DE2933863C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Schweißen eines Bolzens an ein Werkstück, mit einem Schweißwerkzeug mit einer Einrichtung zum Halten des Bolzens, mit einer Einrichtung zum Erzeugen eines Schweißlichtbogens zwischen dem Bolzen und dem Werkstück, mit einer Einrichtung zum Bewegen des Bolzens zum Werkstück hin und zurück und mit einem im Bereich des Bol­ zens angeordneten Werkzeugteil mit mehreren Gaskanälen, welche mit einer Quelle zur Lieferung von Gas während des Schweißvor­ ganges verbunden sind.

Als allgemeiner Stand der Technik ist bereits die Lieferung von Gas durch eine um einen anzuschweißenden Bolzen angeord­ nete Funkenabschirmung oder Ring zu einem Werkstück bekannt (US-PS 27 27 123, US-PS 27 90 066, US-PS 30 96 429, US-PS 33 63 084, US-PS 37 36 401). Hierbei ist der Verfahrensab­ lauf in etwa so, daß während des Schweißens eine Schutzatmosphä­ re um einen Aluminiumbolzen aufgebracht wird oder daß zur Un­ terstützung des Schweißens durch galvanisiertes Stahlblech Luft um einen Bolzen geliefert wird.

Als Stand der Technik, von dem die vorliegende Erfindung ausgeht, ist eine Konstruktion bekannt, bei welcher sich in dem Werkzeugteil über etwa 270° ein Kanal erstreckt, von welchem mehrere horizontale Kanäle ausgehen, welche in schrägverlaufende Kanäle übergehen (US-PS 37 90 740). Diese Kanäle sind auf den Außenumfang des anzuschweißenden Bolzens gerichtet.

Hierbei bestand die Funktion des durch die Kanäle fließen­ den gasförmigen Mediums darin, den Schweißvorgang insgesamt zu unterstützen. Dazu sind drei Kanäle vorgesehen, welche jedoch nicht gleichförmig um den Umfang des Werkzeugteils angeordnet sind.

Als weiterer Stand der Technik ist eine Bolzenschweißpisto­ le mit einem Schweißkolben mit Spannfutter zum Einspannen eines Bolzenhalters bekannt (DE-OS 26 47 845). Hierbei fin­ det ein glockenartiges Teil Anwendung, in welchem achsparal­ le Kanäle zur Zuführung von Schutzgas angeordnet sind. Hier­ bei hat das Medium, nämlich das Schutzgas, die Funktion, daß durch den konzentriert ausgerichteten Schutzgasstrom die vorgesehene Aufschweißstelle gegenüber der Außenatmosphäre abgeschirmt wird, um dadurch irgendwelche Reaktionen mit Luft zu unterbinden oder zu verhindern. Gleichzeitig soll durch den konzentrisch ausgerichteten Schutzgasstrom das Schweiß­ gut an der Schweißstelle zusammengehalten und der sich unmit­ telbar vor dem Aufschweißen ausbildende Lichtbogen genau auf die Aufschweißstelle konzentriert werden.

Der vorliegenden Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 zu schaffen, welche gewährleistet, daß während des Schweiß­ vorganges eines Bolzens an ein Werkstück keine unerwünschten Überzüge aus Verunreinigungen im Bereich des an dem Werkstück befestigten Bolzens vorhanden sind.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Werkzeugteil eine an sich bekannte Funkenabschirmung ist, wobei die Gaskanäle in an sich bekannter Weise um den Werkzeugumfang verteilt angeordnet sind,
daß eine Innenfläche der Funkenabschirmung um das Spann­ futter herum angeordnet ist und die in einem Endabschnitt der Funkenabschirmung ausgebildeten und sich von deren Außenfläche zur Innenfläche erstreckenden Gaskanäle auf­ weisen,
daß die Gaskanäle unter gleichen Winkeln zu Radien der Funkenabschirmung und unter gleichen Winkeln zu einer zur Achse der Funkenabschirmung senkrechten Ebene der­ art verlaufen, daß das Gas über das Ende des Spannfutters hinaus zu einem um den Bolzen herum befindlichen Bereich gerichtet ist und
daß die Gaskanäle über mehrere achsparallele Längskanäle mit der Quelle verbunden sind.

Durch diese Konstruktion ergibt sich der Vorteil, daß eine wirbelnde, nicht turbulente Luftströmung um den Schweißbereich zwischen Bolzen und Werkstück erzielt wird zur Verhinderung von Ablagerung von Schmutz, ohne hierbei die Lichtbögen zu löschen. Diese Verhinderung unerwünschter Ablagerungen ist insbesondere auf dem Gebiet der Kraftfahr­ zeug-Technik wichtig, da nach dem Befestigen der Bolzen an Karrosserieteilen des Kraftfahrzeuges diese Teile mit einem Schutzmaterial überzogen werden, ohne daß es hierbei - wie bisher - erforderlich ist, zuerst noch die um die Bolzen be­ findlichen unerwünschten Überzüge aus Schmutz zu entfernen.

Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteran­ sprüchen.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in der Zeich­ nung dargestellten Ausführungsbeispiels näher beschrieben. In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 eine teils in Seitenansicht und teils in Schrägansicht dargestellte Gesamtansicht der Vorrichtung zum Schweis­ sen von Bolzen;

Fig. 2 eine teilweise geschnittene vergrößerte Seitenansicht eines Werkzeugteils und einer Funkenabschirmung der Vorrichtung von Fig. 1;

Fig. 3 eine Vorderansicht des Werkzeugteils und der Funken­ abschirmung von Fig. 2;

Fig. 4 ein Teilschnitt 4-4 von Fig. 5 der Funkenabschirmung und des Spannfutters;

Fig. 5 einen Querschnitt 5-5 von Fig. 2.

Insbesondere gemäß Fig. 1 wird ein Bolzenschweißwerkzeug 10 verwendet zum Schweißen eines Bolzens an ein Werkstück 11 mittels einer mit gezogenem Lichtbogen arbei­ tenden Schweißtechnik. Das Grundwerkzeug ist bekannt und enthält eine Einrichtung zum Zurückziehen des Bolzens vom Werkstück, eine Einrichtung zum Halten des Bolzens in einer zurückgezogenen Stellung während einer gegebenen Zeitdauer und eine Einrichtung zum Bewegen oder Eintauchen des Bolzens zum und gegen das Werkstück am Ende der gegebenen Zeitdauer.

Wenn der Bolzen vom Werkstück zurückgezogen ist, wird zwischen dem Ende des Bolzens und dem Werkstück ein Hilfslichtbogen gezogen, wonach der Hauptlichtschweißbogen dem Hilfslicht­ bogen überlagert wird. Der Hauptlichtschweißbogen wird dann aufrechterhalten, bis der Bolzen zurück gegen das Werkstück bewegt wird. Das Werkzeug kann zum Beispiel von der in der US-PS 35 25 846 gezeigten Bauart sein und verwendet vorzugs­ weise eine kapazitive Energiequelle, wie z. B. in der US-PS 31 36 880 dargestellt.

Eine Energie- und Steuereinheit 12 liefert Energie für den Hilfs- und den Hauptlichtschweißbogen und für eine Magnet­ spule in einem Werkzeuggehäuse 14. Die Magnetspule zieht bei Erregung den Bolzen gegen die Kraft einer Tauchfeder zurück. Ein Spannfutterschenkel 16 erstreckt sich in die Magnetspule und auch vom Werkzeuggehäuse 14 aus nach vorn, wo er mit einem Spannfutter 18 verbunden ist, (Fig. 3, 4).

Im vorliegenden Fall hat ein Zierleistenbolzen 20 einen vom Spannfutter 18 gehaltenen Kopf 22 und einen sich nach vorn erstreckenden Schaft 24. Der Bolzen wird während des Schweiß­ zyklus durch einen einstellbaren Anschlag 19 abgestützt.

Die Bolzen können von Hand in das Vorderteil des Spannfutters eingeführt werden. Sie können auch durch Luft durch ein Rohr von einer entfernt gelegenen Lieferquelle in eine hinter dem Spannfutter 18 gelegene Kammer im Spannfutterschenkel 16 transportiert werden.

Die Bolzen können dann durch einen Stößel aus der Kammer in das Spannfutter gedrückt und während des Schweißzyklus vom Stößel gestützt werden. Der Stößel kann mit einem Kolben in einem im Spannfutterschenkel befind­ lichen Luftzylinder verbunden sein, dem von einer entfernt gelegenen Quelle Luft zugeführt wird. Diese Art von Ladean­ ordnung ist als Stand der Technik in den US-PS 35 25 846 und 34 89 878 dargestellt.

Zwei Halteschenkel 26 erstrecken sich vom Werkzeuggehäuse 14 aus nach vorn und halten ein Werkzeugteil 28. Das Werkzeugteil hat um den Spannfutterschenkel 16 eine Öffnung 30 mit einem einwärts gerichteten Flansch 32. Im Werkzeugteil ist ein mit der Öffnung 30 in Verbindung stehender Gaszufuhr­ kanal 34 ausgebildet. Das Werkzeugteil hat einen mit einem Rohr 38 verbundenen Anschluß 36. Durch das Rohr 38 wird Gas von einem Steuerelement 40 geliefert, (Fig. 1). Zum Element 40 kann Gas geliefert werden, das einen Druck von etwa 5,6 at hat. Das Element 40 hat ein durch die Einheit 12 gesteuertes Ventil und liefert während des Schweißzyklus Gas zum Werkzeugteil 28. Das Ven­ til kann einen Zeitverzug in der Weise haben, daß die Gaszufuhr, sofern keine Schweißung gemacht wird, während einer gegebenen Zeitdauer, etwa 2 Sekunden, eingeschaltet bleibt.

In der Öffnung 30 des Werkzeugteils befindet sich eine Funken­ abschirmung 42, die sich von der Öffnung aus nach vorn er­ streckt. Die Funkenabschirmung 42 ist so positioniert, daß der Schaft 24 des Bolzens 20 geringfügig über das Ende der Funkenabschirmung ragt (Fig. 1), bevor der Bolzen gegen das Werkstück gedrückt wird.

Die Funkenabschirmung 42 hat einen zylindrischen Körper 44 mit einem rückwärtigen Flansch 46, der am Flansch 32 des Werkzeugteils 28 anstößt. Im Körper 44 ist angrenzend an den Flansch 46 eine Ringnut 48 ausgebildet, die mit dem Gaskanal 34 im Werkzeugteil 28 in Verbindung steht.

Der Körper 44 hat einen äußeren zylindri­ schen Abschnitt 50 und eine an die Ringnut 48 angrenzende Schulter 52, wobei am äußeren zylindrischen Abschnitt 50 an­ grenzend an die Schulter 52 ein Dichtring 54 angeordnet ist. Der Dichtring 54 hat eine einen O-Ring 58 enthaltende Ringnut 56.

Der O-Ring 58 dichtet die Funkenabschirmung 42 und die Öffnung 30 ab. Eine Frontplatte 59 stößt am Dichtring 54 an, um die Funkenabschirmung 42 im Werkzeugteil 28 zu halten.

Mehrere sich in Längsrichtung erstreckende Gaskanäle 60 verlaufen von der Ringnut 48 an der Schulter 52 und dem äus­ seren zylindrischen Abschnitt 50 vorbei und enden an einer vorderen Schulter 62 am vorderen Ende der Funkenabschirmung 42. Die Kanäle 60 sind von einer Hülse 64 umschlossen, die sich vom zylindrischen Abschnitt 50 des Körpers 44 zur vorderen Schulter 62 erstreckt und mit Preßsitz angebracht ist. Am vor­ deren Ende der Funkenabschirmung 44 sind mehrere rechteckige radiale Nuten 66 ausgebildet, die mit der Außenfläche des Körpers 44 und mit einer vorderen Innenfläche 68 in Verbindung stehen.

Die Funkenabschirmung 42 ist vorzugsweise aus Kupfer hergestellt, wobei die Fläche 68 zum Vermindern des Haftens von Spritzern hoch poliert ist. Eine einen größeren Durch­ messer aufweisende Innenfläche 70 ist an der Rückseite der vorderen Innenfläche 68 angeordnet und um eine Schulter 72 versetzt.

Mehrere Gaskanäle 74 befinden sich in einem vorderen Endabschnitt des Körpers 44 der Funkenabschirmung 42. Es ist ein Kanal 74 für je einen Kanal 60 vorgesehen. Jeder der Kanäle 74 hat ein mit einem der Kanäle 60 in Verbindung ste­ hendes äußeres Ende 76 und ein an der Innenfläche 68 endendes inneres Ende 78. Die Kanäle 74 sind so positioniert, daß sie Ströme von Gas zum Werkstück um die Stelle herum richten, an der das Ende des Schafts 24 des Bolzens 20 ange­ schweißt werden soll. Diese Ströme erzeugen somit um den Schweißbereich herum eine Wirbelwirkung, die die Ablagerung von Schmutz während des Schweißzyklus verhin­ dert.

Wenn die Ströme unmittelbar auf die Stelle gerichtet werden, an die der Bolzen angeschweißt werden soll, so würden die Gasströme den Hilfslichtbogen auslöschen und somit auch die darauf erfolgende Überlagerung des Hauptlichtschweißbogens verhindern. Dies kann auch auftreten, wenn die Luft unter einem zu spitzen Winkel zum Werkstück gerichtet und tur­ bulent wird.

Jeder der Gaskanäle 74 verläuft daher ungefähr tangential zur Innen­ fläche 68 der Funkenabschirmung und bildet einen Winkel von 25 bis 35°, vorzugsweise 30°, mit einem Radius der Funkenab­ schirmung. Jeder der Gaskanäle 74 ist auch unter einem Winkel von bis zu etwa 20°, vorzugsweise 18°, gegenüber einer zur Achse der Funkenabschirmung 42 senkrechten Ebene oder der Oberfläche des Werkstücks angeordnet. Als wirkungsvoll werden anstelle der Nuten Kanäle im Ende der Funkenabschirmung angesehen, die einen Winkel von 0° mit der Werkstücksoberfläche bilden. Das Problem bei dieser Auslegung besteht darin, daß der Lichtbogen ausgeblasen wird, wenn die Funkenabschir­ mung geringfügig gekippt wird. Bei Gas von 5,6 at werden 1 bis 10, vorzugsweise 8, Kanäle 74 mit Durch­ messern von 0,51 bis 1,52 mm, vorzugsweise 1,0 mm, verwendet. Bei einem Durchmesser von 11,1 mm der Innenfläche 68 enden die inneren Enden 78 der Kanäle 74 2,5 bis 4,6 mm, vorzugs­ weise 3,2 mm, vom vorderen Ende des Körpers 44 der Funken­ abschirmung entfernt.

Die Stellung der Kanäle sollte in jedem Fall so sein, daß sie die Gasströme über das Ende des Spannfutters 18 hinaus und unter genügend spitzen Winkeln zum Werkstück richten, damit keine Turbulenz erzeugt wird. Natürlich verändern sich die Winkel, Längen und Durchmesser der Luftkanäle 74 zum Beispiel gemäß der Bolzengröße, der Funkenabschirmungsgröße und dem Gasdruck. Die wichtige Wirkung besteht in der Erzielung einer wirbelnden nicht turbu­ lenten Wirkung um den Schweißbereich zur Verhinderung der Ablagerung von Schmutz, ohne die Lichtbögen zu löschen.

Claims (7)

1. Vorrichtung zum Schweißen eines Bolzens an ein Werk­ stück, mit einem Schweißwerkzeug mit einer Einrichtung zum Halten des Bolzens, mit einer Einrichtung zum Erzeu­ gen eines Schweißlichtbogens zwischen dem Bolzen und dem Werkstück, mit einer Einrichtung zum Bewegen des Bolzens zum Werkstück hin und zurück und mit einem im Bereich des Bolzens angeordneten Werkzeugteil mit mehreren Gaskanälen, welche mit einer Quelle zur Lieferung von Gas während des Schweißvorganges verbunden sind, dadurch gekennzeichnet,
daß das Werkzeugteil eine an sich bekannte Funkenabschir­ mung (42) ist, wobei die Gaskanäle (74) in an sich bekann­ ter Weise um den Werkzeugumfang verteilt angeordnet sind,
daß eine Innenfläche (68) der Funkenabschirmung (42) um das Spannfutter (18) angeordnet ist und die in einem End­ abschnitt der Funkenabschirmung (42) ausgebildeten und sich von deren Außenfläche zur Innenfläche (68) erstrecken­ den Gaskanäle (74) aufweist,
daß die Gaskanäle (74) unter gleichen Winkeln zu Radien der Funkenabschirmung (42) und unter gleichen Winkeln zu einer zur Achse der Funkenabschirmung (42) senkrech­ ten Ebene derart verlaufen, daß das Gas über das Ende des Spannfutters (18) hinaus zu einem um den Bolzen (20) herum befindlichen Bereich gerichtet ist und
daß die Gaskanäle (74) über mehrere, achsparallele Längs­ kanäle (60) mit der Quelle (40) verbunden sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gaskanäle (74) im wesentlichen tangential zur Innenfläche (68) der Funkenabschirmung (42) verlaufen.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Gaskanäle (74) unter einem Winkel von weniger als 20° zu der zur Achse der Funkenabschirmung (42) senkrechten Ebene verlaufen.

4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch maximal zehn Gaskanäle (74).

5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Gaskanäle (74) unter einem Winkel von 25 bis 35° zu einem Radius der Funkenabschirmung (42) verlaufen.

6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Gaskanäle (74) Durchmesser von 0,51 bis 1,52 mm aufweisen.

7. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Längskanäle (60) in der Außenfläche der Funken­ abschirmung (42) ausgebildet und durch eine um die Fun­ kenabschirmung angeordnete Hülse (64) umschlossen sind.