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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Widerstandspunktschweißen eines metallischen Materials, mit einem Schweißelektrodenpaar, einer relativ zu dem Schweißelektrodenpaar bewegbaren Nebenelektrode zum Erwärmen des zu verschweißenden metallischen Materials.
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Im Stand der Technik sind sogenannten Sandwichmaterialien, beispielsweise in Form von Sandwichblechen, bekannt, bei denen zwischen zwei metallischen Deckschichten eine thermoplastische Kunststoffschicht angeordnet ist. Im Gegensatz zu Vollblechen weisen Sandwichbleche ein geringeres Gewicht auf, bei gleichzeitig guten Festigkeitseigenschaften. Infolge der zwischen den metallischen Deckschichten angeordneten, elektrisch isolierenden Kunststoffschicht, sind bei einer Verarbeitung der Bleche mittels eines Schmelzschweißverfahrens, wie beispielsweise Widerstandspunktschweißen, besondere Maßnahmen zu treffen, um eine einwandfreie Schweißverbindung zu gewährleisten.
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In diesem Zusammenhang ist der in der
DE 10 2011 109 708 A1 beschriebene Stand der Technik zu nennen, wonach ein Aufschmelzen der Kunststoffzwischenschicht mittels einer Temperierung der Schweißelektroden erfolgen kann. Als nachteilig kann hierbei der zusätzliche, apparative Aufwand gesehen werden, der darin besteht, dass hierfür geeignete Schweißelektroden bereitgestellt werden müssen, die gegebenenfalls speziell für diesen Anwendungsfall spezifiziert werden müssen und damit teuer in der Herstellung sind. Weiterhin ist der in der
DE 10 2014 008 623 A1 beschriebene Stand der Technik zu nennen, der vorschlägt, benachbart zu der einen Schweißelektrode einen Kontaktierungskörper, der auch als Nebenelektrode bezeichnet werden kann, anzuordnen. Die eine Schweißelektrode und die Nebenelektrode werden gemeinsam und benachbart zueinander auf die Oberfläche eines zu verschweißenden metallischen Materials aufgesetzt. Durch einen Stromfluss über die eine Schweißelektrode, das metallische Material und die Nebenelektrode über einen sogenannten Nebenschluss wird die Kunststoffzwischenschicht im zu verschweißenden Bereich erwärmt, so dass sie zwischen den Deckblechen verdrängt werden kann.
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Weiterhin ist in diesem Zusammenhang zu beschreiben, dass Schweißelektroden und Schweißelektrodenkappen einem hohen Verschleiß durch thermische und mechanische Belastungen während des Arbeitsvorganges unterliegen. Um eine im Zeitverlauf gleichbleibende Schweißqualität zu gewährleisten, müssen die Schweißelektroden beziehungsweise Schweißelektrodenkappen regelmäßig nachgearbeitet werden. Diese Nacharbeit kann beispielweise mit Fräsern erfolgen, die auch als Elektrodenkappenfräser bezeichnet werden. Hier sind Vorrichtungen unterschiedlichen Automatisierungsgrades bekannt. Rein exemplarisch kann hier ein Kappenfräser genannt werden, wie er in der
DE 20 2015 103 064 U1 beschrieben ist. Jedenfalls ist es so, dass der Fräser, d. h. das Werkzeug, in geeigneter Weise in eine axiale Flucht zu den beiden Schweißelektroden der Schweißvorrichtung gebracht werden muss. Für den Fall, dass benachbart zu einer der Schweißelektroden eine Nebenelektrode angeordnet ist, für den zuvor beschriebenen oder einen anderen Zweck, gilt es zu gewährleisten, dass die Nebenelektrode eine Vorschubbewegung, beispielsweise ein Einschwenken, des Fräsers in eine axiale Flucht mit den Schweißelektroden nicht behindert. Dies könnte zu Beschädigungen des Fräsers oder der Elektroden und zu einer Verzögerung des Arbeitsablaufes führen.
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Ausgehend hiervon besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, eine Schweißvorrichtung bereitzustellen, die den skizzierten Erfordernissen Rechnung trägt.
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Die Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung zum Widerstandspunktschweißen eines metallischen Materials, umfassend ein Schweißelektrodenpaar, eine relativ zu dem Schweißelektrodenpaar bewegbare Nebenelektrode zum Erwärmen des zu verschweißenden metallischen Materials und eine zwischen einer Verriegelungsstellung und einer Entriegelungsstellung bewegbare Riegelvorrichtung,
- – über die die Nebenelektrode in der Verriegelungsstellung in einer Arbeitsposition arretiert ist, in der die Nebenelektrode in einer Ebene des zu verschweißenden Materials positioniert ist, und wobei
- – die Nebenelektrode durch Betätigung der Riegelvorrichtung in die Entriegelungsstellung in eine Freigabeposition überführbar ist, in der die Nebenelektrode aus der Ebene des zu verschweißenden Materials zurückbewegt ist.
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Hierbei ist mit dem Begriff „Ebene des zu verschweißenden Materials” eine geometrische Referenzebene definiert. Ist also die Nebenelektrode, oder zumindest ein Teil von ihr, in einer solchen Ebene angeordnet, ist sie in einem Bereich zumindest einer der Schweißelektroden angeordnet. Folglich ergibt sich zumindest eine reduzierte Zugänglichkeit zu der Schweißelektrode beispielsweise für einen Kappenfräser. Ist andererseits die Nebenelektrode nicht in einer solchen Ebene angeordnet oder wurde sie aus einer solchen Ebene wegbewegt, ist ein Kappenfräser in der Lage eine der oder beide Schweißelektroden ungehindert zu erreichen. Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Widerstandsschweißen zeichnet sich demnach durch den Vorteil aus, dass die Nebenelektrode bedarfsweise zwischen einer Arbeitsposition und einer Entriegelungsposition bewegt werden kann. Während die Nebenelektrode in der Arbeitsposition also das für ein Verdrängen der Kunststoffzwischenschicht erforderliche Erwärmen dieser Schicht unterstützen beziehungsweise durchführen kann, behindert die Nebenelektrode in der Freigabeposition nicht eine Vorschubbewegung eines Kappenfräsers, so dass dieser in eine Position gebracht werden kann, um einen Fräsvorgang an den Elektroden durchzuführen. Als weiterer Vorteil ist zu nennen, dass die Nebenelektrode in der Arbeitsposition verriegelt werden kann, so dass die Nebenelektrode sich in einer klar definierten und gegen Verschieben gesicherten Position befindet.
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Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Riegelvorrichtung von der Entriegelungsstellung in die Verriegelungsstellung federbeaufschlagt ist. Diese Form der Beaufschlagung ist grundsätzlich energiesparend, wenn es erforderlich ist, dass die Nebenelektrode über den Verlauf eines Schweißvorgangs sich zum überwiegenden Teil in der Arbeitsposition befindet.
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Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Betätigung der Riegelvorrichtung in die Entriegelungsstellung hydraulisch, pneumatisch oder mechanisch erfolgt. Hiermit kann die Riegelvorrichtung einfach an vorhandene Infrastruktur im Bereich der Schweißapparatur angeschlossen werden. In dem einfachsten und bevorzugten Fall, kann die Riegelvorrichtung einen mechanischen Anschlag umfassen, der während der Vorschubbewegung des Kappenfräsers durch den Kappenfräser an sich oder dessen Halterungsvorrichtung betätigt wird.
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Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass eine Verschieberichtung der Riegelvorrichtung unter einem Winkel, bevorzugt einem rechten Winkel, bezogen auf eine Bewegungsrichtung der Nebenelektrode relativ zu dem Schweißelektrodenpaar angeordnet ist. Hierbei kann in vorteilhafter Weise die Verschieberichtung der Riegelvorrichtung derart ausgewählt werden, dass sie parallel zu der Richtung der Vorschubbewegung des Kappenfräsers ausgerichtet ist. Hierdurch ergibt sich insbesondere bei einer mechanischen Betätigung der Riegelvorrichtung die Möglichkeit, die Vorschubbewegung ohne weitere Notwendigkeit einer Bewegungsübersetzung auf die Riegelvorrichtung zu übertragen.
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Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Riegelvorrichtung zur jeweiligen Einnahme der Entriegelungsstellung und der Verriegelungsstellung ein bewegliches Koppelelement umfasst, wobei die Nebenelektrode über einen ersten Rampenabschnitt des Koppelelements von der Freigabeposition in die Arbeitsposition verfahrbar ist. Ein an dem Koppelelement angeordneter Rampenabschnitt bietet eine einfache und zuverlässige Möglichkeit die Richtung einer Betätigung in eine winklig zu dieser angeordnete Reaktionsbewegung zu übersetzen. Insbesondere ist vorgesehen, dass der erste Rampenabschnitt über seinen Verlauf eine Höhenänderung in Bewegungsrichtung der Nebenelektrode relativ zu dem Schweißelektrodenpaar aufweist.
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Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass ein Halterungselement der Nebenelektrode ein komplementär zu dem ersten Rampenabschnitt des Koppelelements ausgebildeten zweiten Rampenabschnitt aufweist, wobei beide Rampenabschnitte in einer Wirkverbindung stehen. Hier kann in vorteilhafter Weise eine Verstärkung der Übersetzung der Betätigungsbewegung in die Reaktionsbewegung erreicht werden.
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Ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung sieht vor, dass durch Betätigung des Koppelelements in die Entriegelungsstellung der erste Rampenabschnitt des Koppelelements die Nebenelektrode derart freigibt, dass diese mittels der auf sie wirkenden Schwerkraft in die Freigabeposition verfährt. Dieses Ausführungsbeispiel bietet sich insbesondere dann als vorteilhaft an, wenn das Schweißelektrodenpaar vertikal beziehungsweise senkrecht zu einer Horizontalen ausgerichtet ist. Weiterhin ist dieses Ausführungsbeispiel mechanisch einfach darstellbar.
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Ein alternatives Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung sieht vor, dass der erste Rampenabschnitt des Koppelelements und der zweite Rampenabschnitt des Halterungselements formschlüssig in einer Wirkverbindung stehen, um die Nebenelektrode zwangsgeführt in die Freigabeposition zu überführen. Dieses Ausführungsbeispiel bietet sich insbesondere dann als vorteilhaft an, wenn das Schweißelektrodenpaar abweichend von einer Vertikalen ausgerichtet ist, so dass eine Schwerkraftkomponente gegebenenfalls nicht ausreichend ist, die Nebenelektrode in die Freigabeposition zu beaufschlagen.
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Die Erfindung wird nachfolgend mit weiteren Merkmalen, Einzelheiten und Vorteilen anhand der beigefügten Figuren erläutert. Die Figuren illustrieren dabei lediglich beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung. Hierin zeigen
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1 eine Schnittansicht einer Vorrichtung zum Widerstandspunktschweißen mit einer Nebenelektrode in einer Arbeitsposition und
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2 eine Schnittansicht der Vorrichtung zum Widerstandspunktschweißen mit der Nebenelektrode in einer Freigabeposition.
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Die 1 zeigt eine in Teilen schematische Schnittansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 10 zum Widerstandspunktschweißen eines metallischen Materials. Die Vorrichtung umfasst eine erste Schweißelektrode 12 1 und eine zweite Schweißelektrode 12 2, welche auch als Schweißelektrodenpaar 12 1, 12 2 bezeichnet werden können. Das Schweißelektrodenpaar 12 1, 12 2 ist vorliegend vertikal bezogen auf eine Horizontale ausgerichtet, wobei auch eine andere Ausrichtung bezogen auf die Horizontale vorgesehen sein kann. Die hier obere Schweißelektrode 12 2 ist nur abschnittsweise dargestellt, insbesondere wurde auf die Darstellung einer entsprechenden Halterung verzichtet. Die hier untere Schweißelektrode 12 1 ist in einem Vorrichtungsbett 14 gehalten, wobei die Schweißelektrode 12 1 in diesem Bereich mit einer nicht dargestellten stromführenden Leitung verbunden ist, die Teil eines Stromkreises ist, welcher für die Durchführung eines Schweißprozesse erforderlich ist. Dargestellt ist ferner eine Nebenelektrode 20, die auf einem Halterungselement 22, das die untere Schweißelektrode 12 1 bevorzugt umgibt, angeordnet ist. Die Nebenelektrode 20 ist in Seitenansicht dargestellt, da es bezogen auf die Zeichnungsebene hinter der unteren Schweißelektrode 12 1 angeordnet ist.
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Die Nebenelektrode 20 ist über das Halterungselement 22 gegenüber der Schweißelektrode 12 1 in vertikaler Richtung in einer Verschieberichtung V bewegbar, die durch einen Doppelpfeil symbolisiert dargestellt ist. Hierbei soll die in der 1 gezeigte obere Position als Arbeitsposition der Nebenelektrode 20 bezeichnet werden, in der ein oberes Ende der Nebenelektrode 20 in eine Ebene E des nicht dargestellten zu verschweißenden Materials ragt, welches vorliegenden horizontal zwischen dem Schweißelektrodenpaar 12 1, 12 2 angeordnet ist. Ausgehend von dieser Arbeitsposition kann die Nebenelektrode 20 über das Halterungselement 22 in eine Freigabeposition bewegt werden, in der die Nebenelektrode 20 aus der Ebene E des zu verschweißen Materials heraus, vorliegend nach unten, bewegt wurde. Dies wird näher im Zusammenhang mit der 2 weiterhin unten erläutert.
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Das Halterungselement 22 kann, wie vorliegend, ein Aufnahmeelement 24 und ein Koppelelement 26 umfassend, wobei das Aufnahmeelement 24 und das Koppelelement 26 über nicht dargestellte Passschrauben und über ein Federelement 30 verbunden sind, so dass nach Überwinden der durch das Federelement 30 aufgebrachten Federkraft eine Relativbewegung zwischen dem Aufnahmeelement 24 und dem Koppelelement 26 aufgeprägt werden kann. Das Halterungselement 22 kann auch grundsätzlich einteilig ausgeführt sein.
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Weiterhin umfasst die Vorrichtung 10 zum Widerstandspunktschweißen eine Riegelvorrichtung 40, mittels der die aus der Nebenelektrode 20 und dem Halterungselement 22 gebildete Einheit in der Arbeitsposition arretiert werden kann. Weiterhin kann die Riegelvorrichtung 40 die Nebenelektrode 20 und das Halterungselement 22 in der Arbeitsposition freigeben, so dass die in der Lage sind in Freigabeposition zu verfahren. In der hier beschriebenen Ausführungsform verfahren die Nebenelektrode 20 und das Halterungselement 22 mittels Schwerkraft in die Freigabeposition, nachdem sie von der Riegelvorrichtung 40 freigegeben wurden. Die Riegelvorrichtung 40 steht somit in einer Wirkverbindung mit dem Halterungselement 22.
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Die Riegelvorrichtung 40 kann zwischen einer Verriegelungsstellung und einer Entriegelungsstellung bewegt beziehungsweise verfahren werden. Grundsätzlich ist denkbar, dass diese Bewegung hydraulisch, pneumatisch oder mechanisch aufgeprägt wird. Die vorliegend beschriebene Ausführungsform ist mechanisch betätigt. Die Riegelvorrichtung 40 kann hierzu im Wesentlichen von dem Vorrichtungsbett 14 aufgenommen sein. So kann in dem Vorrichtungsbett 14 eine Aufnahmebereich 16 vorgesehen sein, in dem die Riegelvorrichtung 40 aufgenommen beziehungsweise gehalten ist. Die Riegelvorrichtung 40 umfasst Federmittel 42 und ein zweites Koppelelement 50. Die Federmittel 42 können als Schraubenfeder ausgebildet sein und stützen sich mit der einen Seite in dem Aufnahmebereich 16 des Vorrichtungsbetts 14 und mit der anderen Seite an dem zweiten Koppelelement 50 ab. Das erste Koppelelement 26 des Halterungselements 22 weist eine erste Anlagefläche 32 und das zweite Koppelelement 50 der Riegelvorrichtung 40 weist eine zweite Anlagefläche 54 auf. Die Anordnung ist so getroffen, dass die Federmittel 42 die Riegelvorrichtung 40 in eine Verriegelungsstellung beaufschlagen, in der die erste Anlagefläche 32 des Halterungselements 22 mit der zweiten Anlagefläche 54 der Riegelvorrichtung 40 in Kontakt steht, so dass das Halterungselement 22 in der Arbeitsposition arretiert ist. Die Ausrichtung der beiden Anlagefläche 32, 54 ist parallel zueinander und bevorzugt senkrecht zu der Verschieberichtung V angeordnet. Hierdurch ist gewährleistet, dass die durch das Halterungselement 22 erzeugte Vertikalkraft als Normalkraft auf die zweite Anlagefläche 54 geleitet wird, so dass hierdurch eine Arretierung in der Verriegelungsstellung erfolgt.
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Das erste Koppelelement 26 weist benachbart der ersten Anlagefläche 32 einen ersten Rampenabschnitt 28 und das zweite Koppelelement 50 weist benachbart zu der Anlagefläche 54 einen zweiten Rampenabschnitt 52 auf. Bezogen auf die Anlageflächen 32, 54 in der Verriegelungsstellung der Riegelvorrichtung 40 sind die beiden Rampenabschnitte 28, 52 zu entgegengesetzten Richtungen ausgebildet. Die beiden Rampenabschnitte 28, 52 weisen jeweils Gleitflächen 34, 56 auf, die parallel zueinander ausgerichtet und bezogen auf die Verschieberichtung V um einen Winkel schräg gestellt sind, wobei dieser Winkel beispielsweise 30° beträgt. Die Anordnung ist so getroffen, dass bei einer Bewegung der Riegelvorrichtung 40 von der Verriegelungsstellung in die Entriegelungsstellung die zweite Anlagefläche 54 unter der ersten Anlagefläche 32 durchgeschoben wird, bis der zweite Rampenabschnitt 52 zu dem ersten Rampenabschnitt 28 in Kontakt tritt und unter diesem durchgeschoben wird. Hierbei gleitet das Halterungselement 26 über die erste Gleitfläche 34 des ersten Rampenabschnitts 28 auf der zweiten Gleitfläche 56 des zweiten Rampenabschnitts 52 ab, so dass das Halterungselement 22 infolge der winkligen Anstellung der Gleitflächen 34, 56 vertikal nach unten in eine Freigabeposition verfährt. Diese Freigabeposition ist in der 2 dargestellt.
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Für eine mechanische Betätigung der Riegelvorrichtung 40 von der Verriegelungsstellung in die Entriegelungsstellung kann das zweite Koppelelement 50 einen Betätigungsanschlag 58 aufweisen, der in der Verriegelungsstellung über eine Stirnfläche 18 des Vorrichtungsbetts 14 hinausragt, wie dies in 1 dargestellt ist. Über diesen Betätigungsanschlag 58 ist es möglich, die Riegelvorrichtung 40 extern betätigt in die Entriegelungsstellung zu beaufschlagen. Für die externe Betätigung kann beispielsweise ein Kappenfräser benutzt werden und zwar kann vorgesehen sein, dass der Kappenfräser während der Vorschubbewegung auf die Schweißelektroden 12 1, 12 2 zu den Betätigungsanschlag 58 beaufschlagt und die Riegelvorrichtung 40 in die Entriegelungsstellung überführt. Folglich ist das Halterungselement 22 mit der Nebenelektrode 20 in der Lage, in die Freigabeposition zu verfahren. Alternativ kann auch vorgesehen sein, dass die Vorschubbewegung von der Schweißvorrichtung 10 oder von Teilen von dieser in Richtung des ortsfesten Kappenfräsers ausgeführt wird.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Vorrichtung zum Widerstandspunktschweißen
- 12
- Schweißelektrode
- 14
- Vorrichtungsbett
- 16
- Aufnahmebereich
- 18
- Stirnseite
- 20
- Nebenelektrode
- 22
- Halterungselement
- 24
- Aufnahmeelement
- 26
- Koppelelement
- 28
- Rampenabschnitt
- 30
- Federelement
- 32
- Anlagefläche
- 34
- Gleitfläche
- 40
- Riegelvorrichtung
- 42
- Federmittel
- 50
- Koppelelement
- 52
- Rampenabschnitt
- 54
- Anlagefläche
- 56
- Gleitfläche
- 58
- Betätigungsanschlag
- V
- Verschieberichtung
- E
- Ebene
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102011109708 A1 [0003]
- DE 102014008623 A1 [0003]
- DE 202015103064 U1 [0004]
