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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Förderrolle zum Fördern von Drahtmaterial, insbesondere zum Zufördern von Schweiß- oder Lotdraht zu einer Fügestelle mit einer Anbindung an einer Antriebsachse, mittels derer die Förderrolle in Rotation bringbar ist, und mit einem entlang einer Drahtumfangsfläche der Rolle verlaufenden Drahtaufnahmeabschnitt, wobei Bereiche des Drahtaufnahmeabschnittes, die mit dem Drahtmaterial in Kontakt kommen, eine strukturierte Oberfläche aufweisen.
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Derartige Förderrollen sind bekannt. Sie werden insbesondere in Drahtvorschubsystemen bzw. Drahtvorschubgeräten für Löt- oder Schweißvorrichtungen, z. B. in automatischen Schweißanlagen, eingesetzt. Dort dienen sie dem gezielten und portionsgenauen Zuführen des Schweiß- bzw. Lotdrahtes zu einer Fügestelle, können aber auch in umgekehrte Richtung angetrieben werden, um den Schweiß- bzw. Lotdraht von der Fügestelle zurückzuziehen, beispielsweise nach einer abgeschlossenen Schweißung und beim Verlagern des Schweißwerkzeuges zu einer nachfolgenden Schweißnaht oder einem nachfolgenden Schweißpunkt.
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Da über den Antrieb derartiger Förderrollen die Menge, d. h. die Förderlänge des zugestellten bzw. zurückgezogenen Schweiß- bzw. Lotdrahtes bestimmt wird (typischerweise werden die Umdrehungen der Förderrollen registriert und anhand des Umfanges eine Zu- bzw. Abfuhrmenge des Schweiß- bzw. Lotdrahtes daraus abgeleitet) ist es von Wichtigkeit, dass die Förderrollen ohne Schlupf den Lot- bzw. Schweißdraht fördern.
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Ein Schlupf der Förderrollen relativ zu dem geförderten Draht würde zu einer Abweichung und einem Fehler in der Annahme der zugeförderten Drahtstrecke (Länge des Vorschubes bzw. Rückzuges) bedingen.
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Bei Schweiß- bzw. Lötvorrichtungen, aber auch in sonstigen Anwendungsfällen bestehen derartige Förderrollen häufig aus Metall, insbesondere aus Stahl. Dabei sind zumeist in den Umfangsflächen der Förderrollen nutenartige Strukturen als Drahtaufnahmeabschnitte angeordnet, in denen ein entsprechender Schweiß- oder Lotdraht aufgenommen und darin geführt und mitgenommen wird. Bei einem Teil bekannter Förderrollen sind diese Strukturen glattwandig ausgebildet, ein Halten und ein Kraftübertragungsschluss zwischen der Förderrolle und dem zu fördernden Drahtmaterial erfolgt über Klemm- bzw. Reibungskräfte. Je nach Material des Drahtes sind diese Klemm- bzw. Reibungskräfte größer oder kleiner bzw. einfacher oder schwieriger in einem ausreichenden Maße zu erreichen. Insbesondere dann aber, wenn der zu fördernde Draht einen Widerstand gegen eine Förderung in seiner Längsrichtung aufbringt, z. B. bei einem an einer fertigen Schweißstelle festklebenden Schweißdraht oder beim Auftreffen des Drahtes auf das noch „kalte” Material im Zündprozess sowie bei zu engen Biegungen des Schlauchpaktes bzw. der Drahtführung, sind glattwandige Strukturen nicht ausreichend, um entsprechende Kräfte zu halten. Hier besteht die Gefahr von auftretendem Schlupf mit den oben bereits erwähnten Nachteilen.
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Es hat insoweit bereits Überlegungen gegeben, die typischerweise als auf der Umfangsfläche umlaufende Kerbe bzw. Nut gebildeten Drahtaufnahmeabschnitte mittels mechanischer Bearbeitungsmethoden wie Fräsen oder Schleifen mit strukturierten Oberflächen zu versehen, um gegenüber dem Draht einen besseren Halt und eine verbesserte Übertragung der Antriebskraft zu erzielen, den Schlupf zu verringern bzw. zu vermeiden. Ein Beispiel einer solchen aus dem Stand der Technik bekannten Förderrolle, die eine umlaufende V-förmige Kerbe mit gerändelter bzw. gezackt strukturierter innen liegender Oberfläche aufweist, ist in der 1 gezeigt. Die dort gezeigte Struktur ist vergleichsweise grob und durch mechanische Bearbeitung mittels beispielsweise Drehen oder Fräsen hergestellt.
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Zwar haben sich bei diesen Strukturen eine verbesserte Kraftübertragung und ein verbesserter Halt ergeben, also eine gute Unterdrückung des ansonsten problematischen Schlupfes, jedoch zeigen sich anderweitige Probleme. Insbesondere bei der Förderung von Draht aus weicherem Metall, beispielsweise von Aluminiumschweißdraht, schneiden diese groben Strukturen in das Drahtmaterial und führen insbesondere bei großen zu überwindenden Gegenkräften zum Einschneiden in das Drahtmaterial und zum Spanabrieb. Dabei entstehende Späne können wiederum zu einer Blockade des sich durch feine Mechanik und schmale Förderkanäle auszeichnenden Drahtvorschubsystems insgesamt und damit zu Störungen an den Löt- oder Schweißvorrichtungen führen. Derartige Störungen erfordern oftmals eine aufwendige Demontage und Reinigung eines mit einer solchen Förderrolle ausgestatteten Drahtvorschubgerätes und bedingen so längere Ausfallzeiten der Schweiß- oder Lötvorrichtung. Bei härteren Drähten wie solchen aus Stahl oder Stahllegierungen wirkt die beschädigte Drahtoberfläche wie eine Feile oder Raspel und beschädigt nachfolgende Drahtführungen, Kontaktspitzen oder Stromdüsen. Dies führt zu einem erhöhten Verschleiß dieser Teile und erhöhten Ausfallzeiten der Anlage. Gerade im Bereich der Massenproduktion führen solche Ausfallzeiten zu erheblichen wirtschaftlichen Verlusten.
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Hier soll mit der Erfindung Abhilfe geschaffen werden, indem eine Förderrolle zum Fördern von Drahtmaterial angegeben wird, die einerseits verglichen mit den bekannten, glattwandige Drahtaufnahmeabschnitte aufweisenden Förderrollen eine verringerte Neigung zum Schlupf aufweist, andererseits nicht zu einer Störanfälligkeit durch Spanbildung führt, wie sie bekannte Drahtförderrollen mit mechanisch strukturierter Oberfläche im Drahtaufnahmeabschnitt mit sich bringen.
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Zur Lösung dieser Aufgabe wird mit der Erfindung vorgeschlagen, dass bei einer Förderrolle zum Fördern von Drahtmaterial der eingangs genannten Art die strukturierte Oberfläche eine lasergravierte Struktur aufweist.
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Die Erfinder haben bei umfangreichen Untersuchungen möglicher Gestaltungsvarianten von Förderrollen nämlich herausgefunden, dass Lasergravur sich ganz besonders und hervorragend zum Anbringen entsprechender Strukturen in die strukturierte Oberfläche des Drahtaufnahmeabschnittes der Förderrolle eignet. Zum einen können mittels Lasergravur Strukturen in einer entsprechend miniaturisierten Größe aufgebracht werden, die ein Risiko von Spanbildung ganz erheblich vermindern, nach den bisherigen Erfahrungen der Erfinder sogar insgesamt ausschließen können. Zum anderen können mittels Lasergravur – anders als bei anderen möglichen Verfahren zum Herausarbeiten sehr kleiner Strukturen (z. B. Ätzverfahren) – die Strukturen aber auch noch hinreichend prägnant und insbesondere in ihren Tiefenübergängen scharf und mit ausreichend präzisen Kanten geformt werden, dass eine gegenüber einer glatten Oberfläche deutlich verbesserte Haftung und ein entsprechend verbesserter Halt des geförderten Drahtmaterials an dem Drahtaufnahmeabschnitt der Förderrolle während des Förderns erzielt werden kann. Tatsächlich zeigten einzelne Versuche, dass der Halt und die Kraftübertragung wenigstens vergleichbar, teilweise sogar deutlich besser waren als bei den derzeit üblichen durch mechanische Bearbeitung strukturierten Förderrollen. Außerdem ist bei geeigneter Wahl der Strukturen, z. B. bei bogenförmig nach außen laufenden Strukturen, eine selbstreinigende Wirkung zu erzielen, die eine Verschmutzung der Strukturen verhindert.
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Das Verfahren der Lasergravur kann auch im größeren Herstellungsmaßstab kosteneffizient eingesetzt werden und führt aufgrund der hohen Präzision dieses Arbeitsvorganges auch in Massenherstellungsverfahren zu gleichbleibend präzis gearbeiteten Strukturen und mithin zu Förderrollen gleichbleibend guter Qualität und guten Fördereigenschaften.
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Die genaue Form hinsichtlich der Geometrie und der Abmessungen der Struktur in der strukturierten Oberfläche, die in erfindungsgemäßer Weise lasergraviert wird, wird dabei abhängig von den verschiedenen Parametern des zu fördernden Materials, insbesondere Drahtdurchmesser und Material des Drahtes wie auch abhängig von den Eigenschaften der Förderrolle an sich, beispielsweise Durchmesser der Förderrolle und Material derselben zu wählen sein. In Frage kommen dabei Strukturen wie etwa Fischgrätstrukturen, wenn insbesondere eine Förderung in eine Richtung, in der die Strukturen mit spitzem Winkel sich schneiden erwünscht ist, aber auch wellenartige Strukturen, Strukturen aus sich kreuzenden Linien (rombenartige Strukturen) oder einfache radial verlaufende Gravurlinien und dgl. Denkbar ist es auch, dass mittels Lasergravur großflächig Material abgetragen wird und lediglich noppenartige Inseln belassen werden, die ebenfalls für einen guten Halt an dem und einen Kraftübertrag der Antriebskraft auf den zu fördernden Draht bewirken.
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Bereits oben wurde ausgeführt, dass mittels Lasergravur besonders feine und klein dimensionierte Strukturen erhalten werden können. Dabei werden nach derzeitigem Erkenntnisstand solche lasergravierten Strukturen in der strukturierten Oberfläche bevorzugt, die Strukturtiefen im Bereich von 30 bis 150 μm, insbesondere von 50 bis 100 μm aufweisen. Unter Strukturtiefe sollen dabei diejenigen Dimensionen verstanden werden, die sich ausgehend von einer ursprünglichen Oberflächenerstreckung der strukturierten Oberfläche senkrecht dazu erstrecken. Hinsichtlich der Strukturweiten werden nach derzeitigen Erkenntnissen solche Abmessungen bevorzugt, die im Bereich von 10 bis 100 μm, insbesondere von 30 bis 60 μm liegen. Unter Strukturweiten sind diejenigen Dimensionen der eingebrachten Strukturen zu verstehen, die in paralleler Richtung zu der strukturierten Oberfläche liegen.
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Auch bei den erfindungsgemäßen Förderrollen ist der Drahtaufnahmeabschnitt insbesondere eine die Umfangsfläche umlaufende Kerbe bzw. Nut. Dabei ist es besonders bevorzugt, dass diese umlaufende Kerbe bzw. Nut schräg verlaufende gradlinige Flanken aufweist und dass die lasergravierte Struktur zumindest an diesen Flanken angeordnet ist. Diese Flanken sind insbesondere in solchen Bereichen ausgebildet, in denen die Kerbe bzw. Nut sich unmittelbar an die Umfangsfläche der Rolle anschließt, wobei diese Flanken mit Vorteil die eigentlichen Flächen zur Übertragung der Antriebskraft (Vorschubkraft bzw. Rückholkraft) bilden. Die sonstige Form der umlaufenden Kerbe bzw. Nut wird wiederum abhängig von den Gegebenheiten, insbesondere abhängig von dem zu fördernden Drahtmaterial gewählt werden. Wo bei einem Draht, insbesondere einem Schweiß- oder Lötdraht aus Stahl dieser bevorzugt lediglich an den Flanken anliegt, die Kerbe bzw. Nut in ihrem Grund so ausgeführt ist, dass der typischerweise mit kreisrundem Durchmesser versehene Draht während des Förderns dort nicht anliegt, wird ein Draht aus weicherem Material, beispielsweise Aluminium typischerweise in einer solchen Nut oder Kerbe geführt, die beim Anliegen des Drahtes diesen auch im Nuten- bzw. Kerbengrund stützt, um Deformierungen des weichen Materials zu verhindern.
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Weiterer Gegenstand der Erfindung ist dabei auch ein Drahtvorschubgerät für eine Löt- oder Schweißvorrichtung mit wenigstens einer auf einer über einen Antrieb in Rotation versetzbaren Achse gelagerten und über diese in Rotation zu versetzenden Förderrolle für Schweiß- oder Lotdraht, wobei die Förderrolle eine oder mehrere der oben beschriebenen Eigenschaften aufweist.
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Offenbart wird hierin auch ein Verfahren zur Bildung einer Förderrolle zum Fördern von Drahtmaterial, wobei diese Förderrolle zunächst wie üblich hergestellt und mit üblichen Mitteln mit dem Drahtaufnahmeabschnitt versehen und ggf. auch bereits gehärtet wird und im Anschluss eine lasergravierte Struktur in jedenfalls einen Abschnitt des Drahtaufnahmeabschnittes eingebracht wird zum Ausbilden einer strukturierten Oberfläche. Das Einbringen der Lasergravur kann dabei vor oder nach einem Härten des Materials geschehen.
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Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren. Dabei ist das Ausführungsbeispiel der Erfindung lediglich in den 2 und 3 gezeigt. Die 1 zeigt, wie oben bereits erwähnt, eine Förderrolle nach dem Stand der Technik.
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Es zeigen:
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1 eine Ansicht einer Förderrolle mit strukturierter Oberfläche im umfangsseitig angeordneten Drahtaufnahmeabschnitt nach dem Stand der Technik;
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2 in zwei Ansichten a und b eine Seitenansicht sowie eine Schnittansicht einer erfindungsgemäßen Förderrolle; und
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3 in zwei Ansichten vergrößerte Darstellungen erfindungsgemäßer Förderrollen mit unterschiedlich geformten Drahtaufnahmeabschnitten zur Förderung unterschiedlichen Drahtmaterials.
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In 1 ist wie oben bereits mehrfach erwähnt eine Förderrolle für Drahtmaterial nach dem Stand der Technik gezeigt. Diese Förderrolle ist dort allgemein mit dem Bezugszeichen 1 beziffert. Sie weist eine zentrale Öffnung 2 auf, durch die hindurch eine Antriebsachse geführt und mit der Förderrolle in geeigneter Weise verbunden werden kann. Auf ihrer Umfangsfläche 3 ist die Förderrolle 1 mit einer V-förmigen Kerbe 4 versehen, die einen Drahtaufnahmeabschnitt bildet. Der Rand dieser Kerbe ist bis zum Kerbengrund mit in radialer Richtung verlaufenden V-förmigen Einkerbungen 5 versehen, dies beidseitig. Diese Einkerbungen verteilen sich um den gesamten Umfang der Kerbe 4, also auch entlang der hier nicht sichtbaren Bereiche. Durch diese Einkerbungen ist eine strukturierte Oberfläche entstanden, die einen Halt eines in der Kerbe 4 laufenden und mit der Förderrolle 1 geförderten Drahtes verbessern und die Kraftübertragung befördern soll. Die Einkerbungen 5 sind hier durch mechanische Bearbeitung entstanden, insbesondere durch Fräsen. Dabei sind diese Strukturen vergleichsweise grob, ihre Dimensionen bewegen sich im Bereich von einem ½ mm bis 1 mm. Durch diese Struktur wird zwar eine verbesserte Ankoppelung der Kerbe 4 an den zu fördernden Draht und damit eine verbesserte Kraftübertragung erreicht, jedoch reißen diese vergleichsweise groben Strukturen aus gefördertem Drahtmaterial, insbesondere wenn dieses aus einem weicheren Metall wie etwa Aluminium besteht, Späne, welche Späne im weiteren Verlauf der Drahtförderung zu Problemen und einem Drahtstau führen können. Verletzungen an härterem Drahtmaterial, wie bspw. Stahl oder Stahlegierung, führen zu den oben bereits beschriebenen Verschleißeffekten in nachgelagerten Elementen aufgrund der Feilen- bzw. Raspelwirkung.
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In 2 ist nun zunächst in schematischer Ansicht von der Seite (2a) und in einer Schnittdarstellung mit einem Schnitt entlang einer Ebene, innerhalb derer die Mittelachse der Rolle verläuft (2b) eine erfindungsgemäße Drahtvorschubrolle gezeigt. In 3 sind vergrößerte Ausschnitte einer solchen erfindungsgemäßen Förderrolle dargestellt mit unterschiedlichen Formen der jeweiligen Drahtaufnahmeabschnitte in der Darstellung gemäß 3a und 3b.
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Eine erfindungsgemäße Förderrolle, die hier allgemein mit dem Bezugszeichen 10 bezeichnet ist, weist eine zentrale Öffnung 12 auf, durch die hindurch eine Antriebsachse geführt werden kann, zum Antreiben der Förderrolle 10 in Rotation. Eine azentrisch angeordnete Mitnahmeöffnung 11 dient der Ankoppelung eines Mitnehmerabschnittes der Antriebsachse, um den Antrieb bzw. die Antriebskraft sicher auf die Förderrolle 10 zu übertragen. Alternativ zu einer Mitnahmeöffnung kann eine Kraftübertragung auch durch eine entsprechende von der Kreisform abweichende Querschnittsgestaltung der zentralen Öffnung 12 geschehen, mit bspw. eckigem, gezahntem, ovalem oder auch konischem Querschnitt. Durch diese Lösung ist die Förderrolle 10 einfach austauschbar. Dies ist wichtig, da es sich bei der Förderrolle 10 um ein Verschleißteil handelt. Auf ihrer Umfangsfläche 13 weist die Förderrolle 10 in dem in 2 gezeigten Ausführungsbeispiel zwei U-förmige, um den gesamten Umfang laufende Nuten 14 auf. Diese bilden bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel den Drahtaufnahmeabschnitt. In der Verwendung wird nur eine dieser Nuten zum Fördern von Draht genutzt, die zweite Nut ist zunächst ungebraucht. Dabei ist die Förderrolle 10 so ausgestaltet, dass bei Verschleiß der zunächst gebrauchten Nut 14 die Förderrolle 10 aus dem System entnommen, gewendet und wieder installiert werden kann, so dass dann die zweite, bis dato nicht verwendete Nut 14 an der Position zu liegen kommt, an der zuvor die erste Nut 14 lag. So kann bei einem Verschleiß die Förderrolle 10 zunächst weiter verwendet werden nach einer einfachen wie oben beschriebenen „Drehung”.
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In 3 ist in zwei vergrößerten Darstellungen a und b jeweils ein Ausschnitt einer erfindungsgemäßen Förderrolle 10 gezeigt, wobei sich diese Förderrollen 10 durch die Form der Nuten 141 in 3a und 142 in 3b unterscheiden. Beiden Nuten 141 und 142 ist zunächst gemein, dass sie im Anschlussbereich an die Umfangsfläche 13 der Förderrolle 10 eine im Querschnitt gradlinig verlaufende, schräge Flanke 143 in Fig. a und 144 in Fig. b aufweisen, dies jeweils gespiegelt auf beiden Seiten der jeweiligen Nut 141 und 142. In beiden Darstellungen ist auch jeweils ein Draht D1 bzw. D2 gezeigt, wie er in der jeweiligen Nut 141 bzw. 142 liegt.
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In der in 3a gezeigten Situation ist die Nut 141 mit steileren Flanken 143 versehen und einem Nutengrund, der tiefer liegt als der Draht D1 reicht. Der Draht D1 liegt hier lediglich an den Flanken 143 an, die zugleich die Flächen für die Übertragung der Vorschubkraft bilden. Eine solche Gestaltung ist insbesondere für die Förderung von einem Draht aus vergleichsweise hartem Metall, so z. B. für einen Stahldraht bei Förderung mit einer Stahlrolle, vorgesehen. In diesem Fall genügen die Klemm- bzw. Reibkräfte der Flanken 143, um einen sicheren Halt des Drahtes D1 zu bewirken. Eine Beschädigung des Drahtes D1 ist hier nicht zu befürchten.
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Die in 3b gezeigte Situation hingegen, bei der die Flanken 144 verglichen mit der Situation in der 3a deutlich flacher gebildet sind und in der der Nutengrund der Nut 142 an den Durchmesser des Drahtes D2 angepasst ist, so dass sich der zwischen den Flanken 144 aufgenommene Draht D2 mit seinem Radius an den Nutengrund anschmiegt, ist insbesondere für die Förderung von Draht D2 aus einem weicheren Metall bestimmt. Beispielsweise wird diese Gestaltung eingesetzt bei der Förderung von Schweißdraht aus Aluminium mit einer Stahlförderrolle 10. Auch hier sind allerdings die Flanken 144 die wesentlichen Flächen für die Übertragung der Vorschubkraft, der Nutengrund dient lediglich einer Abstützung des weicheren Drahtmaterials des Drahtes D2, um hier Beschädigungen oder Deformierungen zu vermeiden.
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In hier nicht näher gezeigter Weise sind, und dies macht die Besonderheit der Erfindung aus, die Oberflächen der Flanken 143 bzw. 144, welche die Flächen zur Übertragung der Vorschubkraft bilden, mit einer Struktur versehen, welche durch Lasergravur in dieser Oberflächen eingebracht ist. Diese Struktur, die hinsichtlich einer Geometrie verschiedene Formen annehmen kann, beispielsweise die bereits oben bezeichneten Formen, weist bevorzugt Strukturtiefen im Bereich von 30 bis 150 μm, insbesondere von 50 bis 100 μm auf und Strukturweiten im Bereich von 10 bis 100 μm, insbesondere von 30 bis 60 μm.
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Durch diese besondere Ausgestaltung der Oberfläche der Flanken 143 bzw. 144 konnten die Erfinder sowohl den ansonsten bei glattwandigen Flächen beobachteten Schlupf vermeiden, als auch eine mit grob strukturierten Flächen, die mittels mechanischer Bearbeitung erhalten worden sind, bei Förderrollen gemäß dem Stand der Technik, wie etwa in 1 dargestellt, zu beobachtende Spanbildung unterbinden. Mit derartigen Förderrollen 10 ausgestattete Drahtvorschubgeräte für Löt- oder Schweißvorrichtungen arbeiteten besonders störungsunanfällig und zuverlässig.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Förderrolle
- 2
- zentrale Öffnung
- 3
- Umfangsfläche
- 4
- Kerbe
- 5
- Einkerbung
- 10
- Förderrolle
- 11
- Mitnahmeöffnung
- 12
- zentrale Öffnung
- 13
- Umfangsfläche
- 14
- Nut
- 141
- Nut
- 142
- Nut
- 143
- Flanke
- 144
- Flanke
- D1
- Draht
- D2
- Draht
