DE60121249T2

DE60121249T2 - Verfahren und Vorrichtung zum Punktverbinden

Info

Publication number: DE60121249T2
Application number: DE60121249T
Authority: DE
Inventors: Yuzo Kita-ku Kobe-shi Kano; Masayuki Ikeda-shi Inuzuka; Seiichiro Hyogo-ku Kobe-shi Yamashita; Yasumasa Nagaoka-shi Nakashima; Yasuhide Chuo-ku Kobe-shi Nagao; Tomoyuki Fuchu-cho Aki-gun Iwashita
Original assignee: Kawasaki Heavy Industries Ltd; Kawasaki Jukogyo KK
Current assignee: Kawasaki Heavy Industries Ltd; Kawasaki Motors Ltd
Priority date: 2000-05-08
Filing date: 2001-05-08
Publication date: 2007-07-05
Anticipated expiration: 2021-05-09
Also published as: US20010045447A1; EP1153694A2; EP1153694B1; JP2001314982A; JP3429475B2; ATE332206T1; DE60121249D1; US6832713B2; KR20010102927A; EP1153694A3; KR100446396B1

Description

1. Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bildung einer Punktschweißverbindung und eine Punktschweißvorrichtung und insbesondere, aber nicht ausschließlich, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Punktschweißen von Teilen, die aus einer Aluminiumlegierung oder dergleichen hergestellt sind.
2. Beschreibung des Standes der Technik
Herkömmlicherweise gibt es als ein Verfahren zum Punktverbinden von Platten, die aus einer Aluminiumlegierung oder dergleichen hergestellt sind, ein Widerstandspunktschweißverfahren, ein mechanisches Befestigungsverfahren, das Nieten verwendet, und dergleichen.
Beim Widerstandspunktschweißverfahren gibt es Probleme hinsichtlich der laufenden Kosten und der Qualitätskontrolle, welche einen Bedarf an Stromversorgung von hoher Kapazität beim Punktschweißen, eine kurze Lebensdauer von Schweißelektroden infolge von Verunreinigung oder Abnutzung und einen Bedarf an Hilfsmitteln, wie beispielsweise Wasser und Luft, zusätzlich zu einer Schweißleistung umfassen.
Da beim Widerstandspunktschweißverfahren Eindrücke auf den verbundenen Abschnitten zurückbleiben, ist dieses Verfahren unerwünscht, wenn es auf Außenplatten für ein Kraftfahrzeug angewendet wird, da sein äußeres Erscheinungsbild beeinträchtigt wird.
Insbesondere ist beim Widerstandspunktschweißen von Werkstücken, die aus der Aluminiumlegierung hergestellt sind, die Fähigkeit zur Durchführung eines kontinuierlichen Ausfleckens gering, da die Elektroden sich stark abnutzen. Wenn Strom geleitet wird, fließt er durch Punkte dicht an einem Punkt, der leitfähig ist, das heißt Strom wird nebengeschlossen. Infolgedessen ist es unmöglich, die Punkte dicht nebeneinander anzuordnen. Aus diesem Grund ist es unmöglich, eine erforderliche Festigkeit zu erhalten.
Indessen erfordert Vernieten eine Anzahl von Nieten als Abnutzungselemente.
DE 197 31 638 offenbart ein Verfahren zum Bilden einer Punktschweißverbindung, wobei das Verfahren umfasst: Positionieren von wenigstens zwei zu verbindenden Teilen derart, dass jedes der Teile wenigstens teilweise das oder jedes andere Teil überlagert, In-Kontakt-bringen eines drehbaren Elements mit einem ersten der Teile an einer Verbindungsstelle, an welcher das erste Teil das oder jedes andere überlagert, Drehen des drehbaren Elements um eine Drehachse davon und Ausüben einer Kraft darauf, derart dass das drehbare Element axial gegen die Teile gedrückt wird und überlagerte Abschnitte der Teile an der Verbindungsstelle erweicht, und Zurückziehen des Elements, wodurch die erweichten Abschnitte der Teile hart werden, um eine Verbindung zu bilden.
KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Die Erfindung schafft ein Verfahren zur Bildung einer Punktschweißverbindung, wobei das Verfahren umfasst: Positionieren von wenigstens zwei zu verbindenden Teilen derart, dass jedes der Teile wenigstens teilweise das oder jedes andere Teil überlagert, In-Kontakt-bringen eines Drehelements mit einem ersten der Teile an einer Verbindungsstelle, an welcher das erste Teil das oder jedes andere Teil überlagert, Drehen des drehbaren Elements um eine Drehachse davon und Ausüben einer Kraft darauf, derart dass das drehbare Element axial gegen die Teile gedrückt wird und überlagerte Abschnitte der Teile an der Verbindungsstelle erweicht, und Zurückziehen des Elements, wodurch die erweichten Abschnitte der Teile hart werden, um eine Verbindung zu bilden, dadurch gekennzeichnet, dass das drehbare Element durch die Betätigung eines Servomotors gedreht wird und einen Schulterabschnitt mit einer Fläche, die sich quer zur Drehachse erstreckt, und ein freies Ende mit einem Vorsprung, der von der quer verlaufenden Fläche vorsteht, umfasst, und dadurch, dass, wenn das drehbare Element gegen die Teile gedrückt wird, der Vorsprung wenigstens in das erste der Teile eindringt, wobei er die Fläche mit dem ersten der Teile in Kontakt bringt, um Wärme zu erzeugen, welche das Erweichen der überlagerten Teile bewirkt.
Die Erfindung umfasst eine Punktschweißvorrichtung, wobei die Vorrichtung ein drehbares Element mit einer Drehachse, einen ersten Motor zum Drehen des drehbaren Elements um die Drehachse und einen zweiten Motor zum derartigen Rück- und Vorwärtsbewegen des drehbaren Elements entlang der Drehachse umfasst, dass das drehbare Element bei Verwendung an einer Stelle, an welcher das erste Teil das oder jedes Teil wenigstens teilweise überlagert, gegen ein erstes von zwei oder mehr zu verbindenden Teilen gedrückt und gedreht werden kann, um das Erweichen von Abschnitten jedes der Teile zu bewirken, und von der Stelle zurückgenommen werden kann, wodurch die erweichten Abschnitte hart werden, um eine Punktschweißverbindung zwischen den Teilen zu bilden, dadurch gekennzeichnet, dass das drehbare Element einen Schulterabschnitt mit einer Fläche, die sich quer zur Drehachse erstreckt, und ein freies Ende mit einem Vorsprung, der von der Fläche vorsteht, umfasst, und dadurch, dass der erste Motor ein Servomotor ist.
Zum besseren Verständnis der Erfindung werden nun Ausführungsformen davon, welche lediglich als Beispiele dienen, unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine Querschnittansicht, welche eine Punktverbindungsvorrichtung darstellt;
2A, 2B sind Ansichten, welche zwei Arten von Formen eines Spitzenendabschnitts eines Verbindungswerkzeugs darstellen;
3A, 3B sind Ansichten, welche ein Beispiel eines Punktverbindungsverfahrens darstellen;
4 ist eine Querschnittansicht, welche verbundene Werkstücke darstellt; und
5 ist eine Ansicht, welche ein Versuchsergebnis des Punktverbindungsverfahrens der vorliegenden Erfindung darstellt.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
1 ist eine Querschnittansicht, welche eine Punktverbindungsvorrichtung 1 darstellt, welche das Prinzip der vorliegenden Erfindung veranschaulicht und nicht durch die Ansprüche erfasst ist. Nunmehr unter Bezugnahme auf 1 wird die Punktverbindungsvorrichtung 1 verwendet, um Werkstücke, wie beispielsweise zwei Aluminiumlegierungsplatten, durch Überlappverbindung zu verbinden, und sie umfasst ein Verbindungswerkzeug 2, einen Induktionsmotor 3, einen Servomotor 4, eine Linearführung 6, ein Aufnahmeelement 7 und einen Rahmen 9. Gemäß der Erfindung ist der erste Motor 3 ein Servomotor.
Das Verbindungswerkzeug 2 wird mithilfe von Lagern 11 getragen, derart dass es um eine Achse L1 des Verbindungswerkzeugs 2 drehbar ist. Das Verbindungswerkzeug 2 wird durch den Induktionsmotor 3 angetrieben, um mit einer hohen Geschwindigkeit um die Achse L1 gedreht zu werden. Der Induktionsmotor 3 ist mithilfe der Linearführung 6 derart auf dem Rahmen 9 montiert, dass er entlang der Achse L1 des Verbindungswerkzeugs 2 vertikal beweglich ist.
Die Linearführung 6 ist am Rahmen 9 montiert und umfasst eine Führungsschiene 15, die sich parallel zur Achse L1 des Verbindungswerkzeugs 2 erstreckt, und ein Führungselement 16, das an der Führungsschiene 15 beweglich angebracht ist. Die Lager 11, welche den Induktionsmotor 3 und das Verbindungswerkzeug 2 tragen, sind am Führungselement 16 der Linearführung 6 angebracht. Dadurch ist das Verbindungswerkzeug 2 zusammen mit dem Induktionsmotor 3 entlang der Achse L1 vertikal drehbar.
Ein Servomotor 4 und eine Kugelumlaufspindel 5 sind am Rahmen 9 montiert. Der Servomotor 4 treibt eine Spindelwelle 13 der Kugelumlaufspindel 5 durch einen Riemen 12 an und bewirkt, dass die Spindelwelle 13 sich dreht. Die Spindelwelle 13 ist parallel zur Achse L1 des Verbindungswerkzeugs 2 angeordnet. Eine Mutter 14, die auf die Spindelwelle 13 geschraubt ist, wird gemäß der Drehung der Spindelwelle 13 vertikal bewegt. Die Mutter ist am Führungselement 16 der Linearführung 6 angebracht. Das heißt, durch den Servomotor 4 angetrieben dreht sich die Spindelwelle 13 der Kugelumlaufspindel 5, um dadurch zu ermöglichen, dass das Verbindungswerkzeug 2 zusammen mit dem Induktionsmotor 3 entlang der Achse L1 vertikal bewegt wird.
Der Rahmen 9 weist einen unteren Abschnitt, der in L-Form gebogen ist, und einen Spitzenendabschnitt, auf welchem das Aufnahmeelement 7 montiert ist, auf.
Das Aufnahmeelement 7 ist ein säulenförmiges Element, das gegenüber dem Verbindungswerkzeug 2 angeordnet und koaxial mit der Achse L1 des Verbindungswerkzeugs 2 eingerichtet ist. Das Aufnahmeelement 7 weist eine flache obere Fläche gegenüber dem Spitzenende des Verbindungswerkzeugs 2 auf. Bei der Punktverbindung werden zu verbindende Werkstücke auf der flachen oberen Fläche, die als eine Aufnahmefläche 8 dient, einer Druckkraft vom Verbindungswerkzeug 2 ausgesetzt.
2A, 2B sind Ansichten, welche zwei Arten von Formen des Spitzenendabschnitts des Verbindungswerkzeugs 2 darstellen. Das Verbindungswerkzeug 2 ist konisch, nach unten zu einem Spitzenende davon verjüngt und am Spitzenden davon mit einem Schulterabschnitt 20 in Form einer knickfesten Säule versehen. Ein Stift 21 ist auf einer unteren Fläche 22 des Schulterabschnitts 20 ausgebildet, derart dass er von einem Mittelabschnitt der unteren Fläche 22 entlang der Achse L1 vorsteht.
Der Schulterabschnitt 20 weist zwei Arten von Formen auf, d.h. eine gekrümmte Flächenart, die in 2A dargestellt ist, und eine flache Flächenart, die in 2B dargestellt ist. Wie in der Form der gekrümmten Flächenart von 2A dargestellt, ist die untere Fläche 22 des Schulterabschnitts 20 kegelförmig, derart dass sie in einem Mittelabschnitt davon nach oben eingebuchtet ist, und von dem am tiefsten eingebuchteten Mittelabschnitt steht der Stift 21 entlang der Achse L1 nach unten vor. Ein Eckabschnitt 23, an dem eine äußere Umfangsfläche 25 und die untere Fläche 22 des Schulterabschnitts 20 verbunden sind, ist gleichmäßig und kreisbogenförmig, und ein Abschnitt 24, an dem die untere Fläche 22 und der Stift 21 verbunden sind, ist ebenfalls gleichmäßig und kreisbogenförmig. Der Spitzenendabschnitt des Stifts 21 weist einen leicht erhobenen Mittelabschnitt auf.
Wie in der Form der flachen Flächenart von 2B dargestellt, ist die untere Fläche 22 des Schulterabschnitts 20 eine flache Fläche, die senkrecht zur Achse L1 ist und einen Mittelabschnitt aufweist, von welchem der Stift 21 nach unten vorsteht. Der Eckabschnitt 23, an dem die äußere Umfangsfläche 25 und die untere Fläche 22 verbunden sind, ist gleichmäßig und kreisbogenförmig wie die Form von 2A, aber die untere Fläche 22 und der Stift 21 bilden einen rechten Winkel in einem Abschnitt 26, an dem sie verbunden sind. Wie die Form von 2A weist der Spitzenendabschnitt des Stifts 21 einen leicht erhobenen Mittelabschnitt auf.
Ein Außendurchmesser D1 des Schulterabschnitts 20 ist zum Beispiel 5 bis 20 mm. Ein Außendurchmesser D2 des Stifts 21 ist 2 bis 7 mm, und eine Länge H des Stifts 21 ist 1 bis 3 mm. Das Verbindungswerkzeug 2 ist aus Werkzeugstahl hergestellt, der härter als eine Aluminiumlegierung ist, aus welcher die zu verschweißenden Werkstücke hergestellt sind.
3A, 3B sind Ansichten, welche ein Beispiel eines Punktverbindungsverfahrens darstellen. In diesem Beispiel werden Werkstücke 30, 31, die zwei Aluminiumlegierungsplatten entsprechen, durch Überlappen verbunden.
Zunächst werden die Werkstücke 30, 31 auf der Aufnahmefläche 8 des Aufnahmeelements 7 angeordnet, derart dass ein Verbindungspunkt P der Werkstücke 30, 31 mit der Achse L1 übereinstimmt. Dann treibt der Induktionsmotor 3 das Verbindungswerkzeug 2 an, um es mit einer hohen Geschwindigkeit von zum Beispiel ungefähr 1.000 bis 3.000 U/min zu drehen. Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Servomotor als der Motor zum Drehen des Verbindungswerkzeugs 2 verwendet.
Anschließend wird das drehende Verbindungswerkzeug 2 durch den Servomotor 4 entlang der Achse L1 nach unten bewegt. Wenn der Stift 21 des Verbindungswerkzeugs 2 das Werkstück 30 erreicht, wird das Werkstück 30 infolge der Reibung, die zwischen dem drehenden Stift 21 und dem Werkstück 30 erzeugt wird, erwärmt und erweicht, und der Stift 21 wird darin eingeführt. Wenn der Stift 21 eingeführt ist, kommt die untere Fläche 22 des Schulterabschnitts 20 mit dem Werkstück 30 in Kontakt, und eine Umgebung des Verbindungspunkts P wird infolge der Reibung, die zwischen der unteren Fläche 22 und dem Werkstück 30 erzeugt wird, erwärmt. Plastisches Fließen wird als Ergebnis der Drehung mit dem Stift 21, der in das Werkstück 30 eingeführt ist, das infolge der Reibungswärme erwärmt und erweicht wird, hervorgerufen, und die Umgebung des Verbindungspunkts P wird durch den drehenden Stift 21 gerührt.
In diesem Beispiel ist die Druckkraft des Verbindungswerkzeugs 2 auf 300 kgf eingestellt, Die Druckkraft wird durch das Aufnahmeelement 7 aufgenommen.
Nachdem das Spitzenende des Stifts 21 durch eine Verbindungsfläche zwischen den Werkstücken 30, 31 durchgetreten und unmittelbar vor eine Rückfläche des Werkstücks 31 eingeführt ist, dreht das Verbindungswerkzeug 2 sich demnach, um die Umgebung des Verbindungspunkts P zu rühren, der in einen plastisch fließenden Bereich 32 zu bilden ist, wie in 3A dargestellt. Folglich werden die Werkstücke 30, 31 am Verbindungspunkt geschmolzen.
Nachdem für eine bestimmte Zeit gerührt wurde, wird das Verbindungswerkzeug 2 herausgezogen, wie in 3B dargestellt. Die bestimmte Zeit wird zum Beispiel auf etwa 1 bis 10 Sekunden eingestellt. Nachdem der Stift 21 herausgezogen ist, werden die plastisch fließenden Werkstücke fest und die Werkstücke 30, 31 sind am Verbindungspunkt P verbunden.
4 ist eine Ansicht, welche einen Querschnitt des Verbindungspunkts der verbundenen Werkstücke 30, 31 darstellt. Wie in 4 dargestellt, ist in Vorderflächen der Werkstücke 30, 31 durch Einführen des Stifts 21 und der Schulter 20 darin von oben ein konkaver Abschnitt ausgebildet. Die Umgebung des konkaven Abschnitts fließt plastisch, um zu ermöglichen, dass die Werkstücke 30, 31 geschmolzen werden. Es ist zu sehen, dass eine Rückfläche des Werkstücks 31 flach gehalten ist, da der Stift 21 nicht von unten in die Rückfläche eingeführt wird. In dem Beispiel, das in 4 dargestellt ist, wird die Schulter der gekrümmten Flächenart verwendet.
5 stellt ein Versuchsergebnis des Punktverbindungsverfahrens der vorliegenden Erfindung dar. Bei diesem Versuch wurde ein Kraftfahrzeugelement, das aus einer Aluminiumlegierung hergestellt war, durch Überlappen verbunden. Genauer gesagt, wurden Kantenabschnitte einer Motorhaube verbunden. Bei diesem Versuch wurden eine 0,95 mm dicke Aluminiumlegierungsplatte als ein äußeres Werkstück und eine 0,9 mm dicke Aluminiumlegierungsplatte als ein inneres Werkstück verbunden, und eine erforderliche Verbindungsfestigkeit wurde auf 0,5 kN oder mehr eingestellt.
Bei diesem Versuch wurde der Stift 21 von 2,1 mm ø verwendet. Die angelegte Last wurde konstant gehalten (300 kgf). Die Anzahl von Drehungen wurde auf 1.500 U/min, 2.000 U/min oder 2.500 U/min eingestellt. Das Verbindungswerkzeug der gekrümmte Flächenart und das Verbindungswerkzeug der flachen Flächenart wurden für eine Verbindungszeit verwendet, die im Bereich von 1,0 bis 3,5 s eingestellt war. Wie in 5 dargstellt, wurde bei jedem Versuch ein wünschenswertes Ergebnis, dass die Scherlast die erforderliche Verbindungsfestigkeit weit überschritt und die Scherfestigkeit weniger variierte, erzielt.
Da im Punktverbindungsverfahren der konkave Abschnitt nicht auf der Fläche gebildet wird, die sich auf der gegenüberliegenden Seite zu der Fläche befindet, in welche das Werkzeug eingeführt wird, und die Fläche auf der gegenüberliegenden Seite daher flach gehalten wird, kann eine Punktverbindung durchgeführt werden, ohne das äußere Erscheinungsbild zu beeinträchtigen.
Die zu verbindenden Werkstücke sind nicht auf die Werkstücke beschränkt, die aus einer Aluminiumlegierung hergestellt sind, sondern es können auch Edelstahlplatten verbunden werden. Es können Werkstücke von verschiedenen Arten ebenso wie Werkstücke derselben Art verbunden werden.
Im Punktverbindungsverfahren der vorliegenden Erfindung wird bevorzugt, dass flachplattenförmige und Aluminiumlegierungswerkstücke derselben Art durch Überlappen verbunden werden, wie zuvor beschrieben. Alternativerweise können drei oder mehr Werkstücke durch Überlappen verbunden werden. Außerdem können die Werkstücke von verschiedenen Arten durch Überlappen verbunden werden. Ferner kann eine Kombination einer Mehrzahl von dreidimensional geformten Werkstücken verwendet werden, und das Punktverbindungsverfahren der vorliegenden Erfindung kann eingesetzt werden, wenn überlappte Flächen verbunden werden.
Obwohl in diesem Beispiel der Induktionsmotor als der Motor zum Drehen des Verbindungswerkzeugs verwendet wird, verwendet die vorliegende Erfindung einen Servomotor. Die Drehgeschwindigkeit des Verbindungswerkzeugs kann durch Drehen des Verbindungswerkzeugs durch Verwenden eines Servomotors mit hoher Genauigkeit gesteuert werden.
Da es im Punktverbindungsverfahren der vorliegenden Erfindung im Gegensatz zum herkömmlichen Widerstandspunktschweißverfahren nicht notwendig ist, Strom zu leiten, brauchen die zu verbindenden Werkstücke nicht Metalle zu sein, und es können Werkstücke, die aus Kunstharz hergestellt sind, und Werkstücke, bei welchen Dekorationsplatten, die aus Kunstharz hergestellt sind, an Außenflächen von Metallplatten geschweißt werden, verbunden werden.
Das Punktverbindungsgerät der vorliegenden Erfindung wird als eine Punktverbindungspistole verwendet, welche zum Beispiel durch eine Symmetriereinrichtung getragen wird. Ein Bediener führt einen Punktverbindungsvorgang mit der Pistole durch. Außerdem kann ein Knickarmroboter mit einer Pistole auf seinem Handgelenk ausgestattet und so ausgelegt sein, dass er eine Punktverbindung von vorbestimmten Verbindungspunkten gemäß einem Lehrprogramm sequenziell durchführt.
Als ein anderes Beispiel des Verbindungswerkzeugs kann eine Schraube am Spitzenende des Stifts ausgebildet sein. Dies macht es leicht, dass der drehende Stift in die zu verbindenden Werkstücke eingeführt wird.
Das Punktverbindungsverfahren der vorliegenden Erfindung kann nicht nur auf das Verbinden des Kraftfahrzeugelements, das aus einer Aluminiumlegierung hergestellt ist, sondern auch auf das Verbinden eines Schienenfahrzeugs, das aus einer Aluminiumlegierung hergestellt ist, eines Aluminiumgehäuses oder dergleichen angewendet werden.
In dem hierin zuvor beschriebenen Punktverbindungsverfahren wird das Verbindungswerkzeug gedreht, um eine Reibungswärme zum Verbinden der Werkstücke zu erzeugen. Daher kann eine Punktverbindung im Vergleich zum Widerstandspunktschweißen mit einem Strom von einer wesentlich geringeren Kapazität durchgeführt werden. Außerdem sind andere Hilfsmittel außer dem Strom unnötig, und das Verbindungswerkzeug kann über einen langen Zeitraum ohne die Notwendigkeit einer Wartung verwendet werden, da das Verbindungswerkzeug weder verunreinigt noch abgenutzt wird. Daher werden die laufenden Kosten gesenkt und die Handhabung wird leicht gemacht. Im Gegensatz zum mechanischen Befestigungsverfahren, das Nieten verwendet, werden im Punktverbindungsverfahren der vorliegenden Erfindung weder die Kosten noch das Gewicht erhöht, da Befestigungselemente unnötig sind.
In der Ausführungsform ist ein Aufnahmeelement mit einer flachen Aufnahmefläche, auf welcher die überlappten Werkstücke angeordnet werden, gegenüber dem Spitzenendabschnitt des Verbindungswerkzeugs vorgesehen, um eine Druckkraft vom Verbindungswerkzeug aufzunehmen, das gegen die überlappten Werkstücke stößt
Bei der Punktverbindung werden zum Beispiel zwei zu verbindende Werkstücke überlappt und auf dem Aufnahmeelement angeordnet. Von oberhalb der Werkstücke wird das Verbindungswerkzeug gedreht und gegen die zu verbindenden Werkstücke gedrückt. Die Werkstücke werden auf dem Aufnahmeelement derart getragen, dass eine Fläche eines der Werkstücke gegen die flache Fläche des Aufnahmeelements gedrückt wird und eine Punktverbindung von der gegenüberliegenden Seite des Aufnahmeelements durchgeführt wird. Ein Loch wird als ein Ergebnis der Stifteinführung in den Werkstücken gebildet, aber die Fläche, die gegen die flache Fläche des Aufnahmeelements gedrückt wird, wird flach gehalten, da der Stift von der gegenüberliegenden Seite des Aufnahmeelements eingeführt wird und die Fläche nicht erreicht. Nach dem Verbinden kann dieses Werkstück als eine Außenplatte verwendet werden.
Gemäß einer Ausführungsform kann durch Verwenden eines Servomotors als den Motor zum Drehen des Verbindungswerkzeugs um die Achse das Verbindungswerkzeug mit einer hohen Geschwindigkeit gedreht werden. Außerdem kann durch Verwenden eines Servomotors als den Motor zum Bewegen des Verbindungswerkzeugs entlang der Achse eine Verbindungstiefe mit hoher Genauigkeit gesteuert werden.

Claims

Verfahren zur Bildung einer Punktschweißverbindung, wobei das Verfahren umfasst: Positionieren von wenigstens zwei zu verbindenden Teilen (30, 31) derart, dass jedes der Teile wenigstens teilweise das oder jedes andere Teil überlagert, In-Kontakt-bringen eines drehbaren Elements (2) mit einem ersten (30) der Teile an einer Verbindungsstelle, an welcher das erste Teil das oder jedes andere Teil überlagert, Drehen des drehbaren Elements um eine Drehachse (L1) davon und Ausüben einer Kraft darauf, derart dass das drehbare Element axial gegen die Teile gedrückt wird und überlagerte Abschnitte der Teile an der Verbindungsstelle erweicht, und Zurückziehen des Elements, wodurch die erweichten Abschnitte der Teile hart werden, um eine Verbindung zu bilden, dadurch gekennzeichnet, dass das drehbare Element (2) durch die Betätigung eines Servomotors (3) gedreht wird und einen Schulterabschnitt (20) mit einer Fläche (22), die sich quer zur Drehachse (L1) erstreckt, und ein freies Ende mit einem Vorsprung (21), der von der quer verlaufenden Fläche vorsteht, umfasst, und dadurch, dass, wenn das drehbare Element gegen die Teile gedrückt wird, der Vorsprung wenigstens in das erste der Teile eindringt, wobei er die Fläche (22) mit dem ersten der Teile in Kontakt bringt, um Wärme zu erzeugen, welche das Erweichen der überlagerten Teile bewirkt.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Verbindung zwei Teile (30, 31) umfasst und der Vorsprung (21) an der Verbindungsstelle in das erste Teil (30) eindringt und in das zweite Teil (31) teilweise eindringt.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, welches ferner umfasst: Bereitstellen eines Aufnahmeelements (7) gegenüber dem drehbaren Element (2), wobei das Aufnahmeelement eine flache Aufnahmefläche (8) aufweist und die anderen oder das eine der Teile (31), das am weitesten vom ersten Teil (30) angeordnet ist, auf der Aufnahmefläche angeordnet wird, wodurch das Aufnahmeelement der Druckkraft, die durch das drehbare Element ausgeübt wird, entgegenwirkt.
Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, wobei die Punktschweißverbindung drei oder mehr Teile umfasst, welche einander an der Verbindungsstelle wenigstens teilweise überlagern.
Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, wobei das drehbare Element (2) durch die Betätigung eines Motors (4) gegen die Teile (30, 31) gedrückt wird.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei der Motor (4) ein anderer Servomotor ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei wenigstens eines der Verbindungsteile aus Kunstharz hergestellt ist.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei das Teil, das aus Kunstharz hergestellt ist, eine Dekorationsplatte ist und an ein Teil punktgeschweißt wird, das eine Metallplatte umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Verbindungsteile ein Außenblech eines Kraftfahrzeugs bilden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Verbindungsteile ein Außenblech eines Schienenfahrzeugs bilden.
Punktschweißvorrichtung, wobei die Vorrichtung ein drehbares Element (2) mit einer Drehachse (L1), einen ersten Motor (3) zum Drehen des drehbaren Elements um die Drehachse (L1) und einen zweiten Motor (4) zum derartigen Rück- und Vorwärtsbewegen des drehbaren Elements entlang der Drehachse umfasst, dass das drehbare Element bei Verwendung an einer Stelle, an welcher das erste Teil (30) das oder jedes Teil (31) wenigstens teilweise überlagert, gegen ein erstes von zwei oder mehr zu verbindenden Teilen (30, 31) gedrückt und gedreht werden kann, um das Erweichen von Abschnitten jedes der Teile zu bewirken, und von der Stelle zurückgenommen werden kann, wodurch die erweichten Abschnitte hart werden, um eine Punktschweißverbindung zwischen den Teilen zu bilden, dadurch gekennzeichnet, dass das drehbare Element (2) einen Schulterabschnitt (20) mit einer Fläche (22), die sich quer zur Drehachse (L1) erstreckt, und ein freies Ende mit einem Vorsprung (21), der von der Fläche vorsteht, umfasst, und dadurch, dass der erste Motor (3) ein Servomotor ist.
Vorrichtung nach Anspruch 11, wobei der zweite Motor (4) ein Servomotor ist.
Vorrichtung nach Anspruch 11 oder 12, welche ferner umfasst: einen Rahmen (9), auf welchem der zweite Motor vorgesehen ist; eine Linearführung (6), die auf dem Rahmen montiert ist, zum Führen des drehbaren Elements bei der Rück- und Vorwärtsbewegung entlang der Drehachse (L1).
Vorrichtung nach Anspruch 13, wobei die Linearführung umfasst: eine Führungsschiene, die sich zur Drehachse (L1) erstreckt; ein Führungselement, das an der Führungsschiene beweglich angebracht ist und das drehbare Element trägt.
Vorrichtung nach Anspruch 14, welche ferner eine Kugelumlaufspindel (5) aufweist, die umfasst: eine Spindelwelle (13), die auf dem Rahmen (9) montiert ist und durch den zweiten Motor (4) angetrieben wird; und eine Mutter (14), die auf dem Führungselement montiert und auf die Spindelwelle geschraubt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 13, 14 oder 15, wobei der erste Motor (3) auf dem Führungselement vorgesehen ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 15, welche ferner ein Aufnahmeelement (7) umfasst, das gegenüber dem drehbaren Element (2) angeordnet ist, wobei das Aufnahmeelement eine flache Aufnahmefläche (8) aufweist, auf welcher die zu verbindenden Teile (30, 31) angeordnet werden, und die Druckkraft vom drehbaren Element, die gegen die zu verbindenden Teile drückt, aufnimmt.
Vorrichtung nach Anspruch 17, wobei das Aufnahmeelement (7) ein zylindrisches Element ist, das koaxial mit dem drehbaren Element angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 17 oder 18, wenn abhängig von einem der Ansprüche 15 bis 17, wobei der Rahmen (9) L-förmig ist und einen Endabschnitt aufweist, an welchem das Aufnahmeelement (7) montiert ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 19, wobei der Vorsprung (21) einen erhobenen Mittelabschnitt aufweist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 20, wobei die Fläche (22) die Form eines verkehrten Kegels aufweist, derart dass sie in der axialen Richtung des Schulterabschnitts nach innen vertieft ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 21, wobei die Fläche (22) und der Vorsprung (21) durch eine bogenförmige Fläche (24) verbunden sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 20, wobei die Fläche (22) eine flache Fläche senkrecht zur Drehachse (L1) ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 23, wobei eine äußere Umfangsfläche des Schulterabschnitts und die Fläche (22) durch eine bogenförmige Fläche (23) verbunden sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 24, wobei ein Schraubengewinde auf dem Vorsprung (21) vorgesehen ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 25, welche so ausgelegt ist, dass sie auf einem Handgelenk eines Knickarmroboters getragen werden kann.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 25, welche so ausgelegt ist, dass sie von einem Bediener getragen werden kann, um Punktschweißoperationen damit durchzuführen.