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Dieses Schriftstück bezieht sich allgemein auf das Gebiet der Widerstandspunktschweißung und besonders auf eine verbesserte Elektrode zum Widerstandspunktschweißen von Aluminium bei hohen Klemmdrücken und starken Schweißströmen.
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Bei der Konstruktion von Kraftfahrzeugen, Nutzfahrzeugen und anderen Fahrzeugen nimmt die Verwendung von Aluminium laufend zu. Dies deshalb, weil Aluminium gegenüber Eisenlegierungen zahlreiche Vorteile aufweist, u.a. die Tatsache, dass Aluminium eine geringere Dichte aufweist und korrosionsbeständig ist. Die Verwendung von Aluminium gestattet es den Fahrzeugherstellern, dass Sicherheits- und Festigkeitsanforderungen eingehalten werden, während sich die resultierende Gewichtsreduktion vorteilhafterweise in einer reduzierten Motorbelastung niederschlägt, die den Kraftstoffverbrauch und den Abgasausstoß senkt.
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Bei der Widerstandspunktschweißung handelt es sich um eine Technik, die von Fahrzeugherstellern verwendet wird, um Aluminiumwerkstücke miteinander zu verbinden. Die Widerstandspunktschweißung ist vorteilhafterweise relativ kostengünstig, schnell, einfach und lässt sich leicht automatisieren. Des Weiteren unterstützen neuere Entwicklungen betreffend die Mittelfrequenzenergiequellen, das Einrichten von Elektroden und Servozangen die zunehmende Verwendung von Aluminium-Widerstandpunktschweißungen im Fahrzeugbau.
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Bezeichnenderweise sind Hochleistungsschweißzangen erforderlich, da bei Aluminium Schweißströme verlangt werden, die zwei- bis dreimal stärker sind als bei Stahl, aber bei Aluminiumschweißungen zudem Zeiten verlangt werden, die 1/4 bis 1/2 mal so lang sind wie bei Stahl. Somit muss eine Aluminiumschweißausrüstung hohe Stromstärken in einem Zeitfenster bereitstellen können, das 50–70% kürzer ist als dies bei Stahl üblicherweise der Fall ist. Diese Anforderungen heben klar den Bedarf nach korrektem Schweißdruck und korrekter Elektrodenausrichtung beim Einleiten des Schweißvorgangs hervor.
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Im Hinblick darauf offenbart die US-Patentanmeldungsschrift Nr. 2013/0020288 von Moision et al ein System zum Verschweißen von Aluminiumwerkstücken, bei denen ein vorbestimmter Strom durch Elektroden aufgebracht wird, die mit dem Werkstück im Eingriff stehen. Aufgrund des vorbestimmten Stroms wird dann ein Widerstandsprofil erstellt. Aufgrund des Widerstandsprofils wird dann ein korrektes Schweißprofil ausgewählt. Das Schweißprofil wird dann zum Ausführen der Schweißung des Werkstücks verwendet.
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Bei den Schweißströmen und Stromprofilen handelt es sich nicht um die einzigen Parameter, welche zum Bereitstellen von Aluminiumschweißungen von gleichbleibend hoher Qualität wirtschaftlich verwendet werden können. Tatsächlich wirken sich Veränderungen bei der auf die Werkstücke aufgebrachten Klemmkraft (a) auf den Druck zwischen der Schweißelektrode und den Werkstücken sowie b) auf die Widerstandsverteilung an den Schnittstellen zwischen den Elektroden und den Werkstücken aus. Es hat sich kürzlich herausgestellt, dass Punktschweißkräfte von bis zu 12 kN und Schweißströme von bis zu 80 kA zum Bereitstellen der wirksamsten und qualitativ hochstehenden Schweißungen zwischen Aluminiumwerkstücken, wie z.B. Aufbauten aus Aluminiumlegierungsblechen, nützlich sein können.
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Eine dreiteilige Aluminium-Punktschweißelektrodenanordnung E aus dem Stand der Technik wird in 3 gezeigt. Die Elektrodenanordnung E umfasst einen Halterungsadapter A, einen Schaft S und eine Elektrodenkappe C. Der Halterungsadapter A weist ein Halterungsende T auf, um das Festmachen der Elektrodenanordnung E an einer Schweißzange ermöglichen. Eine integrierte Sechskantmutter N ermöglicht das Festziehen oder Lösen der Verbindung.
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Der Halterungsadapter A weist auch eine Bohrung auf, die einen kegelförmigen Abschnitt P des Schafts S aufnimmt und hält. Die Seitenwand R des Adapters A greift in diesen Abschnitt P des Schafts S ein und verstärkt diesen. Ein Sockel K am distalen Ende des Schafts S nimmt das Halterungsende M der Elektrodenkappe C auf. Das Bearbeitungsende bzw. der Schweißabschnitt D der Kappe C erstreckt sich aus dem Schaft S heraus.
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Die Schweißelektrodenanordnung E ist aus Kupfer oder einer Kupferlegierung gefertigt. Der Schaft S weist einen Hohlraum U auf, der Wasser oder ein anderes Kühlmittel in den Kühlmittelkanal G in der Elektrodenkappe C zirkulieren lässt, um das Aufheizen der Elektrode während Schweißung zu verringern. Dieser Hohlraum U beeinträchtigt die strukturelle Integrität des Schafts S insofern, dass Letzterer nicht in der Lage ist, Punktschweißkräfte von bis zu 12 kN und Schweißströme von bis zu 80 kA über eine zweckdienliche Lebensdauer hinweg auszuhalten.
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Dieses Schriftstück betrifft eine neuartige Schweißelektrodenanordnung, gekennzeichnet durch verbesserte Festigkeit und verlängerte Lebensdauer, wenn sie Punktschweißkräften von bis zu 12 kN und Schweißströmen von bis zu 80 kA ausgesetzt ist. Vorteilhafterweise stellt die neue Elektrode diese Nutzen bereit, ist jedoch aus demselben Material gefertigt und weist die gleiche standardmäßige Gesamtlänge auf wie die Elektrodenanordnung E aus dem Stand der Technik. Somit kann die neue Elektrode mit standardmäßigen Schweißzangen, standardmäßigen Elektrodeneinrichtungsausrüstungen und standardmäßigen Elektrodenwechselausrüstungen betrieben werden, die bereits in der Produktionsanlage installiert und in Gebrauch sind.
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Es wird eine neue Schweißelektrodenanordnung gemäß den hier beschriebenen Zwecken und Nutzen bereitgestellt. Diese Schweißelektrodenanordnung umfasst einen Körper und eine auf dem Körper getragene Elektrodenkappe. Die Elektrodenkappe weist ein mit dem Körper verbundenes Halterungsende sowie ein Bearbeitungsende zum Schweißen auf. Die Elektrodenkappe weist weiterhin einen erhabenen Rand zwischen dem Halterungs- und Bearbeitungsende zum Schutz des Körpers beim Elektrodenkappeneinrichten und zum Erleichtern des Entfernens der Elektrodenkappe beim Wechseln der Elektrodenkappe auf.
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Die Elektrodenkappe weist weiterhin einen Kühlmittelflüssigkeitskanal auf. Der Kühlmittelflüssigkeitskanal erstreckt sich durch das Halterungsende hindurch und über den Rand hinaus. In einer Ausführungsform beträgt das Längenverhältnis des Halterungsendes zur Länge des Bearbeitungsendes zwischen 1 und 0,6 sowie 1 und 1,9. In einer anderen Ausführungsform beträgt das Längenverhältnis des Halterungsendes zur Länge des Bearbeitungsendes zwischen 1 und 1,5 sowie 1 und 1,7. In einer noch anderen Ausführungsform beträgt das Längenverhältnis des Halterungsendes zur Länge des Bearbeitungsendes ungefähr 1 bis 1,3.
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In einer noch weiteren Ausführungsform beträgt das Längenverhältnis des Kühlmittelflüssigkeitskanals zur Länge der Elektrodenkappe zwischen 1 und 1,3 sowie 1 und 2,0. In einer noch anderen Ausführungsform beträgt das Längenverhältnis des Kühlmittelflüssigkeitskanals zur Länge der Elektrodenkappe zwischen 1 und 1,65 sowie 1 und 1,75.
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In einer Ausführungsform weist das Halterungsende einen Kegelwinkel von ungefähr 1°26‘ +/– 0°3‘ sowie eine Wandstärke von zwischen 1,98 und 2,71 mm auf. Der Kühlmittelflüssigkeitskanal weist einen Durchmesser von ungefähr 12,7 +/– 0,3 mm auf. Zusammen verbessern die vergrößerte Wandstärke und die größere Querschnittsfläche des Kühlmittelkanals die Leistung der Elektronenkappe erheblich.
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Noch weiter weist das Bearbeitungsende eine Läge von 20,5 +/– 0,3 mm sowie einen Durchmesser von 19,1 +/– 0,3 mm auf. Die zusätzliche Länge des Bearbeitungsendes verlängert die Lebensdauer der Elektrodenkappe erheblich.
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Gemäß einem zusätzlichen Aspekt weist bei einer dreiteiligen Schweißelektrodenanordnung mit einer Gesamtlänge L der Schaft eine Gesamtlänge von zwischen 0,41 und 0,59 L auf, wobei zwischen 0,29 und 0,60 L dieser Länge in der Kegelbohrung bzw. dem Sockel aufgenommen und durch die Seitenwand des Halterungsadapters verstärkt sind. Weiterhin nehmen zwischen 0,16 und 0,33 L der Schaftlänge das Halterungsende der Elektrodenkappe auf und sind somit durch die Elektrodenkappe verstärkt. Dementsprechend sind zwischen 45,3 und 92,9% der Gesamtlänge des Schafts durch das Halterungsende der Elektrodenkappe und die Seitenwand des Halterungsadapters strukturell verstärkt.
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In einer alternativen Ausführungsform weist der Schaft eine Gesamtlänge von zwischen 0,52 und 0,59 L auf, wobei zwischen 0,29 und 0,40 L des proximalen Endes der Schaftlänge im Sockel bzw. der Kegelbohrung aufgenommen und durch den Halterungsadapter verstärkt sind. Weiterhin nehmen zwischen 0,16 und 0,22 L der Schaftlänge das Halterungsende der Elektrodenkappe auf und sind somit durch die Elektrodenkappe verstärkt. Somit sind zwischen 45,3% und 61,1% der Gesamtlänge des Schafts durch das Halterungsende der Endkappe und die Seitenwand des Halterungsadapters strukturell verstärkt.
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Diese sowie andere Ausführungsformen der Schweißelektrodenanordnung werden zum Teil in der folgenden Beschreibung vorgestellt und werden zum Teil einem Durchschnittsfachmann unter Bezugnahme auf die folgende Beschreibung und die Zeichnungsfiguren ersichtlich.
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Die beigefügten miteinbezogenen Zeichnungen, die einen Bestandteil der Spezifikation bilden, stellen einige Aspekte der Schweißelektrodenanordnung dar und dienen zusammen mit der Beschreibung der Erläuterung gewisser Grundlagen dieser Schweißelektrodenanordnung. In den Zeichnungen zeigen:
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1 eine perspektivische Explosionsansicht der Schweißelektrodenanordnung, die Gegenstand dieses Schriftstücks ist.
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2 eine Querschnittsansicht der in 1 dargestellten zusammengebauten Schweißelektrodenanordnung.
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2A eine Seitenansicht der Schweißanordnung, die zur klareren Darstellung der internen Kanäle innerhalb der diversen Bauteile der Anordnung vorgelegt wird.
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3 eine Querschnittsansicht einer Schweißelektrodenanordnung aus dem Stand der Technik, die durch die in 2 dargestellte Schweißelektrodenanordnung ersetzt werden kann. 2 und 3 werden zu Vergleichszwecken vorgelegt.
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Es wird jetzt ausführlich Bezug genommen auf die vorliegenden bevorzugten Ausführungsformen der Schweißelektrodenanordnung.
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Es wird nun Bezug genommen auf die 1, 2 und 2A, welche die Schweißelektrodenanordnung 10 darstellen. Die Schweißelektrodenanordnung 10 weist einen Körper 12 auf, der einen Halterungsadapter 14 und einen Schaft 16 umfasst. Eine Elektrodenkappe 18, die am Schaft 16 befestigt ist, stellt die komplette dreiteilige Schweißelektrodenanordnung 10 bereit. Die gesamte Schweißelektrodenanordnung 10 kann aus einem Material gefertigt sein, das sowohl eine hohe Wärmeleitfähigkeit als auch eine hohe elektrische Leitfähigkeit und zudem eine große Härte aufweist. Geeignete Materialien sind u.a. Kupfer und Kupferlegierungen, die in der Konstruktion von Aluminium-Schweißelektroden als nutzbringend bekannt sind. Beispielsweise kann die Härte von Kupfer durch Legieren mit Zirkonium, Kobalt, Chrom und sogar Aluminiumoxid gesteigert werden.
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Wie dargestellt weist der Halterungsadapter 14 ein Halterungsende 20 zum Eingriff in eine damit zusammenwirkende Elektrodenaufnahmeöffnung in einer Schweißzange auf. Die integrierte Sechskantmutter 22 ermöglicht das sichere Festziehen der Schweißelektrodenanordnung 10 an der Schweißzange oder das Lösen der Schweißelektrodenanordnung 10, falls dies zur Wartung oder zum Wechseln der Schweißelektrodenanordnung notwendig ist. Der Halterungsadapter 14 weist weiterhin eine Kegelbohrung bzw. einen Sockel 24 mit einer Seitenwand 26 auf, die aus einem verhältnismäßig dicken Material besteht.
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Der Schaft 16 weist ein proximales bzw. kegelförmiges Halterungsende 28 und ein distales Ende 34 auf. Wie in 2 dargestellt ist das Halterungsende 28 des Schafts 16 bei korrektem Zusammenbau vollständig innerhalb der Kegelbohrung 24 des Halterungsadapters 14 aufgenommen und gehalten. Der Kegel des Halterungsendes 28 passt zum Kegel der Bohrung 24, so dass die Seitenwand 26 in den Schaft 16 eingreift und diesen verstärkt. Dies verleiht dem Halterungsende 28 des Schafts 16 zusätzliche Festigkeit. Im Falle einer sicheren gegenseitigen Befestigung kommuniziert ein zentraler Kühlmittelflüssigkeitshohlraum bzw. eine Bohrung 30, die sich durch den Schaft 16 erstreckt, mit der Kegelbohrung 24 im Halterungsadapter 14. Am distalen Ende 34 des Schafts 16 ist eine kegelförmige Senkbohrung 32 bereitgestellt, die die Elektrodenkappe 18 in einer weiter unten noch ausführlicher beschriebenen Weise aufnimmt.
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Wie dargestellt weist die Elektrodenkappe 18 ein kegelförmiges Halterungsende 36 auf, das in der Senkbohrung 32 im Schaft 16 aufgenommen ist und dort eingreift, sowie ein Bearbeitungsende 38 mit einer Fläche 40 zum Eingriff am zu schweißenden Aluminiumwerkstück. Genauer gesagt weist das Halterungsende 36 einen Kegelwinkel von ungefähr 1°26‘ +/– 0°3‘ sowie eine Wandstärke von zwischen ungefähr 2,16 und 2,56 mm auf. Am Bearbeitungsende 38 erstreckt sich ein erhabener Rand 42 konzentrisch um die Elektrodenkappe 18. In einer möglichen Ausführungsform erhebt sich der Rand 42 um zwischen 1,2 und 2,4 mm über die äußere Oberfläche des Endes 28 hinaus und kann zwischen 21,9 und 22,5 mm breit sein (Durchmesser). Der erhabene Rand 42 kann bei Bedarf weiterhin Kantenmerkmale oder raue Oberflächenmerkmale aufweisen, um das Erfassen oder Halten der Elektrodenkappe 18 zu unterstützen, wenn diese bei einem Elektrodenwechselvorgang in den Schaft 16 eingesetzt oder hiervon entfernt wird.
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Wie weiterhin in 2 und 2A dargestellt weist die Elektrodenkappe 18 auch einen Kühlmittelflüssigkeitskanal 46 auf. Der Kühlmittelkanal 46 weist einen Durchmesser von ungefähr 12,7 +/– 0,3 mm auf. Bezeichnenderweise erstreckt sich der Kühlmittelflüssigkeitskanal 46 über die gesamte Länge des Halterungsendes 36 und bei der dargestellten Ausführungsform gerade noch über den erhabenen Rand 42 hinaus. Wenn die Schweißelektrodenanordnung 10 korrekt zusammengebaut ist, steht der Kühlmittelflüssigkeitskanal 42 in direkter Fluidverbindung mit dem mit der Kegelbohrung 24 direkt kommunizierenden zentralen Kühlmittelhohlraum 30 im Schaft 16. Kühlmittelflüssigkeit wie z.B. Wasser oder ein anderes Kühlmittel wird von der (nicht gezeigten) Schweißzange durch die Kegelbohrung 24 und den Kühlmittelhohlraum 30 in den Kühlmittelkanal 46 der Schweißelektrodenanordnung 10 geführt. Auf diese Weise ist es möglich, für die Schweißelektrodenanordnung 10 während des Schweißvorgangs eine tiefere Betriebstemperatur einzuhalten und dabei die Lebensdauer der Anordnung zu verlängern und auch die Ansammlung von Werkstückmaterial auf der Bearbeitungsfläche 40 der Elektrodenkappe 18 zu verringern.
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Bei einer möglichen Ausführungsform beträgt das Längenverhältnis des Halterungsendes 36 zur Länge des Bearbeitungsendes 38 zwischen 1 und 0,6 sowie 1 und 1,9. Bei einer anderen möglichen Ausführungsform beträgt dieses Verhältnis zwischen 1 und 1,5 sowie 1 und 1,7. Bei einer noch weiteren Ausführungsform beträgt dieses Verhältnis ungefähr 1 bis 1,3. Bei einer möglichen Ausführungsform weist das Bearbeitungsende eine Länge von 20,5 +/– 0,3 mm sowie einen Durchmesser von 19,1 +/– 0,3 mm auf. Somit ist die Länge größer als der Durchmesser.
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Bei einer möglichen Ausführungsform beträgt das Längenverhältnis des Kühlmittelflüssigkeitskanals 46 zur Gesamtlänge der Elektrodenkappe 18 zwischen 1 und 1,3 sowie 1 und 2,0. Bei einer noch anderen Ausführungsform beträgt dieses Verhältnis zwischen 1 und 1,65 sowie 1 und 1,75. Wenn diese Längenverhältnisse des Halterungsendes 36 zur Länge des Bearbeitungsendes 38 sowie der Länge des Kühlmittelflüssigkeitskanals 46 zur Gesamtlänge der Elektrodenkappe 18 zusammen betrachtet werden, ist es möglich, eine Elektrodenkappe mit einem längeren Bearbeitungsende und gleichzeitig die wünschenswerte Kühlung zur Begünstigung einer längeren Lebensdauer bereitzustellen.
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Wie vorstehend erwähnt kann der erhabene Rand 42 der Elektrodenkappe 18 bequemerweise benutzt werden, wenn die Kappe zum Einsetzen in und zur Entfernung vom Schaft 16 gehandhabt wird. Der erhabene Rand 42 dient auch zur Begrenzung des Kegeleingriffs und stellt eine Kegelverschleißanzeige dar, indem die Breite des Spalts 45 zwischen dem Rand 42 und dem Ende des Schafts 16 sichtbar ist (siehe 2). Es ist auch zu berücksichtigen, dass Elektrodenkappen 18 in der Regel eingerichtet werden, um die Geometrie der Elektrodenfläche 40 in gewünschter Weise wieder herzustellen, damit Schweißungen von gleichbleibend hoher Qualität erzeugt werden. Idealerweise wird der Einrichtungsvorgang durchgeführt, bevor sich der Elektrodenverschleiß in schlechter Schweißqualität niederschlägt. Die Einrichtungsausrüstung kann per Roboter eingesetzt werden, und das Einrichten dauert in der Regel lediglich ein paar Sekunden. Dementsprechend kann das Einrichten durchgeführt werden, während Teile auf der Produktionsanlage transferiert werden. Der erhabene Rand 42 trägt vorteilhafterweise zum Schutz des Schafts 16 vor Materialspritzern während des Schweißens und vor Kontakt und Materialsplittern während des Einrichtens bei.
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Es ist zu berücksichtigen, dass es sich beim erhabenen Rand 42 lediglich um einen der einzigartigen Aspekte der Schweißelektrodenanordnung 10 handelt. Die folgende Tabelle 1 vergleicht andere bedeutende physische Attribute der neuen Elektrodenanordnung 10 mit der Elektrodenanordnung E aus dem Stand der Technik. Es ist zu berücksichtigen, dass der Kegelwinkel zwar gleich ist, die Wandstärke am Kegel der Elektrodenanordnung 10 jedoch ungefähr 59–81% dicker ist als bei der Elektrodenanordnung E (2,71 gegenüber 1,70 sowie 1,98 gegenüber 1,09). Die größere Materialdicke und der größere Durchmesser der Kegelwandung wirken sich auf die Belastungsfähigkeit, die Stromaufnahmefähigkeit, das Überhitzen, den Elektrodenkappensitz sowie auf das Entfernen aus. Weiterhin werden diese Nutzen alle erzielt während die Kegeltiefe/-länge des Eingriffs minimiert werden, damit der Zugang der Elektrodenanordnung 10 zu engen Arbeitsbereichen nicht beeinträchtigt wird.
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Gleichzeitig ist der Kühlmittelkanaldurchmesser von 11,2 mm bei der Elektrodenanordnung E auf 12,7 mm in der Elektrodenanordnung 10 erweitert worden. Dies stellt eine Zunahme von ungefähr 13% dar, welche die Wärmeableitung verbessert und optimiert. Im Allgemeinen gehen Zunahmen bei den Kühlmittelkanaldurchmessern zu Lasten von Wandstärken. Bezeichnenderweise sind beide Merkmale bei der Elektrodenanordnung 10 gegenüber der Elektrodenanordnung E aus dem Stand der Technik vergrößert.
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Es sollte weiterhin berücksichtigt werden, dass die Länge des Bearbeitungsendes
38 der Elektrodenkappe
18 gegenüber dem Bearbeitungsende der Elektrodenkappe C (20,5 gegenüber 9,7) um ungefähr 111% dramatisch zugenommen hat, auch wenn Zunahmen von ca. 200% möglich sind. Somit wird die Lebensdauer der Elektrodenkappe
18 zwischen Auswechslungen potentiell mehr als verdoppelt, womit sich die Produktivität deutlich verbessert. Gleichzeitig wurde der Durchmesser des Bearbeitungsendes
38 der Elektrodenkappe
18 übereinstimmend mit dem Durchmesser des Bearbeitungsendes der Elektrodenkappe C aus dem Stand der Technik gestaltet, um die Verwendung standardmäßiger Elektrodeneinrichtungs- und wechselwerkzeuge sowie Schweißeinrichtungswerkzeuge (z.B. Kraftmesser) zu ermöglichen.
| TABELLE 1 | ELEKTRODENANORDNUNG E AUS DEM STAND DER TECHNIK | NEUE ELEKTRODENANORDNUNG 10 |
| Kegelwinkel | 1°26´ +/– 0°3´ | 1°26´ +/– 0°3´ |
| Wandstärke | 1,09 mm–1,70 mm | 1,98 mm–2,71 mm |
| Kühlmittelkanaldurchmesser | 11,2 +/– 0,3 mm | 12,7 +/– 0,3 mm |
| Länge des Bearbeitungsendes/zum Einrichten verfügbares Material | 9,7 +/– 0,3 mm | 9,7–29,0 +/– 0,3 mm |
| Durchmesser des Bearbeitungsendes | 19,1 +/– 0,3 mm | 19,1 +/– 0,3 mm |
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Bezeichnenderweise stellt die Schweißelektrodenanordnung 10 eine festere und langlebigere Konstruktion sowie eine größere Elektrodeneinrichtungszone bzw. ein auf eine längere Lebensdauer zwischen Kappenauswechslungen ausgerichtetes Bearbeitungsende 38 bereit als die Elektrodenanordnungen E aus dem Stand der Technik mit gleicher Länge L wie in 3 dargestellt. Es ist schwierig, diese kombinierten Nutzen bei Einhaltung der Standardlänge L sowie anderer Eigenschaften zu erzielen, die eine Verwendung der Elektrodenanordnung 10 als Ersatz für die Elektrodenanordnung E aus dem Stand der Technik in standardmäßigen Schweißzangen, Elektrodeneinrichtungsausrüstungen und Elektronenwechselausrüstungen ermöglichen, die sich bereits in der Produktionsanlage befinden und dort in Betrieb sind. Bei einem sorgfältigen Vergleich der 2 mit der 3 wird verständlich, dass dies im vorliegenden Beispiel dadurch erreicht wird, dass die Gesamtlänge des Schafts 16 gegenüber dem Schaft S reduziert wird, während der Eingriffsbereich des Schafts 16 im Halterungsadapter 14 vergrößert wird, um den Schaft zu verstärken und um die Festigkeit der Konstruktion zu verbessern (man beachte den Eingriff des ersten Abschnitts 28 des Schafts 16 in der Kegelbohrung 24 des Halterungsadapters 14 im Vergleich zum in der Bohrung P des kürzeren Halterungsadapters A aufgenommenen Abschnitt des Schafts S). Es ist weiterhin zu berücksichtigen, dass auch die Stärke oder Dicke der Wand 26 des Halterungsadapters 14, welche die Kegelbohrung 24 bildet, im Vergleich zur Wand R des Halterungsadapters A in der Elektrodenanordnung E aus dem Stand der Technik vergrößert worden ist, um eine noch weitergehende Verstärkung und Festigkeit bereitzustellen. Weiterhin ist die Länge des Bearbeitungsendes 38 der Elektrodenkappe 18 im Vergleich zum Bearbeitungsende D der Kappe C aus dem Stand der Technik deutlich verlängert, so dass mehr Material zum Einrichten vorhanden und somit die Lebensdauer der Schweißelektrodenanordnung 10 zwischen Auswechslungen verlängert ist.
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Wie aus einer neuerlichen Betrachtung der 2 verständlich sein wird, weist in einer möglichen Ausführungsform der Schweißelektrodenanordnung 10 mit einer Gesamtlänge L der Schaft 16 eine Gesamtlänge von zwischen 0,41 und 0,59 L auf, wobei zwischen 0,29 und 0,60 L des Halterungsendes 28 des Schafts in der Kegelbohrung 24 aufgenommen und durch die Seitenwand 26 des Halterungsadapters 14 verstärkt sind. Weiterhin nehmen zwischen 0,16 und 0,33 L der Länge des Schafts 16 das Halterungsende 36 der Elektrodenkappe 18 auf und werden somit effektiv von der Kappe verstärkt. Somit sind zwischen 45,3% und 92,9% der Gesamtlänge des Schafts 16 entweder vom Halterungsende 36 der Elektrodenkappe 18 oder von der Seitenwand 26 des Halterungsadapters 14 strukturell verstärkt.
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In einer anderen möglichen Ausführungsform weist der Schaft 16 eine Gesamtlänge von zwischen 0,52 und 0,59 L auf, wobei zwischen 0,29 und 0,40 L des proximalen Endes 28 der Schaftlänge in der Bohrung 24 aufgenommen und von der Seitenwand 26 des Halterungsadapters 14 verstärkt sind. Weiterhin nehmen zwischen 0,16 und 0,22 L der Länge des Schafts 16 das Halterungsende 36 der Elektrodenkappe 18 auf und werden somit effektiv von der Elektrodenkappe verstärkt. Bei dieser Ausführungsform sind zwischen 45,3% und 61,1% der Gesamtlänge des Schafts 16 strukturell verstärkt.
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Zum Zweck des Vergleichs mit dem Stand der Technik wird nun auf 2 und 3 Bezug genommen, welche die Gesamtlänge L der Schweißelektrode 10 der vorliegenden Erfindung sowie die Schweißelektrodenanordnung E aus dem Stand der Technik darstellen. Wie in diesen Figuren dargestellt macht der Schaft 16/S eine Länge SL der Gesamtlänge L der Elektrodenanordnung 10/E aus, wobei der Abschnitt SA jener Länge durch den Halterungsadapter 14/A und der Abschnitt SC der Länge durch das Halterungsende 36/M der Elektrodenkappe 18/C verstärkt ist. SU bezeichnet die verbleibende Länge des Schafts 16/S, die weder vom Halterungsadapter 14/A noch der Elektrodenkappe 18/C verstärkt ist. Wie klar dargestellt beträgt der nicht verstärkte Abschnitt des Schafts 16 in der Schweißelektrodenanordnung 10 wesentlich weniger als die Gesamtlänge, während der nicht verstärkte Abschnitt SU der Elektrodenanordnung aus dem Stand der Technik wesentlich mehr als 50% beträgt. Bezeichnenderweise hat die größere Verstärkung des Schafts S die Funktion einer Erhöhung der Festigkeit der Elektrodenanordnung 10 gegenüber der Elektrodenanordnung E aus dem Stand der Technik, was der Elektrodenanordnung 10 somit auch bei Punktschweißkräften von bis zu 12 kN und Schweißströmen von bis zu 80 kA über eine längere Lebensdauer ermöglicht. Wie in 2 und 3 dargestellt ermöglicht die Verwendung eines kürzeren Gesamtschafts 16 in der Schweißelektrodenanordnung 10 gegenüber dem Schaft S in der Elektrodenanordnung E aus dem Stand der Technik weiterhin die Verwendung einer Elektrodenkappe 18 mit einer viel längeren Einrichtungsabschnittslänge DL im Vergleich zum Einrichtungsabschnitt DL der Elektrodenanordnung E aus dem Stand der Technik, womit eine viel längere Lebensdauer zwischen Kappenauswechslungen bereitgestellt wird.
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Das Vorstehende ist zum Zweck der Darstellung und Beschreibung bereitgestellt worden. Es ist nicht als erschöpfend oder als die Ausführungsformen auf die präzise Form der Offenbarung beschränkend zu erachten. Im Hinblick auf die oben erwähnten Lehren sind offensichtliche Abänderungen und Varianten möglich. Beispielsweise können die Verbindungen zwischen der Elektrodenkappe 18 und dem Schaft 16 sowie dem Schaft 16 und dem Halterungsadapter mit Gewinden versehen sein. Während die Elektrodenkappe im Zusammenhang mit einer dreiteiligen Elektrodenanordnung 10 dargestellt worden ist, kann die Elektronenkappe 18 verständlicherweise mit einer Elektrode im Wesentlichen jeglicher geeigneter Konstruktion zusammen verwendet werden. Alle solchen Abänderungen und Varianten liegen im Schutzumfang der beigefügten Ansprüche, sofern sie im Einklang mit dem Umfang ausgelegt werden, auf den sie ordentlich, rechtmäßig und gerechterweise Anspruch erheben.
