ein Diagramm für die Elektrodenkraft über dem Schweißstrom dargestellt. Dieses gibt den zwischen Spritz- und Klebegrenze liegenden nutzbaren Schweißbereich an, in dem sich die Elektrodenkraft und der zugehörige Schweißstrom zu halten haben. Die Entgegenhaltung enthält keine Aussage, ob sich der Sollwert der Elektrodenkraft vor und während des Schweißvorgangs verändert und auch keine Offenbarung zu den Ein- und Ausschaltzeiten des Schweißstromes. Sie lehrt insbesondere keine gegenseitige Abhängigkeit und keine gegenseitige Steuerung der Sollwerte von Elektrodenkraft und Schweißstrom.

Die DE 43 23 148 A1 zeigt eine Widerstandsschweißvorrichtung mit einem piezo-keramischen Aktuator als Zusatzantrieb, der ein Verändern der Elektrodenkraft ermöglicht. Hierbei geht es um eine schlagende Wirkung und um einen Rütteleffekt der Elektroden, mit der die Aluminiumoxid-Schutzschicht zerstört werden soll. Um den gewünschten Effekt zu erreichen, muss es sich um ein hochfrequentes Klopfen handeln. Die Schrift enthält keine Angaben über den beanspruchten speziellen Elektrodenkraftverlauf und die von der Elektrodenkraft abhängigen Ein- und Ausschaltzeiten des Schweißstroms.

Ähnliches gilt für die DE 197 38 647 A1, die sich mit der vorrichtungstechnischen Seite eines Zusatzantriebes für eine Schweißzange befasst. Bemessungsgrößen und Abhängigkeiten für die Elektrodenkraft sind hier nicht angegeben.

Die Literaturstelle Deutscher Verband für Schweißtechnik e. V.: "DVS-Merkblätter Widerstandsschweißtechnik", Bd. 68, Teil III, Düsseldorf, DVS-GmbH, 1981, S. 59-63 befasst sich mit dem Schrittnahtschweißen. Beim Schrittnahtschweißen geht es vor allem um den schnellen Wechsel von Verzögern und Beschleunigen der Drehbewegungen der Rollenelektrode. Auch die im Abschnitt 5.4.5 angesprochenen Strom- und Kraftprogramme, beziehen sich auf das Schrittnahtschweißen und die entsprechenden Drehbewegungen der Rollenelektrode.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die vorbekannte Widerstandsschweißtechnik zu verbessern.

Die Erfindung löst diese Aufgabe mit den Merkmalen im Verfahrens- und Vorrichtungshauptanspruch.

Während des Schweißens und während der Einschaltdauer des Schweißstromes wird die Elektrodenkraft bewußt verändert. Durch diese veränderliche Kraft können Höhe und Verlauf des elektrischen Gesamt-Widerstands zwischen den Elektroden während des Schweißens gezielt verändert und ausgenutzt werden. Je höher der erzielbare Widerstand ist, desto geringer ist der erforderliche Schweißstrom bei gleichbleibender Schweißgüte bzw. Schweißlinsendurchmesser. Zudem können in Abhängigkeit vom Verlauf des Widerstands bzw. der Elektrodenkraft die Schweißspannnung bzw. der Schweißstrom und/oder die Schweißzeit verändert werden. Hierdurch läßt sich der elektrische Energieeinsatz optimieren, wobei insbesondere die Stromhöhe verringert und Energie gespart werden können.

Zum Schweißen werden niedrige Ströme bevorzugt, die sich auch gezielter einsetzen lassen. Zudem ergibt sich eine noch bessere Reproduzierbarkeit der Schweißergebnisse. Insbesondere korellieren die Schweißlinsendurchmesser qualitativ gut mit den Widerstandswerten. Trotz geringerer Schweißströme kann die erforderliche Schweißqualität besser und sicherer eingehalten werden. Ein besonderer Vorteil liegt auch in einem deutlich verringerten Bauaufwand der Schweißvorrichtung, die dann auf die niedrigeren Schweißströme ausgelegt werden kann. Die Komponenten der Schweißeinrichtung können kleiner und leichter werden. Auch der Kühlungsaufwand wird verringert. Dementsprechend werden Preis und Wirtschaftlichkeit verbessert.

Für die Veränderung der Elektrodenkraft während des Schweißens gibt es verschiedene Möglichkeiten, wobei außerdem ein Vor- und Nachpressen eingesetzt wird. Der Schweißstrom wird im fallenden Kraftbereich eingeschaltet. Die Schweißzeit dauert über das Kraftminimum hinweg bis zum wieder ansteigenden Kraftbereich. Hierbei verändert sich der ohmsche Widerstand in einer im wesentlichen gegenläufigen Form zum Kraftverlauf. Der Einschaltpunkt für den Schweißstrom kann dabei entlang des fallenden Kraftbereichs nach oben und unten verschoben werden, wobei sich entsprechend geänderte Widerstandsverläufe einstellen. Vorzugsweise wird dabei mit Konstantstrom geschweißt, was aber nicht sein muss.

Die Elektrodenkraft wird auch in der Anpressphase vor dem Schweißen verändert. Dies beugt z. B. unerwünschten stick-slip-Effekten vor und hat auch andere prozesstechnische Vorteile. Gute Ergebnisse haben sich mit einem harmonischen Schwingungsverlauf und insbesondere einer sinusförmigen oder sinusähnlichen Elektrodenkraftveränderung gezeigt. Günstig sind hierbei Schweißzeiten von ca. 80 ms und eine Frequenz des Kraftverlaufs von ca. 4 Hz. Auch ein Nachpressen hat schweißtechnische Vorteile, z. B. einen Nachschmiede-Effekt. Alternativ können statt einfacher periodischer Schwingungen gezielt kompliziertere Kraftprogramme gefahren werden. Die Elektrodenkraft kann außerdem nicht nur gesteuert, sondern über eine geeignete Meßeinrichtung online gemessen und geregelt werden.

Die Einschaltpunkte für den Schweißstrom und der Schweißbeginn können in der einfachsten Form empirisch ermittelt werden und lassen sich bei vorgegebenem Schwingungsverhalten der Elektrodenkraft nach der Zeit steuern. In einer komfortableren Ausführungsform kann auch die gemessene Elektrodenkraft zur Steuerung der Schweißenergie, d. h. zum Einschalten des Schweißstromquelle und zur Steuerung des Schweißstroms bzw. der Schweißspannung und/oder der Schweißzeit herangezogen werden. Im weiteren sind hierbei auch eine Regelung der Parameter bzw. Schweißenergie und eine Prozessüberwachung möglich. In einer weiteren Variante kann der Kraft- oder Spannungsverlauf während des Schweißens überwacht werden, um einem drohenden Spritzen des Schweißbades durch Stromverringerung oder auf andere Weise entgegenzuwirken.

Die Schweißvorrichtung ist mit einer Betätigungsvorrichtung und einer Steuerung oder Regelung ausgerüstet, die eine Veränderung der Elektrodenkraft während des Schweißvorganges und auch vor dem Schweißen in einem vorgegebenen und steuerbaren oder regelbaren Kraftverlauf ermöglichen. Die veränderliche Elektrodenkraft kann je nach Ausgestaltung der Widerstandsschweißvorrichtung über die Schließeinrichtung einer Schweißzange oder über ein oder mehrere separate Elektrodenantriebe zur Einzelverstellung der Elektroden aufgebracht werden. Für eine verbesserte Steuer- und Regeltechnik kann die Widerstandsschweißvorrichtung ein oder mehrere Meßeinrichtungen für die Elektrodenkraft aufweisen.

Aus den Unteransprüchen ergeben sich weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung.

Die Erfindung ist in den Zeichnungen beispielsweise und schematisch dargestellt. Im einzelnen zeigen:

Fig. 1: eine schematische Darstellung einer Widerstandsschweißvorrichtung,

Fig. 2 bis 4: verschiedene Diagramme für Schweißzeit, Elektrodenkraftverlauf und Verläufen von Widerstand bzw. Spannung,

Fig. 5 bis 7: mehrere Diagramme für verschiedene Kraftprogramme und

Fig. 8: ein Diagramm für Widerstandsverläufe.

Fig. 1 zeigt in einer Schemadarstellung eine Widerstandsschweißvorrichtung (1) zum Schweißen von zwei Metallblechen (3, 4). Die Widerstandsschweißvorrichtung (1) ist als bewegliche Schweißzange (2) ausgebildet, die an den Zangenarmen (2) Elektroden (5, 6) trägt. Die Elektroden (5, 6) werden durch eine Betätigungsvorrichtung (9, 10) gegen die plan aufeinanderliegenden Bleche (3, 4) mit einer bestimmbaren Elektrodenkraft (18) angepresst. Durch die Elektrodenkraft (18) werden auch die Bleche (3, 4) zusammengedrückt.

Die Betätigungsvorrichtung (9, 10) besitzt eine Steuerung (19) und kann unterschiedliche Elektrodenkräfte (18) erzeugen. Fig. 1 zeigt hierfür zwei mögliche Bauformen der Betätigungsvorrichtung (9). Diese kann einerseits als Schließeinrichtung (9) zum Öffnen und Schließen der Zangenarme (7, 8) ausgebildet sein. Über die Schließeinrichtung (9) werden dann die Elektroden (5, 6) mit der gewünschten Elektrodenkraft (18) an die Bleche (3, 4) gedrückt.

Alternativ oder zusätzlich kann die Betätigungsvorrichtung (10) als eigenständiger Elektrodenantrieb (10) ausgebildet sein, der die Elektroden (5, 6) axial bewegt und die gewünschte Elektrodenkraft (18) aufbringt. Der Elektrodenantrieb (10) kann beispielsweise als Spindel, hydraulischer oder pneumatischer Zylinder oder in beliebig anderer geeigneter Weise ausgebildet sein. Er befindet sich beispielsweise am Ende der Zangenarme (7, 8). Ein Elektrodenantrieb (10) kann für ein oder beide Elektroden (5, 6) vorhanden sein.

Die Widerstandsschweißvorrichtung (1) besitzt ferner noch eine mit einer Steuerung (nicht dargestellt) versehene Schweißstromquelle (11), die den erforderlichen Schweißstrom erzeugt und den Elektroden (5, 6) zuleitet. Die Steuerung der Schweißstromquelle (11) ist mit der Steuerung (19) der Betätigungsvorrichtung(en) (9, 10) verbunden.

Die Widerstandsschweißvorrichtung (1) kann ferner eine Meßeinrichtung (20) zur Ermittlung der Elektrodenkraft (18) vor und während des Schweißens besitzen. Diese Meßeinrichtung (20) ist beispielsweise als eine mit den Elektroden (5, 6) oder dem Elektrodenantrieb (10) verbundene Kraft- oder Druckmeßeinrichtung ausgebildet. Die Meßeinrichtung (20) ist mit der Steuerung (19) der Betätigungsvorrichtungen (9, 10) und ggf. auch mit der Steuerung der Schweißstromquelle (11) verbunden.

Fig. 8 verdeutlicht in einem Diagramm den Verlauf des elektrischen Widerstandes zwischen den Elektroden (5, 6) über der Zeit. Die Kurve (23) repräsentiert den Widerstandsverlauf beim Schweißen mit konstanter Elektrodenkraft gemäß Stand der Technik. Der elektrische Widerstand [R] zwischen den Elektroden (5, 6) setzt sich zusammen aus der Summe der Kontaktwiderstände oder Übergangswiderstände zwischen den Elektroden (5, 6) und den benachbarten Werkstücken (3, 4), dem Übergangswiderstand zwischen den Werkstücken (3, 4) und den einzelnen Stoffwiderständen der Elektroden (5, 6) und der Werkstücke (3, 4). Zu Beginn beim Ansetzen der Elektroden (5, 6) an die Werkstücke (3, 4) ist der elektrische Widerstand [R] aufgrund der hohen Übergangs- oder Kontaktwiderstände vor Einebnung der Oberflächenrauhigkeiten maximal. Er sinkt dann durch die Wirkung der Elektrodenkraft und des Schweißstromes rapide und stark ab bis zu einem Minimum, das die Plastifizierungsphase an den Werkstücken (3, 4) charakterisiert. Anschließend steigt der Widerstand [R] dann wieder mit zunehmender Temperatur an.

Mit der Erfindung wird angestrebt, den elektrischen Widerstand [R] zwischen den Elektroden (5, 6) in der Höhe und im Verlauf zu beeinflussen und ihn vorzugsweise möglichst groß zu halten. Hierbei wird z. B. ein Widerstandsverlauf entsprechend der Kurve 24 in Fig. 8 angestrebt. Hierbei wird gezielt der Effekt ausgenutzt, daß die Größe des elektrischen Widerstandes [R] von der einwirkenden Elektrodenkraft (18) abhängt und von dieser beeinflußbar ist.

Mit der gezeigten Widerstandsschweißvorrichtung (1) wird zumindest während der Schweißzeit die Elektrodenkraft (18) verändert. Eine veränderliche Elektrodenkraft (18) kann auch vor und nach der Schweißzeit als Vorpreßphase (21) oder Nachpreßphase (22) vorhanden sein. Die Betätigungsvorrichtungen (9, 10) werden hierzu entsprechend angesteuert.

Die Diagramme von Fig. 2 bis 4 zeigen verschiedene Möglichkeiten für die Zuordnung der Elektrodenkraft (18) und der Schweißzeit, in der der Schweißstrom auf die Elektroden (5, 6) geschaltet ist. Hierbei wird an jedem Schweißpunkt an den Blechen (3, 4) jeweils einmal mit durchgehender Schweißzeit geschweißt.

Die Elektrodenkraft (18) ändert sich mit einem Kraftverlauf (12) bzw. einer Kraftkurve über der Zeit, die in den Ausführungsbeispielen von Fig. 2 bis 4 als periodische harmonische Schwingung und insbesondere als sinusähnliche oder sinusförmige Schwingung ausgebildet ist. Die Frequenz der Kraftkurve (12) kann beliebig gewählt werden und liegt im gezeigten Ausführungsbeispiel bei ca. 4 Hz. Die Dauer einer Schwingung entspricht demgemäß 250 ms.

Der Schweißstrom wird in allen drei Ausführungsbeispielen während eines fallenden Elektrodenkraftbereichs (14) eingeschaltet. Die Einschaltpunkte sind dabei in unterschiedlicher Weise entlang des fallenden Elektrodenkraftbereiches (14) nach oben und unten verschoben. Vor dem Schweißen werden die Elektroden (5, 6) in einer Vorpreßphase (21) an die Bleche (3, 4) angesetzt, wobei die Elektrodenkraft (18) zunächst bis zu einem Maximum erhöht wird und dann in den besagten Kraftbereich (14) abfällt.

In den Ausführungsbeispielen dauert die Schweißzeit vorzugsweise ca. 80 ms. Hierbei wird mit einem vorzugsweise zumindest weitgehend konstanten Strom geschweißt, der von der entsprechend geregelten Schweißstromquelle (11) zur Verfügung gestellt wird. Dabei ist die erforderliche elektrische Schweißenergie im wesentlichen vom Verlauf des ohmschen Widerstandes [R] zwischen den Elektroden (5, 6) und den Blechen (3, 4) abhängig. Mit der veränderlichen Elektrodenkraft (18) wird dieser Widerstandsverlauf (13) in der nachfolgend näher beschriebenen Weise beeinflußt. Der Widerstandsverlauf (13) gibt beim Schweißen mit Konstantstrom auch im wesentlichen den zugehörigen Verlauf Verlauf der Schweißspannung in den Diagrammen wieder.

Im Ausführungsbeispiel von Fig. 2 ist die Schweißzeit im wesentlichen symmetrisch zum Kraftverlauf (12) im Bereich von dessen Minimum (15). Der Schweißstrom wird im unteren Teil des fallenden Kraftbereichs (14) eingeschaltet, dauert über das Minimum (15) des Kraftverlaufs (12) hinweg und wird beim anschließend wieder steigenden Kraftbereich (16) ausgeschaltet. Hierbei ergibt sich ein Widerstandsverlauf (13), der nach einem anfänglichen steilen Abfall eine im wesentlichen gegensätzliche Kurve zum Kraftverlauf (12) während der Schweißzeit beschreibt. Je niedriger die Elektrodenkraft (18) in der Anfangsphase bei den noch nicht plastifizierten Werkstücken (3, 4) ist, desto höher ist der elektrische Widerstand [R] zwischen den Elektroden (5, 6). Bei maximaler Elektrodenkraft (18) ergibt sich ein minimaler Widerstand [R].

Der Widerstand [R] ist zu Beginn der Schweißzeit schon relativ groß und steigt mit der fallenden Elektrodenkraft (18) dann noch weiter an. Beim Minimum (15) der Elektrodenkraft (18) hat der Widerstand [R] in etwa sein Maximum erreicht und fällt dann über den steigenden Kraftbereich (16) wieder ab. Qualitativ entsprechend des Widerstandsverlaufs (13) ändert sich die Schweißspannung. Der Schweißstrom bleibt durch die Konstantstromregelung im wesentlichen gleich, wobei er sich durch den hohen Widerstand [R] und die hohe Schweißspannung in einer relativ niedrigen Höhe im Vergleich mit konventioneller Schweißtechnik bewegen kann.

Verglichen mit einer Referenzschweißung bei gleichem Schweißstrom und ohne veränderliche Elektrodenkraft (18) ergibt sich bei dem erfindungsgemäßen Schweißverfahren eine größere Schweißlinse im Kontakt- und Schweißbereich der Bleche (3, 4). Dies bedeutet bei gleichem Strom eine höhere Schweißqualität und -güte. Andererseits ist zur Erzeugung gleich großer Schweißlinsen mit dem erfindungsgemäßen Schweißverfahren ein niedrigerer Schweißstrom und/oder eine kürzere Schweißzeit als beim bekannten und üblichen Verfahren erforderlich. Die Einsparung kann sich im Bereich von ca. 30% gegenüber dem Stand der Technik bewegen.

Im Ausführungsbeispiel von Fig. 3 liegt der Beginn der Schweißzeit früher als in Fig. 2. Die Schweißzeit beginnt im oberen Teil des fallenden Kraftbereichs (14) kurz nach Überschreiten des vorhergehenden Maximums (17). Die Schweißzeit dauert bis in den Bereich des Minimums (15) des Elektrodenkraftverlaufs (12) an. Hierbei ergibt sich durch die relativ hohe Elektrodenkraft (18) nach dem anfänglichen steilen Abfall ein Widerstand [R], der niedriger als im Ausführungsbeispiel von Fig. 2 ist. Der Widerstandsverlauf (13) steigt zunächst flacher und dann ab etwa Mitte des fallenden Kraftbereichs (14) stärker an. Gegen Ende des fallenden Kraftbereichs (14) vor dem Minimum (15) wird der Anstieg wieder flacher. Der Widerstandsverlauf (13) beschreibt in etwa eine liegende S-Kurve. Auch hier ergeben sich größere Schweißlinsen bzw. ein bei gleichem Linsendurchmesser geringerer Energiebedarf als beim konventionellen Widerstandsschweißen.

In der Variante von Fig. 4 beginnt die Schweißzeit am Ende des fallenden Kraftbereichs (14) vor oder im Bereich des Minimums (15) und dauert über das Minimum (15) hinweg bis gegen Ende des steigenden Kraftbereichs (16). Das Schweißzeitende liegt vorzugsweise vor Erreichen des nächsten Maximums (17) im Kraftverlauf (12). Bei dieser Variante ist der Widerstand [R] verglichen mit den beiden vorherigen Beispielen nach dem anfänglichen steilen Abfall am größten. Der Widerstandsverlauf (13) steigt zunächst steil an und hat etwa im Bereich des Kraft-Minimums (15) sein Widerstands-Maximum. Anschließend fällt der Widerstand (13) über den steigenden Kraftbereich (16) flacher ab. Auch hier ergeben sich die ähnlichen Vorteile hinsichtlich Schweißlinsendurchmesser und Energieeinsparung wie bei den beiden vorherigen Ausführungsbeispielen. Insbesondere zeigt sich in unerwarteter Weise, daß der Widerstand [R] in der Plastifizierungsphase der Werkstücke (3, 4) durch eine Steigerung der Elektrodenkraft (18) erhöht werden kann.

In allen drei Varianten hat sich außerdem gezeigt, daß die Schweißergebnisse beim Schweißen mit veränderlicher Elektrodenkraft (18) eine hohe Reproduzierbarkeit zeigen. Die Schweißqualität und das Schweißverhalten ändern sich von Schweißpunkt zu Schweißpunkt kaum, auch wenn sich bei den verschiedenen Schweißpunkten unterschiedliche Schweißbedingungen durch variierende Oberflächenbeschaffenheiten und Unebenheiten oder andere Toleranzen der Bleche (3, 4) einstellen.

Die gewünschten Einschaltpunkte für den Schweißstrom können in unterschiedlicher Weise bestimmt werden. Zum einen ist eine Steuerung in Abhängigkeit von der Zeit ab einem für die veränderliche Elektrodenkraft relevanten Zeitpunkt, z. B. Blechkontakt der Elektroden (5, 6) und Beginn des Kraftverlaufs (12). Hierbei werden zunächst einige Probeschweißungen mit unterschiedlichen Startzeiten ab diesem genannten relevanten Zeitpunkt für die Elektrodenkraft (18) durchgeführt. Über eine Qualitätsprüfung werden die beste Probeschweißung und die zugehörige Startzeit ermittelt. Mit dieser Startzeit wird dann auch im Serienbetrieb geschweißt.

In einer Variante ist es möglich, die Elektrodenkraft (18) über die Meßeinrichtung (20) während des Prozesses laufend online zu ermitteln und zu speichern. Auch hier können Probeschweißungen zu unterschiedlichen Zeitpunkten und entsprechend unterschiedlichen aktuellen Elektrodenkraftwerten durchgeführt werden. Über eine Qualitätsprüfung läßt sich wiederum die beste Probeschweißung und der hierfür maßgebliche Elektrodenkraftwert ermittelt. Die Steuerung des Schweißstroms erfolgt dann über die Elektrodenkraft (18). Bei Erreichen des gewünschten Kraftwertes wird der Schweißstrom eingeschaltet.

In analoger Weise kann auch die Dauer und das Ende der Schweißzeit festgelegt werden. Unter Umständen kann die Schweißzeit variabel sein. Hierbei läßt sie sich beispielsweise in Abhängigkeit vom Kraftverlauf (12) bestimmen. Bei Vorliegen ausreichender Erfahrungen kann ferner auf Probeschweißungen verzichtet werden. Über eine Technologie-Datenbank können die für die gegebenen Blechpaarungen und Schweißbedingungen benötigten Kraft- und Stromwerte direkt gesteuert und geschaltet werden. Eine solche Technologie-Datenbank kann mit einer entsprechenden umfassenden und computergestützten Steuerung in die Widerstandsschweißvorrichtung (1) integriert sein.

Die Ausführungsbeispiele von Fig. 2 bis 4 geben den Kraftverlauf (12) qualitativ wieder. Die zugehörigen Zahlenwerte können je nach Blechpaarung und Schweißbedingung variieren. In dem Minima (15) kann die Elektrodenkraft (18) abweichend von den gezeigten Diagrammen auch bis auf "0" oder einen sehr kleinen Kraftwert sinken.

In Abwandlung von den gezeigten Ausführungsbeispielen kann außerdem der Schweißstrom während der Schweißzeit verändert werden. Dies kann z. B. geschehen, um ein Spritzen zu unterdrücken. Die in den Diagrammen dargestellten Verläufe (12, 13) sind Mittelwertsverläufe. Bei kurzfristigen Einbrüchen der Elektrodenkraft (18) oder der Schweißspannung, die eine solche Spritzgefahr signalisieren, kann der Schweißstrom kurzfristig gesenkt werden. Alternativ oder zusätzlich kann auch die Elektrodenkraft (18) kurzfristig und in Abweichung vom normalen Kraftverlauf (12) erhöht werden.

Fig. 5, 6 und 7 zeigen Varianten für die Gestaltung des Kraftverlaufs (12) gegenüber den vorherigen Ausführungsbeispielen. Die Kraftverläufe (12) können hierbei in beliebiger Form über Kraftprogramme gefahren werden, die in der Steuerung der Betätigungsvorrichtungen (9) oder (10) gespeichert sind. Hierbei können die Vorpressphasen (21) entfallen. In Fig. 5 gibt es auch keine Nachpreßphase (22). Diese ist jedoch in den Varianten von Fig. 6 und 7 in unterschiedlicher Größe vorhanden. Während der Schweißzeit haben auch hier die Kraftverläufe (12) vorzugsweise die Form einer harmonischen Schwingung wie in Fig. 5 und 7 oder die Form einer harmonischen Kurve wie in Fig. 6.

In den vorbeschriebenen Ausführungsbeispielen wird der Kraftverlauf (12) über die Betätigungsvorrichtungen (9, 10) gesteuert. In einer weiteren Abwandlung hierzu ist auch eine Regelung des Kraftverlaufs (12) bzw. der Elektrodenkraft (18) möglich. Hierbei wird in der vorerwähnten Weise die anstehende Elektrodenkraft (18) online durch eine Meßeinrichtung (20) gemessen und in einer geeigneten Vergleichs- und Regelschaltung mit einer Vorgabe verglichen und bei Abweichung nachgeregelt. Die Vorgabewerte können aus Probeschweißungen oder aus Technologiedatenbanken kommen und in geeigneter Weise gespeichert sein. Die Soll- und Istwerte der Elektrodenkraft (18) werden zeit- oder wegabhängig ermittelt und verglichen. Zusätzlich sind bei der Regelung auch Sonderfälle möglich, die insbesondere dynamische Eigentümlichkeiten im Kraftverlauf (12) berücksichtigen. Bei einem momentanen und zu starken Kraftabfall, der z. B. ein drohendes Spritzen des Schweißbades signalisiert, kann kurzfristig vom normalen Regelverhalten abgewichen werden, indem die Elektrodenkraft (18) überproportional kurzfristig erhöht wird.

Abwandlungen der gezeigten Ausführungsbeispiele sind in verschiedener Weise möglich. Auf der vorrichtungstechnischen Seite können zum einen die Zahl und Anordnung der Bleche (3, 4) variieren. Es können z. B. drei Bleche sein. Die Bleche (3, 4) können aus gleichen oder unterschiedlichen Werkstoffen bestehen. Statt um einfache ebene Bleche kann es sich auch um beliebige andere geeignete Werkstücke handeln.

Variabel ist ferner die Zahl und Anordnung der Elektroden (5, 6). Statt einer Schweißzange (2) kann auch eine beliebig andere konstruktive Gestaltung der Widerstandsschweißvorrichtung (1) gewählt werden. Z. B. kann auch mit einem robotergeführten Picker und einer einzelnen Elektrode in Verbindung mit Unterkupfer gearbeitet werden.

In verfahrenstechnischer Hinsicht kann der Kraftverlauf (12) in der Frequenz und der Schwingungsform geändert werden. Insbesondere kann der steigende Kraftbereich (16) steiler als der fallende Kraftbereich (14) sein. Insbesondere kann auch die Frequenz wesentlich höher als im gezeigten Ausführungsbeispiel sein, so daß während der Schweißzeit Minima und Maxima vorkommen. Ferner ist es möglich, während der Schweißzeit kurzzeitige Peaks im Kraftverlauf (12) zu haben. In der bevorzugten Ausführungsform liegt der Schweißbeginn im fallenden Kraftbereich (14). Alternativ kann er auch in dem Bereich des Maximums (17) oder in den steigenden Kraftbereich (16) verschoben werden.

In einer weiteren Abwandlung kann mit einem veränderlichen Schweißstrom und z. B. mit weitgehend konstanter Spannung geschweißt werden. Der Stromverlauf ist dann in etwa umgekehrt proportional zum Widerstandsverlauf. Ferner kann intermittierend und mit Unterbrechungen in der Schweißzeit geschweißt werden. Es kann sich insbesondere um mehrmalige Impuls- oder Intervallschweißungen am gleichen Schweißpunkt handeln.

BEZUGSZEICHENLISTE

1

Widerstandsschweißvorrichtung

2

Schweißzange

3

Werkstück, Blech

4

Werkstück, Blech

5

Elektrode

6

Elektrode

7

Zangenarm

8

Zangenarm

9

Betätigungsvorrichtung, Schließeinrichtung

10

Betätigungsvorrichtung, Elektrodenantrieb

11

Schweißstromquelle

12

Kraftverlauf, Kraftkurve

13

Widerstandsverlauf, Spannungsverlauf

14

fallender Kraftbereich

15

Minimum

16

steigender Kraftbereich

17

Maximum

18

Elektrodenkraft

19

Steuerung

20

Meßeinrichtung

21

Vorpreßphase

22

Nachpreßphase

23

Widerstandsverlauf bei konstanter Elektrodenkraft

24

Widerstandsverlauf veränderliche Elektrodenkraft

Claims (14)

1. Verfahren zum Widerstandspunktschweißen von Werkstücken, insbesondere Blechen, zwischen Elektroden, die während der Schweißzeit mit einer veränderlichen Kraft gegen die Werkstücke gepresst werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Werkstücke (3, 4) zur Beeinflussung des elektrischen Widerstands vor dem Einschalten des Schweißstroms zunächst mit einer hohen Elektrodenkraft (18) gepresst werden, wonach die Elektrodenkraft (18) anschließend verringert und dann wieder erhöht wird, wobei der Schweißstrom bei einem abfallenden Elektrodenkraftbereich (14) eingeschaltet und im Bereich des Elektrodenkraftminimums (15) oder während eines ansteigenden Elektrodenkraftbereichs (16) wieder ausgeschaltet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrodenkraft (18) in einem periodischen schwingungsförmigen Kraftverlauf (12) verändert wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrodenkraft (18) in einem Kraftprogramm verändert wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrodenkraft (18) zumindest bereichsweise in einer harmonischen Schwingung, vorzugsweise einem sinusförmigen oder sinusähnlichen Kraftverlauf (12), verändert wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass während der Schweißzeit der Kraftverlauf (12) in einer Teilschwingung vom fallenden Kraftbereich (14) über das Minimum (15) in einen steigenden Kraftbereich (16) verändert wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass mit einem zumindest weitgehend konstanten Strom geschweißt wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrodenkraft (18) gemessen und zur Steuerung oder Regelung der Schweißzeit und/oder des Schweißstroms herangezogen wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrodenkraft (18) geregelt wird.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Schweißzeit ca. 80 ms beträgt.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrodenkraft (18) eine Frequenz von ca. 4 Hz hat.

11. Vorrichtung zum Widerstandspunktschweißen von Werkstücken, insbesondere Blechen, mit Elektroden und einer Betätigungsvorrichtung zum Anpressen der Elektroden mit einer vorgegebenen Kraft gegen die Werkstücke, wobei die Betätigungsvorrichtung eine Steuerung zur Erzeugung einer während der Schweißzeit veränderlichen Elektrodenkraft aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Widerstandspunktschweißvorrichtung (1) eine nach dem Elektrodenkraftverlauf steuerbare Schweißstromquelle (11) aufweist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Widerstandspunktschweißvorrichtung (1) als Schweißzange (2) ausgebildet ist und eine steuerbare Schliesseinrichtung (9) für die Zangenarme aufweist.

13. Vorrichtung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Betätigungsvorrichtung (10) als integrierter Elektrodenantrieb zur Verstellung von mindestens einer Elektrode (5, 6) ausgebildet ist.

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Widerstandspunktschweißvorrichtung (1) eine Messeinrichtung (20) für die Elektrodenkraft (18) aufweist.