DE2362146A1

DE2362146A1 - Punktschweissverfahren und vorrichtung hierfuer

Info

Publication number: DE2362146A1
Application number: DE2362146A
Authority: DE
Inventors: Emil Dipl Ing Dengler
Original assignee: Individual
Current assignee: Dengler Schweisstechnik 5810 Witten De GmbH
Priority date: 1973-12-14
Filing date: 1973-12-14
Publication date: 1975-06-26
Also published as: DE2362146B2; IT1025119B

Description

Patentanwälte 2o4ⁿ

Dipl.-Ing. Karl Voigt
Dlpl.-lng. HeSnz-D. Kalkoff

WilLon, Auf :">t»inhausen 1

Postfach 2443 i. 02302/3660 2 3 6 2 1 4 ^!v-

Emil D e η g 1 e r

581o Witten(Ruhr)
Bahnhofstraße 3o

Punktschweißverfahren und Vorrichtung hierfür

Die Erfindung betrifft ein Punktschweißverfahren unter Verwendung einer an einem Halter befestigten Punktelektrode sowie eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.

Beim Widerstandspunktschweißen als Pügeverfahren ist die Punktfestigkeit hauptsächlich abhängig von folgenden Parametern:

1. Elektrodenkraft .

2. Schweißzeit

3· Schweißstromstärke
4· Elektrodendurchmesser

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Falln sich einer dinner Parameter unbeabsichtigt ändert, besteht in gewissen Grenzen die Möglichkeit, diese Veränderung durch Regelung oder Neueinstellung eines anderen P-rameters auszugleichen. Grundsätzlich bestünde die Möglichkeit, die Parameter 1 bis 5 auch als Absolutwerte konstant einzustellen. Dies gilt jedoch nicht für den Parameter 4. Als Ausgleich hierfür hat man bereits versucht, den Parameter 5 ständig nachzuregeln. Zum einen erfordert dies einen hohen gerätetechnischen Aufwand. Zum anderen wird damit kein Ausgleich für andere, sich ändernde Verhältnisse geschaffen. So nimmt zum Beispiel die spezifische Elektrodenkraft (Kraft pro Flächeneinheit) bei einer Vergrößerung der Elektrodenspitze ab. Auch verändert nich der in dem zu verschweißenden Material aufgebaute Druckkegel, was wiederum zu einer häufig unzulässigen Vergrößerung der Schweißlinse führt. Schließlich ist mit einer Durchmesservergrößerung der Elektrodenspitze ein erhöhter Energieaufwand verbunden.

Veränderungen des Parameters 4 gehen auf den unvermeidbaren Verschleiß der Elektrodenspitze zurück. Bekannte Elektroden bestehen aus einem im Querschnitt kräftigen Schaft, der in der Lage ist, die erforderlichen Belastungen in der Größenordnung von 250 kp zu übertragen. An diesen Schaft schließt sich eine in die eigentliche Spitze auslaufende Verjüngung an, deren Stirnfläche die Berührungsfläche beim Schweißen darstellt.

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Die Verjüngung ist erforderlich, um die hohen beim Schweißvorgang an der Spitze auftretenden Wärmemengen wirksam ableiten und auf die Bereiche mit größerem Querschnitt verteilen zu können. Andernfalls ist die Spitze in: Hinblick auf ihre Warmfestigkeit zu hohen Temperaturen ausgesetzt, was zur Folge hat, daß die Spitze unter der Einwirkung der Elektrodenkraft breitgedrückt und die Berührungsfläche somit unerwünscht vergrößert wird.

"Die Spitze selbst kann unterschiedlich geformt sein, und zwar in Anpassung an die jeweils gegebenen Betriebsbedingungon und an die zu erzielenden Schweißergebnisse. Auch im Falle einer ausreichenden Wärmeabfuhr nutzt sich jedoch die Spitze ab, wodurch sich automatisch die Berührungsfläche der Punktelektrode vergrößert.

Um zu tragbaren Ergebnissen zu kommen, war es bisher erforderlich, die Elektroden häufig auszuwechseln und/oder nächzuarbeiten. Dies bringt einen erheblichen Zeit- und Arbeitsaufwand mit sich. Auch muß hochqualifiziertes Personal zur Verfügung stehen. Man kann auch zweiteilige Punktelektroden verwenden, bei denen lediglich die Elektrodenkäppe ausgetauscht und/oder nachgearbeitet werden muß. Jedoch ergeben sich damit nur geringfügig verbesserte Verhältnisse.

In jedem Falle ist es aus wirtschaftlichen Gründen erforderlich, gewisse Querschnittsveränderungen der Elektrodenspitze in

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Kauf zu nehmen. Es lassen sich also keine Punktreihen mit exakt gleicher Punktfestigkeit herstellen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine in ihrer Wirtschaftlichkeit verbesserte Möglichkeit zum Ausbilden von Schweißpunkten konstanter Festigkeit zu schaffen, "bei der unter Verminderung des gerätetechnischen Aufwandes die Notwendigkeit entfällt, die Punktelektroden auszuwechseln und/oder nachzuarbeiten.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist das Verfahren nach der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß die in an sich bekannter Weise einen konstanten Querschnitt besitzende Punktelektrode in Längsrichtung relativ zum Halter nachgestellt wird.

Punktelektroden mit konstantem Querschnitt hat man bisher ausschließlich als Gegenelektroden verwendet, die mit einer spitz zulaufenden Punktelektrode zusammenarbeiten. Me Berührungsfläche der Gegenelektrode ist wesentlich größer als die zur Erzielung der Schweißlinse dienende Spitze der anderen Punktolektrode. Oementsprechend unterliegt die Gegenelektrode einem vernachlässigbar geringen Verschleiß, der das Auftreten der oben erläuterten Problematik ausschließt.

Bei dem Verfahren nach der Erfindung hingegen läßt sich aufgrund des Nachstellvorganges eine Punktelektrode verwenden,

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deren Querschnitt der Größe der gewünschten Berührungsfläche \ entspricht. Diese Punktelektrode wird ständig so geregelt, daß sie nur geringfügig über den Halter vorsteht. Auf diese ; Weise wird die notwendige Wärmeabfuhr durch Übergang der Wärme von dem vorstehenden Elektrodenende auf den Halter und damit die Formbeständigkeit der Elektrodenspitze zur Konstanthaltung der Berührungsfläche gewährleistet, und die erforderliche Elektrodenkraft kann dementsprechend ohne weiteres auf das zu schweißende Material ausgeübt werden. Eine Abnutzung der Elektrode kann keine nachteiligen Auswirkungen mit sich bringen, da keine eigentliche Elektrodenspitze mit veränderbarem Querschnitt vorhanden ist.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es also möglich, die eingangs genannten 4 Parameter tatsächlich exakt konstant zu halten, so daß eine Vielzahl von Schweißpunkten mit gleichbleibender Punktfestigkeit ausgebildet werden kann. Ein wesentlich erhöhter gerätetechnischer Aufwand muß nicht getrieben werden. Auch entfällt der Einsatz hochqualifizierten Bedienungspersonals, da kein Auswechseln und/oder Nacharbeiten der Punktelektrode erforderlich ist. Es müsoen lediglich die verbrauchten Punktelektroden gegen neue ersetzt werden.

Vorzugsweise erfolgt die Nachstellung nach der Ausbildung jedes Schweißpunktes. Man kann damit die frei aus dem Halter

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herausragende Elektrodenlänge auf ein Minimum reduzieren. Auch ist es vorteilhaft, daß die Nachstellbewegung vom Hub des Halters gesteuert wird, da sich auf diese Weise eine automatische Nachstellung erzielen läßt.

Die Erfindung schafft weiterhin eine Vorrichtung, die sich besonders gut zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens eignet und die dadurch gekennzeichnet ist, daß die Punktelektrode in Längsrichtung verstellbar im Halter angeordnet ist.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform ist dabei der hin- und hergehende Halter mit einer schrittweise arbeitenden, ein Gesperre aufweisenden Nachstellvorrichtung versehen, die von einem ortsfesten, vorzugsweise verstellbaren Anschlag betätigbar ist. Jeder Hub des Halters führt also zu einer automatischen Nachstellung der Punktelektrode, wobei der Betrag der Nachstellung durch Vorversuche empirisch ermittelt werden kann. Bildet man den Anschlag verstellbar aus, so lassen sich in besonders einfacher Weise Anpassungen an die jeweiligen Betriebsbedingungen erzielen.

Vorteilhafterweise besteht das Gesperre aus einem hin- und herschwenkbaren und einem in einer Richtung drehbaren Teil, wobei letzterer zur Längsverstellung der Punktelektrode mit einer

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Schrauben-Muttern-Verbindung gekoppelt ist. Man kommt auf diese Weise zu einer besonders einfachen Konstruktion. Gleiches gilt, wenn der hin- und herschwenkbare Teil des Gesperres von einem mit dem Anschlag zusammenwirkenden, gegen eine Rückstellkraft arbeitenden ersten Winkelhebel betätigbar ist.

Die. Schrauben-Muttern-Verbindung zur Längsverstellung der Punktelektrode kann in unterschiedlicher Weise ausgebildet Bein. Eine bevorzugte Möglichkeit besteht darin, daß die Punktelektrode drehfest und längsverschieblich mit dem in einer Richtung drehbaren Teil des Gesperres verbunden ist und ein Gewinde trägt, das in ein Gewinde einer drehfesten Hülse eingreift, wobei sich nach einem weiteren vorteilhaften Merkmal die Hülse bis zum Arbeitsende des Halters erstreckt, um die Punktelektrode so nahe wie möglich an ihrem vorderen Ende zu stützen und zu kühlen. Eine wirksame Kühlung wird dadurch erreicht, daß das Kühlwasser über entsprechende Kanäle bis zum unteren Halterende geführt wird. Bei dieser Konstruktion weist der Halter eine sehr geringe Anzahl von bewegbaren Einzelteilen auf.

Will man hingegen auf ein Gewinde an der Punktelektrode verzichten, so besteht erfindungsgemäß die Möglichkeit, daß die Punktelektrode in einer offenbaren Zange sitzt und an einem drehfest geführten Stößel anliegt, der mit einem Gewinde in ein Gewinde des in einer Richtung drehbaren Teils des Gesperres eingreift. Auch hier kann die Zange am Arbeits-

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ende des Halters angeordnet sein, um eine optimale Stützung und Führung der Punktelektrode zu gewährleisten.

Torteilhafterweise besteht die Zange aus mit einem Außenkonus zusammenwirkenden Konuselementen, die an einem gegen Federkraft in die Öffnungsstellung verschiebaren Zugelement sitzen. Um bei dieser besonders einfachen Konstruktion eine ebenfalls einfache Betätigung der Zange zu gewährleisten, weist das Zugelement eine Ausnehmung auf, in die ein Exzenter-Drehzapfen eines von einem ortsfesten, vorzugsweise einstellbaren Anschlag betätigbaren zweiten Winkelhebels eingreift.

Da die Bewegungen beider Winkelhebel miteinander synchronisiert sein sollen, sind sie vorzugsweise von einem gemeinsamen ortsfesten Anschlag betätigbar. Dabei besteht eine besonders elegante Konstruktion darin, daß die Winkelhebel fluchtend zueinander angeordnet sind und daß der ortsfeste Anschlag mittels eines Ansatzes einen der Winkelhebel durchgreift.

Um dem Bedienungspersonal in einfacher Weise die Überwachung des Elektrodenverbrauchs zu ermöglichen, kann der Halter mit einem sich zur Punktelektrode hin öffnenden seitlichen Kontrollschlitz versehen sein.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen im Zusammenhang mit der beiliegenden Zeichnung näher erläutert. Die Zeichnung zeigt in:

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- 9 - , 2ο4ο

Fig. 1 einen Axialschnitt durch eine erste Ausführungsform einer Vorrichtung nach der Erfindung;

Fig. 2 eine Seitenansicht der Vorrichtung nach Pig, 1., V gesehen in Richtung des Pfeiles C;

Fig. 3 einen. Axial schnitt durch eine zweite Ausführungsform einer Vorrichtung nach der Erfindung;

Fig. 4 eine Seitenansicht der Vorrichtung nach Figur 3, gesehen in Richtung des Pfeiles C.

Die Vorrichtung nach Figur 1 und 2 weist einen Halter 1 auf, der von einer Stange 2 auf und ab bewegt wird. Im letzten Abschnitt de3 Aufwärtshubes kommt ein am Halter gelagerter- "-. Winkelhebel 3 mit einem seiner Arme an einem ortsfecteii_e einstellbaren Anschlag 4 zur Anlage. Der Winkelhebel wird dabei verschwenkt und betätigt mit seinem anderen Arm "eine Stange 5» die an einem hin- und herschwenkbaren Teil 6 eines Gesperres angreift. Der Teil 6 nimmt dabei einen in einer Richtung drehbaren Teil 7 des Gesperres mit.

Ein starr mit dem Teil 7 verbundener Fortsatz 8 weist eine Vierkantbohrung auf, in welche ein Vierkant 9 einer Punktelektrode 1o hineinragt. Die Punktelektrode wird auf diese Weise drehfest und längsverschieblich mit dem in einer Richtung drehbaren Teil 7 des Gesperres verbunden,, Auf der Punktelektrode 1o ist weiterhin ein Gewinde vorgesehen, das in ein Gewinde einer drehfesten Hülse 11 eingreift» -

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¥ird nun durch die Betätigung des Winkelhebels 5 unter der Wirkung des Anschlags 4 der in einer Richtung drehbare Teil 7 des Gesperres um einen bestimmten Betrag weiterbewegt, so nimmt er die Punktelektrode 1o mit und verdreht sie um den gleichen Betrag gegenüber der Hülse 11. Dies "bedeutet, daß die Punktelektrode 1o bei jedem Aufwärtshub um einen vorbestimmten Längenabschnitt nach unten aus dem Halter Λ, herauswandert .

Beim Abwärtshub des Halters 1 gibt der ortsfeste Anschlag 4 den Winkelhebel 3 frei. Letzterer kehrt unter der Wirkung einer Zugfeder 12 in seine in Figur 2 dargestellte Ruhplage zurück, wobei er sich an einen Anschlag 13 anlegt. Dabei werden gleichzeitig die Stange 5 und der hin- und herschwenkbare Teil 6 des Gesperres mitgenommen. Der in einer Dreh— richtung bewegbare Teil 7 hingegen behält einschließlich der Punktelektrode 1o seine vorher eingestellte Lage bei«

Der Halter 1 ist mit einem seitlichen Kontrollschlitz 14 versehen, so daß das Bedienungspersonal die Möglichkeit hat, den Abnutzungsgrad der Punktelektrode 1o visuell oder durch Abtasten festzustellen. Auf diese Weise kann ermittelt werden, wann das Ersetzen einer verbrauchten Punktelektrode durch eine neue erforderlich wird. Dies geschieht dadurch, daß ein Kopfstück 15 des Halters 1 einschließlich der Hülse 11 und des verbrauchten Elektrodenstückes aus der zugehörigen konischen Fassung herausgezogen wird.

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Einsichtlich der mit gleichem Bezugszeichen versehenen Bauelemente stimmt die Vorrichtung nach den Figuren 3 und 4 mit der nach den Figuren 1 und 2 überein. Jedoch ist bei der zweiten Ausrührungsform nach der Erfindung der in einer Richtung drehbare Teil 7 des Gesperres mit einer Hülse "1'6 verbunden, in deren Gewinde ein mit Gewinde versehener Stößel 17 eingreift. Der Stößel wird über einen Vierkant 18 drehfest geführt und wandert daher nach unten, sobald sich der in einer Richtung drehbare Teil 7 des Gesperres beim Aufwärtshub den -Halt era 1 um einen bestimm ton Botrag bewegt. Am -.'■ Stößel 18 liegt die Punktelektrode 1ο an. Letztere trägt im vorliegenden Fall kein Gewinde, sondern wird von einer Klemmzange gehalten. Die Kiemmzange besitzt Konuselemente 19» die mit einem außenliegenden Konus 2o zusammenwirken. Die Konuselemente bilden das·untere Ende eines Zugelementes 21, das gegen die Wirkung einer Feder 22 in-die Öffnungsstellung der Zange verschiebbar ist.

Zur Durchführung dieser Verschiebungsbewegung weist das Zugelement eine Ausnehmung 23 auf, in die ein Exzenter-Drehzapfen 2/| eines zweiten.Winkelhebels 25 eingreift. Der zweite Winkelhebel ?5 wird von einem Ansatz 26 des verstellbaren Anschlags4 betätigt. Dieser Ansatz durchdringt den Winkelhebel 5

Beim Aufwärtshub des Halters wird also die Zange über den Portsatz 26 des Anschlags 4> den Winkelhebel 25» dessen Exzenter-Drehzapfen 24 und das Zugelement 21 in die Öffnungsstellung

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verbracht. Gleichzeitig kommt eine Schulter 27 des Anschlags am ersten Winkelhebel 3 zur Anlage und betätigt die Nachstellung der Punktelektrode 1o. Beim Abwärtshub kehren die Winkelhebel in ihre Ruhestellung gemäß Figur 4 zurück, d. h., der Winkelhebel 3 legt sich an seinen Anschlag 13 an, und der Winkelhebel 25 kommt mit einem Anschlag 28 zum Eingriff.

Von einem Anschluß 29 aus wird Kühlwasser in einen Kühlwasserkanal 3° i^m Halter 1 und von dort über senkrechte Kanäle 31 in Kopfntnok 15 bis xu einem Ringkanal 33 geführt, der am unteren Knde des Kopfstiicko 15 bei der Ausführung gemäß Figur 1 und 2 die Hülse 11 und bei der Ausführungsform gemäß Figur 3 und 4 eine Hülse 32 umgibt, die bei der letzteren Atisführungsform den Sitz für die Konuselemente 19 bildet. Das den Ringkanal 33 durchströmende Kühlwasser bewirkt eine intensive Kühlung des gesamten unteren Endes des Kopfstückes 15, so daß für eine unmittelbare Ableitung der beim Schweißen auftretenden Wärmemengen Sorge getragen ist. Infolge dieser Kühlung bleibt die Warmfestigkeit der Elektrode auch an deren Spitze erhalten, so daß unerwünschte Verformungen infolge der Einwirkung von Temperatur- und Wärmespitzen mit der Folge einer Verbreiterung der Berührungsfläche vermieden werden. Die automatische Nachstellung der Punktelektrode 1o erfolgt jeweils aufgrund empirisch ermittelter Einstellungen des Anschlags 4* und zwar derart, daß die Elektrode 1o jeweils nur um ein geringes Maß aus dem unteren Ende des Kopfstücks 15 herausragt, wie es in den Zeichnungen dargestellt ist. Das Bedienungspersonal kann

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jederzeit eine Korrektur bei der Einstellung des Anschlags 4 vornehmen, .wenn sich dies als erforderlich erweist«

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Claims

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Patentansprüche

1.1 Verfahren zum Ausbilden von Schweißpunkten unter Verwendung einer an einem Halter befestigten Punktelektrode, dadurch gekennzeichnet,

daß die in an sich bekannter Weise einen konstanten Querschnitt besitzende Punktelektrode in Längsrichtung relativ zum Halter nachgestellt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,

daß die Nachstellung nach der Ausbildung jedes Schweißpunktes erfolgt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 ader 2,
dadurch gekennzeichnet,

daß die Nachstellbewegung vom Hub des Halters gesteuert wird.

ή. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3»
dadirch gekennzeichnet,

daß die Punktelektrode (io) in Längsrichtung verstellbar im Halter (i) angeordnet ist.

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5- Vorrichtung nach Anspruch 4»
dadurch gekennzeichnet,

daß der hin-und hergehende Halter (i) mit einer schrittweise arbeitenden, ein Gesperre (6, 7) aufweisenden Nachstellvorrichtung versehen ist, die von einem ortsfesten, vorzugsweise verstellbaren Anschlag (4) betätigbar ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5» dadurch gekennzeichnet,

daß das Gesperre aus einem hin- und herschwenkbaren (6) und einem in einer Richtung drehbaren Teil (7) besteht, wobei letzterer zur Längsyerstellung der Punktelektrode (io) mit einer Schrauben-Muttern-Verbindung gekoppelt ist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 tis 6, dadurch gekennzeichnet, .

daß der hin- und herschwenkbare Teil (6) des Gesperres von einem mit dem Anschlag (4) ' usammenwirkenden, gegen eine Rückstellkraft arbeitenden ersten Winkelhebel (3) betatigbar ist. · V · . '

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 7» dadurch gekennzeichnet,

daß die Punktelektrode (io) drehfest und längsverschieblich mit dem in einer Richtung drehbaren Teil (7) des Gesperres verbunden ist und ein Gewinde trägt, das in ein Gewinde einer drehfesten Hülse (11) eingreift.

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9. Vorrichtung nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet,

daß fiich die Hülse (11) bis zum Arbeitsende des Halters (i) erstreckt.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 ^is 7> dadurch gekennzeichnet,

daß die Punktelektrode (io) in einer offenbaren Zange sitzt und an einem dreh fest geführton Stößel (ΐ$ anliegt, der mit einem Gewinde in ein Gewinde des in einer Richtung drehbaren Teils (7) des Gesperres eingreift,

11. Vorrichtung nach Anspruch 1o,
dadurch gekennzeichnet,

daß die Zange am Arbeitsende des Haltern (1) angeordnet lot.

12. Vorrichtung nach Anspruch 1o oder 11,
dadurch gekennzeichnet,

daß die Zange aus mit einem Außenkonus (2o) zusammenwirkenden Konuselementen (19) besteht, die an einem gegen Federkraft in die Öffnungosteilung verschiebbaren Zugelement (21) sitzen.

13· Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1o bis 12, dadurch gekennzeichnet,

daß das Zugelement (21) eine Ausnehmung (23) aufweist, in die ein Exzenter-Drehzapfen (24) eines von einem ortsfesten, vorzugsweise einstellbaren Anschlag (4) hetätigbaren zweiten

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Winkelhebels (25) eingreift. '

14· Vorrichtung nach Anspruch 7 und 15,

dadurch gekennzeichnet, ;

daß die Winkelhebel' (3, 25) von einem gerneinsamen ortsfesten Anschlag (4) betätigbar sind.

15. Vorrichtung nach Anspruch 14-, dadurch gekennzeichnet, ilaß rl Le Winko.lhobel (3, ?5) Pluchtond zueinander angeordnet sind und daß der ortsfeste Anschlag (4) mittels eines Ansatzes (6) einen der Winkelhebel durchgreift.

16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 ^is 15, dadurch gekennzeichnet, daß der TTaIter (i) mit einem steh zur Punktelektrode (io) hin öffnenden seitlichen Kontrollschlitz OO versehen ist.

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