DE4236526C2 - Verfahren zum Anschweißen von Schweißbolzen an ein Werkstück - Google Patents
Verfahren zum Anschweißen von Schweißbolzen an ein WerkstückInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Anschweißen von
Schweißbolzen an ein Werkstück
im Wege des Kondensatorentladungsschweißverfahrens mit
Spitzenzündung, wobei der Schweißbolzen mit seiner
Zündspitze voraus einem Schweißkopf automatisch zugeführt
und von diesem druckmittelbetätigt an das Werkstück
herangeführt wird, wobei bei konstanter
Zuführgeschwindigkeit bei Berührung der Zündspitze des
Bolzens mit der Werkstückoberfläche der Schweißstrom zu
fließen beginnt, die Zündspitze verdampft, ein Lichtbogen
zwischen Bolzen und Werkstückoberfläche gebildet und der
Bolzen in das entstehende Schmelzbad eingetaucht wird.
Aus der DE 40 32 572 C1 ist ein Verfahren zum Anschweißen
von Schweißbolzen im Wege des Kondensatorentladungs
schweißverfahrens mit Spitzenzündung bekannt, wobei dort
eine automatische Bolzenzuführung nicht explizit erwähnt
ist.
Solche Bolzenzuführungen waren aber prinzipiell bekannt,
wozu beispielsweise auf die DE 39 22 439 C2 verwiesen
wird.
Aus der erstgenannten Druckschrift ist es zwar bekannt,
den Schweißvorgang zu überwachen und damit die Qualität
zu beurteilen, indem drei Parameter erfasst und mit
empirisch ermittelten Werten verglichen werden, nämlich
die Dauer des Wegbrennens der Zündspitze, gemessen vom
metallischen Kontakt der Zündspitze mit dem Werkstück bis
zur Zündung des Lichtbogens, die Lichtbogenbrenndauer und
die Höhe der Spannungsspitze bei Zündung des Lichtbogen.
Bei Nichterreichen oder Überschreiten der vorgegebenen
Zeitbereiche und bei Nichterreichen der vorgegebenen Höhe
der Spannungsspitze bei Zündung des Lichtbogens wird die
fehlerhafte Schweißung angezeigt oder das fehlerhafte
Werkstück zum Ausschuß gesteuert.
Aus der DE 39 22 439 C2 ist eine Vorrichtung zur Einzel
zuführung von hintereinander zwischen Führungsschienen
angeordneten Bolzen oder Stiften bekannt. Hiermit werden
die Bolzen zu einem Bolzenschweißgerät geführt.
Beim Verschweißen von Schweißbolzen mittels des soge
nannten Kondensatorentladungsschweißverfahrens mit
Spitzenzündung (Graham-Verfahren) wird eine Kondensator
batterie auf eine bestimmte Spannung aufgeladen. Aus
der Ladespannung und der Kapazität ergibt sich die ge
speicherte Energie. Der Schweißbolzen wird mit einer
möglichst konstanten Geschwindigkeit in Richtung auf
das Werkstück bewegt. Bei Berührung der Zündspitze des
Schweißbolzens mit der Werkstückoberfläche beginnt der
Schweißstrom zu fließen. Die Zündspitze verdampft auf
grund der hohen Stromdichte, und es bildet sich ein Licht
bogen zwischen Bolzen und Werkstückoberfläche. Da sich
der Bolzen in Bewegung befindet, ergibt sich aus der
ursprünglichen Zündspitzenlänge und der Bolzengeschwin
digkeit die Zeit bis zum Eintauchen des Bolzens in das
Schmelzbad. Diese Zeit entspricht der Lichtbogenbrenn
dauer.
Da die Zündspitzen der Schweißbolzen mit gewissen
Toleranzen gefertigt werden, verändert sich bei konstanter
Eintauchgeschwindigkeit entsprechend der Zündspitzenlänge
auch jeweils die Lichtbogenbrenndauer. Die Schweißbolzen
werden üblicherweise über eine Vereinzelungsvorrichtung
dem Schweißkopf der Reihe nach zugeführt und von diesem
gehalten und verarbeitet.
Infolge der Fertigungstoleranzen der Zündspitzen ist
das Schweißergebnis ständig unterschiedlich, obwohl mit
konstanter Eintauchgeschwindigkeit gearbeitet wird. Dies
ist im Ergebnis unbefriedigend und unerwünscht.
Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung
die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung
zu schaffen, mit dem bzw. mit der auch bei fertigungsbe
dingten Längenabweichungen der Zündspitze ein qualitativ
gleiches und hochwertiges Schweißergebnis zu erzielen
ist.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird verfahrensmäßig vorge
schlagen, daß zum Zwecke der genauen Einstellung der
Lichtbogenbrenndauer und der Eintauchgeschwindigkeit
die Länge der Zündspitze vor Beginn des Schweißvorganges
gemessen wird, das gemessene Längenmaß in ein elektrisches
Signal umgewandelt wird, dieses Signal in einen Prozessor
eingelesen wird, mittels dessen das Signal in Abhängig
keit von einer vorgegebenen Lichtbogenbrenndauer in ein
konstantes Zuführgeschwindigkeitsmaß umgerechnet wird,
daß dem ermittelten Zuführgeschwindigkeitsmaß ent
sprechende elektrische Signale vom Prozessor an ein Stell
glied übermittelt werden, mittels dessen die Zuführge
schwindigkeit des Schweißkopfes dem ermittelten Geschwin
digkeits-Sollwert angepaßt wird.
Durch dieses Verfahren wird eine genaue Einstellung der
Lichtbogenbrenndauer und der Eintauchgeschwindigkeit
in Abhängigkeit von der Zündspitzenlänge beim Konden
satorentladungsschweißen mit Spitzenzündung ermöglicht.
Dazu wird zunächst die Länge der Zündspitze eines jeden
Bolzen erfaßt und in ein elektrisches Signal umgewandelt.
Dieses Signal wird von einem Prozessor in Abhängigkeit
einer vorgegebenen konstanten Lichtbogenbrenndauer in
eine Geschwindigkeitskomponente umgerechnet. Elektrische
Signale, die dieser Geschwindigkeitskomponente entsprechen,
werden an ein Stellglied am Schweißkopf über
mittelt, mittels dessen die Geschwindigkeit des Schweiß
kopfes und damit die Eintauchgeschwindigkeit des Bolzens
genau eingestellt und der Zündspitzenlänge angepaßt werden
kann. Der Schweißkopf führt dann die Schweißung mit der
vorher ermittelten Eintauchgeschwindigkeit aus.
Es wird damit in einfacher Weise eine qualitativ hoch
wertige und gleichmäßige Schweißung ermöglicht, auch
dann, wenn die Zündspitzen herstellungsbedingt unter
schiedliche Länge aufweisen.
Eine bevorzugte Weiterbildung des Verfahrens wird darin
gesehen, daß bei Abweichung der Länge der Zündspitzen
von einem vorgegebenen Toleranzfeld, die mit diesen Zünd
spitzen versehenen Bolzen automatisch der Weiterverarbei
tung entzogen werden.
Desweiteren ist bevorzugt vorgesehen, daß die Messung
der Länge der Zündspitze nach der Vereinzelung der
Schweißbolzen vorgenommen wird und die Schweißbolzen
nach erfolgter Messung in gleicher Reihenfolge einzeln
dem Schweißkopf zugeführt werden.
Die Messung der Zündspitzenlänge kann vorzugsweise an
einer Bolzenvereinzelung vorgenommen werden, von der
aus die Bolzen einzeln und in gleicher Reihenfolge un
mittelbar oder mittelbar dem Schweißkopf zugeführt werden.
Eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens ist
in Anspruch 4 bezeichnet.
Ein streng schematisiertes Ausführungsbeispiel der Er
findung ist in der Zeichnung gezeigt.
In der einzigen Zeichnungsfigur ist ein pneumatischer
Arbeitszylinder 1 gezeigt, der über eine Kupplung 2 mit
einer Führungswelle 3 verbunden ist, die in einer Führung
7 gestellfest gehaltert ist. Mit der Führungswelle 3
gekoppelt ist ein Bolzenhalter 4, der stirnseitig einen
Schweißbolzen 5 mit einer Zündspitze 6 haltert. Das
gesamte Aggregat mit den Teilen 1 bis 7 ist als Schweiß
kopf zu bezeichnen. Dieser Schweißkopf kann Bestandteil
eines Schweißroboters sein oder Bestandteil einer
stationären Schweißanlage. Dem Arbeitszylinder 1 ist
ein Stellglied 8 vorgeschaltet. Das Stellglied kann bei
spielsweise ein Proportionaldruckregelventil oder auch
ein insbesondere elektromotorisch einstellbares Drossel
ventil sein. Dem Stellglied 8 ist ein Prozessor (Ansteuer
elektronik) 9 vorgeschaltet, welchem wiederum ein Meß
sensor 10 vorgeschaltet ist. Mit dieser Vorrichtung ist
ein Verfahren zum Anschweißen von Schweißbolzen 5 an
ein Werkstück im Wege des Kondensatorentladungsschweiß
verfahrens mit Spitzenzündung ermöglicht. Der Schweiß
bolzen 5 wird zunächst mit seiner Zündspitze voraus
mittels einer geeigneten Vereinzelungs- und Zuführvor
richtung, die in der Zeichnung nicht gezeigt ist, dem
Schweißkopf automatisch zugeführt. Von diesem wird er
druckmittelbetätigt an das Werkstück herangeführt, wobei
bei konstanter Zuführgeschwindigkeit bei Berührung der
Zündspitze 6 des Bolzens 5 mit der Werkstückoberfläche
der Schweißstrom zu fließen beginnt. Die Zündspitze ver
dampft dann und ein Lichtbogen bildet sich zwischen Bolzen
und Werkstückoberfläche. Der Bolzen wird mit konstanter
Geschwindigkeit weiter zum Werkstück geführt, bis der
Bolzen in das entstehende Schmelzbad eingetaucht ist.
Zum Zwecke der genauen Einstellung der Lichtbogenbrenn
dauer und der Eintauchgeschwindigkeit wird mittels des
Meßsensors 10 die Länge der Zündspitze 6 vor Beginn des
Schweißvorganges, insbesondere auch vor dem Einsetzen
in den Schweißkopf, gemessen. Das gemessene Längenmaß
wird durch einen Analogdigitalwandler als Bestandteil
des Sensors 10 in ein elektrisches Signal umgewandelt.
Dieses Signal wird in den Prozessor 9 eingelesen, mittels
dessen das Signal in Abhängigkeit von einer vorgegebenen
Lichtbogenbrenndauer, die im Prozessor gespeichert ist,
in ein konstantes Zuführungsgeschwindigkeitsmaß umge
rechnet wird. Vom Prozessor 9 werden dem ermittelten
Zuführgeschwindigkeitsmaß entsprechende elektrische
Signale an das Stellglied 8 übermittelt, mittels dessen die
Stellgeschwindigkeit des Arbeitszylinders 1 und damit die
Zuführgeschwindigkeit des Schweißkopfes dem ermittelten
Geschwindigkeitssollwert angepasst wird.
Zusätzlich kann vorgesehen sein, dass bei der Abweichung der
Länge der Zündspitzen 6 von einem vorgegebenen Toleranzfeld
die mit diesen Zündspitzen 6 versehenen Bolzen 5 automatisch
der Weiterverarbeitung entzogen werden. Hierzu kann zwischen
einer Vereinzelungs- und Messvorrichtung, die dem Schweißkopf
vorgeschaltet ist, und dem Schweißkopf eine Auswerfeinrichtung
vorgesehen sein, die bei außerhalb des Toleranzfeldes
liegenden Zündspitzen 6 den entsprechenden Bolzen 5 aus dem
Zuführweg entfernt.
Die Ausbildung des Stellgliedes 8 ist beliebig, wozu
beispielsweise auf solche Ausführungsformen zurückgegriffen
werden kann, wie sie in der älteren Anmeldung P 42 24 274.6
beschrieben sind.
Claims (4)
1. Verfahren zum Anschweißen von Schweißbolzen (5)
an ein Werkstück im Wege
des Kondensatorentladungsschweißverfahrens mit
Spitzenzündung, wobei der Schweißbolzen (5) mit
seiner Zündspitze (6) voraus einem Schweißkopf
automatisch zugeführt und von diesem
druckmittelbetätigt an das Werkstück herangeführt
wird, wobei bei konstanter Zuführgeschwindigkeit bei
Berührung der Zündspitze (6) des Bolzens (5) mit der
Werkstückoberfläche der Schweißstrom zu fließen
beginnt, die Zündspitze (6) verdampft, ein
Lichtbogen zwischen Bolzen (5) und
Werkstückoberfläche gebildet und der Bolzen (5) in
das entstehende Schmelzbad eingetaucht wird, wobei
zum Zwecke der genauen Einstellung der
Lichtbogenbrenndauer und der Eintauchgeschwindigkeit
die Länge der Zündspitze (6) vor Beginn des
Schweißvorganges gemessen wird, das gemessene
Längenmaß in ein elektrisches Signal umgewandelt
wird, dieses Signal in einen Prozessor (9)
eingelesen wird, mittels dessen das Signal in
Abhängigkeit von einer vorgegebenen
Lichtbogenbrenndauer in ein konstantes
Zuführgeschwindigkeitsmaß umgerechnet wird, und
wobei dem ermittelten Zuführgeschwindigkeitsmaß
entsprechende elektrische Signale vom Prozessor (9)
an ein Stellglied (8) übermittelt werden, mittels
dessen die Zuführgeschwindigkeit des Schweißkopfes
dem ermittelten Geschwindigkeits-Sollwert angepasst
wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, dass bei Abweichung der Länge der
Zündspitzen (6) von einem vorgegebenen Toleranzfeld,
die mit diesen Zündspitzen (6) versehenen Bolzen (5)
automatisch der Weiterverarbeitung entzogen werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn
zeichnet, dass die Messung der Länge der Zündspitze
(6) nach der Vereinzelung der Schweißbolzen (5)
vorgenommen wird und die Schweißbolzen (5) nach
erfolgter Messung in gleicher Reihenfolge einzeln
dem Schweißkopf zugeführt werden.
4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem
der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Vorrichtung aus einer
Schweißvorrichtung mit Schweißkopf und Bolzenzuführ
einrichtung besteht, dadurch gekennzeichnet, daß in
Bolzenzuführrichtung vor dem Schweißkopf ein Meßsensor
(10) angeordnet ist, mittels dessen die Zündspitzen
länge meßbar ist, daß dem Meßsensor (10) ein Analog/
Digitalwandler nachgeordnet ist, mittels dessen die
erfaßten Meßwerte in digitale Signale wandelbar sind,
daß dem Analog/Digitalwandler ein Prozessor (9) nach
geordnet ist, in den die digitalen Signale einlesbar
sind und daß dem Prozessor (9) ein Stellglied (8)
für die Eintauchgeschwindigkeit des den Schweißbolzen
(5) halternden Schweißkopfes nachgeordnet ist, das
durch den Prozessor einstellbar ist.
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Families Citing this family (4)
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- 1992-10-29 DE DE19924236526 patent/DE4236526C2/de not_active Expired - Fee Related
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