DE2362146C3 - Verfahren zum Verstellen einer an einem Elektrodenhalter befestigten Elektrode zum elektrischen WlderstandspunktschweiBen und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens - Google Patents

Description

. Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verstellen einer an einem Elektrodenhalter befestigten, einen konstanten Querschnitt aufweisenden Elektrode zum elektrischen Widerstandspunktschweißen in Längsrichtung relativ zum Elektrodenhalter mittels einer Nachstellvorrichtung.

Beim Widerstandspunktschweißen ist die Punktfestigkeit hauptsächlich von folgenden Parametern abhängig:

1. Elekirodenkraft

2. Schweißzeit

3. Schweißstromstärke

4. Elektrodendurchmesser

Falls sich einer dieser Parameter unbeabsichtigt ändert, besteht in gewissen Grenzen die Möglichkeit, diese Veränderung durch Regelung oder Neueinstellung eines anderen Parameters auszugleichen. Grundsätzlich bestünde die Möglichkeit, die Parameter 1 bis 3 auch als Absolutwerte konstant einzustellen. Dies gilt jedoch nicht für den Parameter 4, Als Ausgleich hierfür hat man bereits versucht, den Parameter 3 ständig nachzuregeln. Zum einen erfordert dies einen hohen gerätetechnischen Aufwand. Zum anderen wird damit kein Ausgleich für andere, sich ändernde Verhältnisse geschaffen. So nimmt z. B. die spezifische Elektrodenkraft (Kraft pro Flächeneinheit) bei einer Vergrößerung der Elektrodenspitze ab. Auch verändert sich der in dem zu verschweißenden Material aufgebaute Druckkegel, was wiederum zu einer häufig unzulässigen Vergrößerung der Schweißlinie führt. Schließlich ist mit einer Durchmesservergrößerung der ElektrodenspiUe 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.

Die Verjüngung ist erforderlich, um die hohen beim Schweißvorgang an der Spitze auftretenden Wärmemengen wirksam ableiten und auf die Bereiche mil größerem Querschnitt verteilen zu können. Andernfalls ist die Spitze im Hinblick auf ihre Warmfestigkeit zi hohen Temperaturen ausgesetzt, was zur Folge hat, daO die Spitze unter der Einwirkung der Elektrodenkraf breitgedrückt und die Berührungsflächse somit uner wünscht vergrößert wird.

Die Spitze selbst kann unterschiedlich geformt sein und zwar in Anpassung an die jeweils gegebenei Betriebsbedingungen und an die zu erzielendei Schweißergebnisse. Auch im Falle einer ausreichende! Wärmeabfuhr nutzt sich jedoch die Spitze ab, wodurcl sich automatisch die Berührungsfläche der Punktelek trode vergrößert.

Um zu tragbaren Ergebnissen zu kommen, war e bisher erforderlich, die Elektroden häufig auszuwech

sein und/oder nachzuarbeiten. Dies bringt einen erheblichen Zeit- und Arbeitsaufwand mit sich. Auch muß hochqualifiziertes Personal zur Verfugung stehen. Man kann auch zv/eiteilige Elektroden verwenden, bei denen lediglich die Elektrodenkappe ausgetauscht und/oder nachgearbeitet werden muß. Jedoch ergeben sich damit nur geringfügig verbesserte Verhältnisse.

In jedem Falle ist es aus wirtschaftlichen Gründen erforderlich, gewisse Querschnittsveränderungpn der Elektrodenspitze in Kauf zu nehmen, wodurch sich jedoch keine Punktreihen mit exakt gleicher Punktfestigkeit herstellen lassen.

Es sind zwar bereits Widerstandspunktschweißverfahren der eingangs genannten Art bekannt (DTPS 9 32 265 und GB-PS 1159 617), bei denen eineis Elektrode in Form eines dünnen Stabes verwendet wird, der in seiner Längserstreckung einen konstanten Querschnitt aufweist. Infolge wirksamer Kühlung der nur geringfügig aus dem Elektrodenhalter vorstehenden Elektrodenspitze wird eine gute Standfestigkeit und eine zufriedenstellende Punktfestigkeit erreicht. Allerdings ist eine häufige Nachstellung der Elektrode entsprechend dem Verschleiß der Elektrodenspitze erforderlich. Hierzu wird bei einer Art dieser bekannten Verfahren zunächst ein Teil des Elektrodenhalters gelöst, um ein mit dem oberen Ende der Elektrode im Eingriff stehendes Widerlager einschließlich der Elektrode in Längsrichtung relativ zum Elektrodenhalter zu verstellen, indem das Widerlager tiefer in den Elektrodenhalter eingeschraubt wird. Wenn dieses Teil w wieder angezogen ist, ist die Schweißvorrichtung wieder betriebsbereit. Bei einer anderen Art dieses bekannten Verfahrens braucht zwar nur an einem aus dem hinteren Ende des Elektrodenhalters herausragenden Stück der Elektrode gedreht zu werden, um diese nachzustellen. Die häufige Handnachstellung der Elektrode bedingt jedoch einen erheblichen Arbeitsaufwand und führt zu häufigen Betriebsunterbrechungen. Würde man ein längeres Stück der Elektrode aus dem Elektrodenhalter vorstehen lassen und die Nachstellung nur in größeren zeitlichen Abständen vornehmen, wäre die Ausbildung von Punktreihen mit exakt gleicher Punktfestigkeit nicht mehr gewährleistet. Außerdem muß Fachpersonal zu Verfugung stehen, dami* die Nachstellung der Elektrode richtig vorgenommen wird.

Nach einem anderen bekannten Widerstandspunktschweißverfahren (US-PS 24 32 750) ist es zwar bekannt, der Elektrode beim Aufsetzen auf das Werkstück jeweils automatisch durch den Hub des Elektrodenhalters eine Bewegung zu erteilen. Bei dieser Bewegung handelt es sich indessen um eine Drehbewegung zur Herbeiführung eines Selbstreinigungseffektes der Berührungsfläche der Elektrode gegenüber dem Blech. Eine Nachstellung der Elektrode kann hierdurch nicht herbeigeführt werden.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, das eingangs genannte Verfahren hinsichtlich seiner Wirtschaftlichkeit zu verbessern.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist das Verfahren nach der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß die Nachsiel! vorrichtung durch den Hub des Elektrodenhalters betätigt wird.

Die erfindungsgemäße Lösung beruht auf der Erkenntnis, daß man die bdm Widerstandspunktschweißen vorhandene taktweise ablaufende Hin- und Herbewegung des Elektrodenhalters zum Antrieb einer Vorrichtung benutzen kann, mittels der die Elektrode kontinuierlich sowie selbsttätig nachgestellt werden kann. Vorzugsweise erfolgt die Nachstellung nach der Ausbildung jedes Schweißpunktes.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren sind vor allem folgende Vorteile erzielbar:

a) Die vier für die Qualität der Schweißpunkte maßgeblichen Parameter wie Elektrodenkraft, Schweißzeit, Schweißstromstärke und Elektrodendurchmesser können exakt konstant gehalten werden, so daß ohne Unterbrechung eine Vielzahl von Schweißpunkten mit gleichbleibender Punktfestigkeit ausgebildet wird;

b) infolge der selbsttätigen Nachstellung ist es möglich, die Punktelektrode nur geringfügig über den Elektrodenhalter vorstehen zu lassen, wodurch die notwendige Wärmeabfuhr durch Übergang der Wärme von dem geringfügig vorstehenden Elektrodenende auf den Elektrodenhalter und damit die Formbeständigkeit der Elektrodenspitze gewährleistet ist und auch eine relativ hohe Elektrodenkraft keine schädliche Deformierung der Berührungsfläche der Elektrode verursachen kann;

c) das Verfahren kann ohne Einsatz hochqualifizierten Bedienungspersonals ablaufen.

Eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens kennzeichnet sich dadurch, daß die Nachstellvorrichtung von einem ortsfesten, vorzugsweise verstellbaren Anschlag betätigbar ist. Hierdurch wird in einfacher Weise gewährleistet, daß der Betrag der automatischen Nachstellung, der durch Vorversuche empirisch ermittelt werden kann, stets gleich bleibt. Bildet man den Anschlag verstellbar aus. so lassen sich Anpassungen an die jeweiligen Betriebsbedingungen leicht und genau vornehmen.

In Weiterbildung der Vorrichtung ist vorgesehen, daß die Nachstellvorrichtung ein Gesperre aufweist, das aus einem hin- und herschwenkbaren und einem in einer Richtung drehbaren Teil, das zur Längsverstellung der Elektrode mit einer Schrauben-Mutter-Verbindung gekoppelt ist, besteht. Auf diese Weise wird eine besonders einfache Konstruktion ermöglicht. Dieser Vorteil ergibt sich auch, 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 Elektrode kann in unterschiedlicher Weise ausgebildet sein. 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 Hübe eingreift, wobei sich nach einem weiteren vorteilhaften Merkmal die Hülse bis zum Arbeitsende des Elektrodenhalters erstreckt, um die Elektrode 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 zurr unteren Elektrodenhalterende geführt wird. Bei diesel Konstruktion weist der Elektrodenhalter eine sehi geringe Anzahl von bewegbaren Einzelteilen auf.

Will man hingegen auf ein Gewinde an der Elektrode verzichten, so besteht die Möglichkeit, daß di( Elektrode in einer offenbaren Zange sitzt und an einen drehfest geführten Stößel anliegt, der mit einen Gewinde in ein Gewinde des in einer Richtunj drehbaren Teils des Gesperres eingreift. Auch hier kam die Zange am Arbeitsende des Elektrodenhalter angeordnet sein, um eine optimale Stützung um

Führung der Elektrode zu gewährleisten.

Vorteilhafterweise besteht die Zange aus mit einem Außenkonus zusammenwirkenden Konuselementen, die an einem gegen Federkraft in die Öffnungsstellung verschiebbaren 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 vorteilhafte 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 Elektrodenhalter mit einem sich zur Elektrode hin öffnenden seitlichen Kontrollschlitz versehen sein.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand von bevorzugten Ausführungsbeispielen im Zusammenhang mit der Zeichnung näher erläutert. Die Zeichnung zeigt in

F i g. 1 einen Axialschnitt durch ein erstes Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung nach der Erfindung,

Fig.2 eine Seitenansicht der Vorrichtung nach F i g. 1, gesehen in Richtung des Pfeiles C,

F i g. 3 einen Axialschnitt durch ein zweites Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung nach der Erfindung,

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

Die Vorrichtung nach F i g. 1 und 2 weist einen Elektrodenhalter 1 auf, der von einer Stange 2 auf und ab bewegt wird. Im letzten Abschnitt des Aufwärtshubes kommt ein am Elektrodenhalter gelagerter Winkelhebel 3 mit einem seiner Arme an einem ortsfesten, 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 weiche ein Vierkant 9 einer Elektrode 10 hineinragt. Die Elektrode 10 wird auf diese Weise drehfest und längsverschieblich mit dem in einer Richtung drehbaren Teil 7 des Gesperres verbundea Auf der Elektrode 10 ist weiterhin ein Gewinde vorgesehen, das in ein Gewinde einer drehfesten Hülse 11 eingreift

Wird nun durch die Betätigung des Winkelhebels 3 unter der Wirkung des Anschlags 4 der in einer Richtung drehbare Teil 7 des Gesperres um einen bestimmten Betrag weiterbewegt, so nimmt er die Elektrode 10 mit und verdreht sie um den gleichen Betrag gegenüber der Hülse 11. Dies bedeutet, daß die Elektrode 10 bei jedem Aufwärtshub um einen . vorbestimmten Längenabschnitt nach unten aus dem Elektrodenhalter 1 herauswandert.

Beim Abwärtshub des Elektrodenhalters 1 gibt der .ortsfeste Anschlag 4 den Winkelhebel 3 frei. Letzterer kehrt unter der Wirkung einer Zugfeder 12 in seine in F i g. 2 dargestellte Ruhelage 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 Drehrichtung bewegbare Teil 7 hingegen behält einschließlich der Elektrode 10 seine vorher eingestellte Lage bei.
Der Elektrodenhalter 1 ist mit einem seitlichen Kontrollschlitz 14 versehen, so daß das Bedienungspersonal die Möglichkeit hat, den Abnutzungsgrad der Elektrode 10 visuell oder durch Abtasten festzustellen, Auf diese Weise kann ermittelt werden, wann das Ersetzen einer verbrauchten Elektrode durch eine neue erforderlich wird. Dies geschieht dadurch, daß ein Kopfstück 15 des Elektrodenhalters 1 einschließlich der Hülse 11 und des verbrauchten Elektrodenstückes aus der zugehörigen konischen Fassung herausgezogen

'5 wird.

Hinsichtlich der mit gleichem Bezugszeichen versehenen Bauelemente stimmt die Vorrichtung nach den F i g. 3 und 4 mit der nach den F i g. 1 und 2 überein. Jedoch ist bei dem zweiten Ausführungsbeispiel der in einer Richtung drehbare Teil 7 des Gesperres mit einer Hülse 16 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 des Elektrodenhalters 1 um einen bestimmten Betrag bewegt. Am Stößel 18 liegt die Elektrode 10 an. Letztere trägt im vorliegenden Fall kein Gewinde, sondern wird von einer Klemmzange gehalten. Die Klemmzange besitzt Konuselemente 19, die mit einem außenliegenden Konus 20 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 24 eines zweiten Winkeihebels 25 eingreift Der zweite Winkelhebel 25 wird von einem Ansatz 26 des verstellbaren Anschlags 4 betätigt.

Dieser Ansatz durchdringt den Winkelhebel 3.

Beim Aufwärtshub des Elektrodenhalters wird also die Zange über den Fortsatz 26 des Anschlags 4, den Winkelhebel 25, dessen Exzenter-Drehzapfen 24 und das Zugelement 21 in die Öffnungsstellung verbracht

Gleichzeitig kommt eine Schulter 27 des Anschlags 4 am ersten Winkelhebel 3 zur Anlage und betätigt die Nachstellung der Elektrode 10. Beim Abwärtshub kehren die Winkelhebel in ihre Ruhestellung gemäß F i g. 4 zurück, & h, der Winkelhebel 3 legt sich an seinen

Anschlag 13 an, und der Winkelhebel 25 kommt mil einem Anschlag 28 zum Eingriff.

Von einem Anschluß 29 aus wird Kühlwasser in einen Kühlwasserkanal 30 im Elektrodenhalter 1 und von dort über senkrechte Kanäle 31 im Kopfstück 15 bis zu einem

Ringkanal 33 geführt, der am unteren Ende des Kopfstücks 15 bei der Ausführung gemäß F i g. 1 und 2 die Hülse 11 und bei der Ausführung gemäß F i g. 3 und 4 eine Hülse 32 umgibt, die bei der letzteren Ausführung 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 10 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 Elektrode 10 erfolgt jeweils auf Grund empirisch ermittelter Einstellungen des Anschlags 4, und zwar derart, daß die Elektrode 10 jeweils nur um ein geringes Maß aus dem unteren Ende des Kopfstücks 15

herausragt, wie es in den Zeichnungen darg« Das Bedienungspersonal kann jederzeit eine K bei der Einstellung des Anschlags 4 vornehm sich dies als erforderlich erweist.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims (13)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Verstellen einer an einem Elektrodenhalter befestigten, einen konstanten Querschnitt aufweisenden Elektrode zum elektrischen Widerstandspunkischweißen in Längsrichtung relativ zum Elektrodenhalter mittels einer Nachstellvorrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß die Nachstellvorrichtung durch den Hub des Elektrodenhalters (1) betätigt wird.

2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Nachstellvorrichtung von einem ortsfesten, vorzugsweise verstellbaren Anschlag (4) betätigbar ist

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Nachstellvorrichtung ein Gesperre aufweist, das aus einem hin- und herschwenkbaren (6) und einem in einer Richtung drehbaren Teil (7), das zur Längsverstellung der Elektrode (10) mit einer Schrauben-Muttern-Verbindung gekoppelt ist, besteht.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der hin- und herschwenkbare Teil (6) des Gesperres von einem mit dem Anschlag (4) zusammenwirkenden, gegen eine Rückstellkraft arbeitenden ersten Winkelhebel (3) betätigbar ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrode (10) 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.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Hülse (11) bis zum Arbeitsende des Elektrodenhalters (1) erstreckt.

7. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrode (10) in einer offenbaren Zange sitzt und an einem drehfest geführten Stößel (17) anliegt, der mit einem Gewinde in ein Gewinde des in einer Richtung drehbaren Teils (7) des Gesperres eingreift.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Zange am Arbeitsende des Elektrodenhalters (1) angeordnet ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Zange aus mit einem Außenkonus (20) zusammenwirkenden Konuselement (19) besteht, die an einem gegen Federkraft in die Öffnungsstellung verschiebbaren Zugelement (21) sitzen.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Zugelement (21) eine Ausnehmung (23) aufweist, in die ein Exzenter-Drehzapfen 24) eines von einem ortsfesten, vorzugsweise einstellbaren Anschlag (14) betätigbaren zweiten Winkelhebels (25) eingreift.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Winkelhebel (3, 25) von einem gemeinsamen ortsfesten Anschlag (4) betätigbar sind.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Winkelhebel (3, 25) fluchtend zueinander angeordnet sind und daß der ortsfeste Anschlag (4) mittels eines Ansatzes (6) einen der Winkelhebel durchgreift.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektrodenhalter (1) mit einem sich zur Elektrode (10) hin öffnenden seitlichen Kontrollschlitz (14) versehen let