DE4210974A1

DE4210974A1 - Elektrische Widerstandsschweißmaschine

Info

Publication number: DE4210974A1
Application number: DE19924210974
Authority: DE
Inventors: Horst Dipl Ing Kern
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1992-04-02
Filing date: 1992-04-02
Publication date: 1993-10-14
Anticipated expiration: 2012-04-03
Also published as: DE4210974C2

Description

Die Erfindung betrifft eine elektrische Widerstandsschweiß maschine mit einer von einem flüssigen Kühlmittel durch strömten Elektrodenrolle, die mittels eines Wälzlagers drehbar an einer Achse gelagert ist.

Eine solche Widerstandsschweißmaschine mit direkter Kühlung der Elektrodenrolle ist aus der CH-PS 597 971 bekannt. Die elektrische Stromzuführung an die Elektrodenrolle erfolgt über die Achse, an der die Elektrodenrolle gelagert ist. Der Lagerspalt ist mit Quecksilber gefüllt, um einen niedrigen Übergangswiderstand zu erreichen. Das Kühlmittel wird stirn seitig am äußeren Umfang der Elektrodenrolle über einen Schleifring eingeleitet. Dazu bedarf es aufwendiger, großer Dichtungen, die unter dem Druck des Kühlmittels ein beträcht liches Bremsmoment bewirken und einem starken Verschleiß unterliegen. Die Leitungsführung des Kühlmittels durch die Elektrodenrolle ist baulich aufwendig. Die elektrische Kontak tierung der Elektrodenrolle über eine Quecksilberschicht ist unter den Gesichtspunkten der Betriebssicherheit und des Umweltschutzes bedenklich. Es besteht die Gefahr, daß Quecksilberdämpfe austreten, zumal die Elektrodenrolle im Betrieb heiß wird. Der Schweißstrom, der ohne übermäßige Erwärmung über die Quecksilberschicht geleitet werden kann, ist begrenzt, da Quecksilber einen recht hohen spezifischen Widerstand hat.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine äußerst betriebssichere und umweltfreundliche elektrische Widerstandsschweißmaschine der genannten Art zu schaffen, deren Elektrodenrolle bei unaufwendigem Aufbau, insbesondere einfacherer Leitungsführung des Kühlmittels, und hoher elektrischer Anschlußleistung verschleißarm im Betrieb ist.

Diese Aufgabe wird mit einer elektrischen Widerstandsschweiß maschine der genannten Art dadurch gelöst, daß die Elektroden rolle zur elektrischen Kontraktierung einen in der Nachbar schaft des Wälzlagers angeordneten Schleifring trägt, daß das Kühlmittel durch die Achse zu- und abführbar ist, und daß der Kühlmittelstrom an dem Wälzlager entlangführt, das für das Kühlmittel undurchlässig ist und dessen Strömungsbahn begrenzt.

Die elektrische Kontaktierung der Elektrodenrolle über einen Schleifring ermöglicht die verlustarme Übertragung hoher Schweißströme. Allerdings kann eine Erwärmung der Elektroden rolle im Bereich des Schleifrings eintreten, die unter Um ständen sogar stärker ist als die Erwärmung im Bereich der Schweißzone. Es ist daher wesentlich, die Elektrodenrolle im Bereich des Schleifrings effektiv zu kühlen. Die Erfindung nutzt hierzu die Tatsache, daß sich der Schleifring in der Nachbarschaft des Wälzlagers befindet. Das Kühlmittel wird in unaufwendiger Weise durch die Achse der Elektrodenrolle zu- und ab- sowie an dem Wälzlager entlanggeführt, so daß es dieses umströmt. Vorzugsweise durchsetzt das Kühlmittel ausschließlich die Wälzlageröffnung der Elektrodenrolle, die zu diesem Zweck baulich geringfügig modifiziert sein kann. Weiterer Kühlmittelkanäle in der Elektrodenrolle bedarf es nicht.

Fertigungs- und anschlußtechnisch bevorzugte Einzelheiten der Kühlmittelführung sind in den Ansprüchen 2 bis 10 gekenn zeichnet.

Nach Anspruch 11 empfiehlt es sich, das Wälzlager mit we nigstens einer Öffnung für den Eintritt von Kühlmittel darin zu versehen, damit innerhalb des Wälzlagers ein Druckausgleich stattfinden kann. Druckschwankungen im Kühlmittelkreis haben so keine Auswirkungen auf die Funktion des Wälzlagers. Die Öffnung(en) ist/sind so zu legen, daß kein den Strömungsweg des Kühlmittels kurzschließender Durchtritt von Kühlmittel durch das Wälzlager erfolgt.

Bei einem in Fett laufenden Wälzlager sollte nach Anspruch 12 dessen Fettfüllung kühlmittelabweisend sein.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines in den Zeich nungen dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen im wesentlichen axialen Schnitt nach I-I von Fig. 5 durch den Rollenkopf einer elektrischen Widerstandsschweißmaschine mit einer flüssigkeitsge kühlten Schweißelektrode, die mittels eines Wälzlagers drehbar an einer Achse gelagert ist;

Fig. 2 eine Seitenansicht der Achse, teilweise im Schnitt, mit schematischer Darstellung des Kühlmittelflusses;

Fig. 3 eine Draufsicht auf die Achse mit Blick in Richtung III von Fig. 2;

Fig. 4 die Seitenansicht einer die Achse umgreifenden Iso lierbuchse; und

Fig. 5 eine Draufsicht auf die Schweißrolle nach V-V von Fig. 1.

Der in Fig. 1 gezeigte Rollenkopf hat zwei in Aufbau und Anordnung im wesentlichen spiegelsymmetrische Rollenhalter 10, die je eine Elektrodenrolle 12 tragen. Die Rollenhalter 10 bestehen aus Armen 14, die außen an einer gemeinsamen Hauptachse 16 gelagert sind, so daß sie sich unabhängig von einander in Umfangsrichtung verstellen lassen, und an den Armen 14 angebrachten, aufeinanderzu nach innen abstehenden, zu der Hauptachse 16 parallelen Achsen 18, an denen die Elek trodenrollen 12 in einander gegenüberliegender Anordnung mit Wälzlagern 20 drehbar gelagert sind.

Die Achsen 18 sitzen mit darumliegenden Isolierbuchsen 22 fest in Montageaugen 24 der Arme 14 ein. Auf die inneren Enden der Achsen 18 sind die Wälzlager-Innenringe aufgezogen und die Wälzlager-Außenringe in einer zentralen Lageröffnung 26 der Elektrodenrollen 12 passend aufgenommen. Im Betrieb rollen die Elektroden 12 mit ihrem äußerem Umfang an dem zu schweißenden Werkstück ab. Die Elektrode in Fig. 1 links ist die Schweißelektrode, an deren peripheren Kontaktstelle mit dem Werkstück die Schweißnaht entsteht. Die rechte Elek trode 12 dient als Kontaktelektrode zum Schließen des Strom kreises.

Zur elektrischen Kontaktierung tragen die Elektroden 12 auf den einander abgewandten Stirnflächen 28 je einen zu der Achse 18 konzentrischen, die Lageröffnung 26 mit geringem Abstand radial außen umgebenden Schleifring 30. Die Schleif ringe 30 sind auf die Elektroden 12 aufgelötet. In der Öffnung der Schleifringe 30 liegt ein ebenfalls auf die Elektrode 12 aufgelöteter Kragen 32, der die Lageröffnung 26 zum Teil überdeckt und eine zentrale Durchtrittsöffnung 34 für die Achse 18 hat. Der Innenring der Durchtrittsöffnung 34 ist zu der Elektrode 12 hin abgestuft und nimmt einen Wellendicht ring 36 auf, der dichtend an der Achse 18 anliegt. Auf der dem Kragen 32 gegenüberliegenden Seite ist die Lageröffnung 26 durch einen auf die Elektrode 12 aufgeschraubten, mit einem Dichtring 38 abgedichteten Deckel 40 verschlossen.

An den Stirnflächen der Schleifringe 30, die sich im Betrieb mit den Elektroden 12 drehen, liegen stationäre Kontaktringe 42 an, die in nicht näher dargestellter Weise an die elek trische Versorgung der Widerstandsschweißmaschine angeschlos sen sind. Die Kontaktringe 42 liegen auf gleicher Achse mit den Schleifringen 30 und stimmen in ihrem Innen- und Außen durchmesser im wesentlichen mit den Schleifringen 30 überein. Im Interesse eines vollflächigen Kontakts und entsprechend geringen Übergangswiderstands sind die Kontaktringe 42 mit Federelementen 44 in Anlage gegen die Schleifringe 30 vorge spannt.

Die Schweißrolle 12 ist durch ein flüssiges Kühlmittel ge kühlt, das durch den Rollenhalter 10 und die Achse 18 zu- und abgeführt wird und das Wälzlager 20 umströmt, so daß die Schweißelektrode 12 in unmittelbarer Nachbarschaft des Schleifrings 30 gekühlt wird, an dem im Betrieb die stärkste Wärmeentwicklung eintritt. Das Kühlmittel strömt von einem nicht näher dargestellten Kühlmittelvorlaufanschluß des Rollenhalters 10 durch dessen Arm 14 an den Mantel des die Achse 18 haltenden Auges 24. Dort tritt es durch eine Öffnung 46 in der Wand der Isolierbuchse 22 in einen Kühlmittelvor laufkanal 48 der Achse 18 ein, aus der Stirnfläche 50 der Achse 18 aus und an der äußeren Stirnfläche 52 des Wälzlagers 20 entlang radial nach außen. Dann strömt das Kühlmittel durch nachstehend noch näher beschriebene Kerben 54 der Lager öffnung 26 am Außenring 56 des Wälzlagers 20 entlang axial zurück und an der inneren Stirnfläche 58 des Wälzlagers 20 entlang radial nach innen. Dort tritt es in einen Kühlmittel rücklaufkanal 60 der Achse 18 ein, der an eine zweite Öffnung 62 in der Wand der Isolierbuchse 22 führt, durch die hindurch das Kühlmittel wieder in den Arm 14 des Rollenhalters 10 und an dessen nicht näher dargestellten Kühlmittelrücklaufan schluß gelangt.

Der Kühlmittelvorlaufkanal 48 in der Achse 18 besteht aus einer Sackbohrung 64, die sich von der wälzlagerseitigen Stirnfläche 50 der Achse 18 in außermittiger Anordnung pa rallel zu deren Zentrale erstreckt. Eine an den Grund der Sackbohrung 64 führende radiale Stichbohrung 66 dient als Eintrittkanal für das Kühlmittel. Der Mündungsöffnung 68 der Stichbohrung 66 am Mantel der Achse 18 liegt eine der Öffnungen 46 in der Wand der Isolierbuchse 22 gegenüber. Letztere hat einen größeren Querschnitt als die Mündungsöffnung 68 und nimmt einen den Kühlmittelanschluß abdichtenden O-Ring 70 auf.

Bezugnehmend auf Fig. 5, ist die das Wälzlager 20 aufnehmende Lageröffnung 26 der Schweißelektrode 12 durch eine Anzahl axialer Kerben 54 erweitert, die unter gleichem Winkelabstand auf einem zu der Lageröffnung 26 konzentrischen Kranz liegen. Zur Herstellung der Kerben 54 wird vor dem Ausdrehen der Lageröffnung 26 ein Lochkranz in das Vollmaterial der Schweiß elektrode 12 gebohrt, so daß die Löcher beim Ausdrehen der Lageröffnung 26 angeschnitten werden und das Kühlmittel führende Kerben 54 bilden.

Der Kühlmittelrücklaufkanal 60 in der Achse 18 besteht aus einer Sackbohrung 72, die sich von der wälzlagerseitigen Stirnfläche 50 der Achse 18 in außermittiger Anordnung pa rallel zu deren Zentrale erstreckt. Die Mündung 74 der Sack bohrung 72 an der Stirnfläche 50 der Achse 18 ist dicht ver schlossen, insbesondere zugeschweißt. Als Eintrittskanäle in die Sackbohrung 72 gehen von dem Mantel der Achse 18 hinter den Wälzlager 20 auf gleicher axialer Höhe zwei um 90° ver setzte radiale Stichbohrungen 76 ab. Eine weitere, an den Grund der Sackbohrung 72 führende radiale Stichbohrung 78 dient als Austrittskanal aus dem Kühlmittelrücklaufkanal 60. Die Mündungsöffnung 80 des Austrittskanals 68 liegt mit der des Eintrittskanals 66 in den Kühlmittelvorlaufskanal 48 auf gleicher axialer Höhe und in Umfangsrichtung versetzt. Der Mündungsöffnung 80 liegt die zweite Öffnung 62 in der Wand der Isolierbuchse 22 gegenüber, die ebenfalls einen abdichtenden O-Ring 82 aufnimmt.

Das Wälzlager 20 sitzt mit seinem Innenring dicht auf der Achse 18. Es ist für das Kühlmittel nicht durchlässig, so daß die Strömungsbahn des Kühlmittels an dem Wälzlager 20 entlang und um dessen Außenring herum führt. Wohlgemerkt besteht die Möglichkeit, das Wälzlager 20 mit einer oder mehreren Öffnungen für den Eintritt von Kühlmittel darin zu versehen, damit ein Druckausgleich stattfinden kann. Ein Durchgang von Kühlmittel durch das Wälzlager 20 ist aber zu vermeiden. Falls das Wälzlager 20 in Fett läuft, das mit dem Kühlmittel in Berührung kommt, empfiehlt sich die Verwen dung eines kühlmittelabweisenden Spezialfetts.

Liste der Bezugszeichen

10 Rollenhalter
12 Elektrodenrolle
14 Arm
16 Hauptachse
18 Achse
20 Wälzlager
22 Isolierbuchse
24 Auge
26 Lageröffnung
28 Stirnfläche
30 Schleifring
32 Kragen
34 Durchtrittsöffnung
36 Wellendichtring
38 Dichtring
40 Decke
42 Kontaktring
44 Federelement
46 Öffnung
48 Kühlmittelvorlaufkanal
50 Stirnfläche
52 äußere Stirnfläche
54 Kerbe
56 Außenring
58 innere Stirnfläche
60 Kühlmittelrücklaufkanal
62 Öffnung
64 Sackbohrung
66 Stichbohrung
68 Mündungsöffnung
70 O-Ring
72 Sackbohrung
74 verschlossene Mündung
76 Stichbohrung
78 Stichbohrung
80 Mündungsöffnung
82 O-Ring

Claims

1. Elektrische Widerstandsschweißmaschine mit einer von einem flüssigen Kühlmittel durchströmten Elektrodenrolle, die mittels eines Wälzlagers drehbar an einer Achse gelagert ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden rolle (12) zur elektrischen Kontaktierung einen in der Nachbarschaft des Wälzlagers (20) angeordneten Schleif ring (30) trägt, daß das Kühlmittel durch die Achse (18) zu- und abführbar ist, und daß der Kühlmittelstrom an dem Wälzlager (20) entlangführt, das für das Kühl mittel undurchlässig ist und dessen Strömungsbahn be grenzt.

2. Widerstandsschweißmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Wälzlager (20) zumindest im wesentlichen dicht auf der Achse (18) sitzt, daß die Achse (18) vor den beiden Stirnflächen (52, 58) des Wälzlagers (20) sich öffnende Kühlmittelkanäle (48, 60) hat, und daß der Kühlmittelstrom an dessen Stirn flächen (52, 58) entlang und über die äußere Peripherie des Wälzlagers (20) führt.

3. Widerstandsschweißmaschine nach Anspruch 1 oder 2, da durch gekennzeichnet, daß die Elektrodenrolle (12) eine Lageröffnung (26) hat, die das Wälzlager (20) derart aufnimmt, daß wenigstens abschnittsweise über den Umfang des Wälzlagers (20) ein peripherer Durchtritt für das Kühlmittel besteht.

4. Widerstandsschweißmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß an der Peripherie der Lageröffnung (26) mehrere diese erweiternde, vorzugs weise unter gleichem Winkelabstand über den Umfang ver teilte Kerben (54) für den Durchtritt des Kühlmittels vorgesehen sind.

5. Widerstandsschweißmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Wälzlager (20) an einem Ende der Achse (18) sitzt, und daß ein erster Kühlmittelkanal (48) an die wälzlagerseitige Stirnfläche (50) der Achse (18) und ein zweiter Kühlmittelkanal (60) vor dem Wälzlager (20) an die Peripherie der Achse (18) führt.

6. Widerstandsschweißmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlmittelkanäle (48, 60) aus von einer Stirnfläche (50) der Achse (18) ausgehenden, sich vorzugsweise parallel zu deren Zentrale erstreckenden Bohrungen bzw. Sackbohrungen (64, 72) und vom Außenmantel der Achse (18) ausgehenden, sich insbesondere radial erstreckenden Stichbohrungen (66, 76, 78) bestehen, die die Bohrungen bzw. Sackbohrungen (64, 72) treffen.

7. Widerstandsschweißmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Achse (18) einen Kühlmittelvorlaufkanal (48) hat, der aus einer zu der wälzlagerseitigen Stirnfläche (50) der Achse (18) hin offenen Sackbohrung (64) und einem deren inneres Ende treffenden Eintrittskanal in Form einer Stichbohrung (66) besteht.

8. Widerstandsschweißmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Achse (18) einen Kühlmittelrücklaufkanal (60) hat, der aus einer von der wälzlagerseitigen Stirnfläche (50) der Achse (18) ausgehenden, dort verschlossenen, vorzugsweise zugeschweißten Sackbohrung (72), einem oder mehreren, vorzugsweise zwei diese treffenden Eintrittskanal/Ein trittskanälen in Form von vor dem Wälzlager (20) von dem Außenmantel der Achse (18) abgehenden Stichboh rung(en) und einem das innere Ende der Sackbohrung (72) treffenden Austrittskanal in Form einer weiteren Stich bohrung (78) besteht.

9. Widerstandschweißmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Eintrittskanal (66) des Kühlmittelvorlaufkanals (48) und der Austritts kanal (78) des Kühlmittelrücklaufkanals (60) auf gleicher axialer Höhe liegende, in Umfangsrichtung versetzte Mündungen (68, 80) haben.

10. Widerstandsschweißmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß außen auf der Achse (18) eine Buchse, insbesondere Isolierbuchse (22) sitzt, die mit den Mündungen (68, 80) fluchtende Öffnungen (46, 62) hat, wobei letztere vorzugsweise größer als die Mündungen (68, 80) und zur Aufnahme eines Dichtrings (70, 82) geeignet sind.

11. Widerstandsschweißmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Wälzlager (20) mit wenigstens einer Öffnung für den Eintritt von Kühlmittel darin versehen ist.

12. Widerstandsschweißmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Wälzlager (20) mit kühlmittelabweisendem Fett gefüllt ist.