EP3157705A1 - VERFAHREN ZUM WIDERSTANDSPUNKTSCHWEIßEN EINES SANDWICHMATERIALS UND VORRICHTUNG HIERFÜR - Google Patents

VERFAHREN ZUM WIDERSTANDSPUNKTSCHWEIßEN EINES SANDWICHMATERIALS UND VORRICHTUNG HIERFÜR

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Publication number
EP3157705A1
EP3157705A1 EP15730109.4A EP15730109A EP3157705A1 EP 3157705 A1 EP3157705 A1 EP 3157705A1 EP 15730109 A EP15730109 A EP 15730109A EP 3157705 A1 EP3157705 A1 EP 3157705A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
electrode
welded
metallic material
kontaktierungskorper
current
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP15730109.4A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Azeddine Chergui
Andreas Niesen
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
ThyssenKrupp Steel Europe AG
ThyssenKrupp AG
Original Assignee
ThyssenKrupp Steel Europe AG
ThyssenKrupp AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by ThyssenKrupp Steel Europe AG, ThyssenKrupp AG filed Critical ThyssenKrupp Steel Europe AG
Publication of EP3157705A1 publication Critical patent/EP3157705A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K11/00—Resistance welding; Severing by resistance heating
    • B23K11/10—Spot welding; Stitch welding
    • B23K11/11—Spot welding
    • B23K11/115—Spot welding by means of two electrodes placed opposite one another on both sides of the welded parts
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K2103/00—Materials to be soldered, welded or cut
    • B23K2103/16—Composite materials, e.g. fibre reinforced
    • B23K2103/166—Multilayered materials
    • B23K2103/172—Multilayered materials wherein at least one of the layers is non-metallic

Definitions

  • the invention relates to a method for resistance spot welding a
  • Sandwich material comprising a plastic core layer with two metallic cover layers, with at least one metallic material, with a first electrode, which on the
  • the invention relates to a device for resistance spot welding a sandwich material with at least one metallic material, comprising at least a first electrode holder with a first electrode and an opposite second electrode holder with a second electrode, which are movable relative to each other, a current / voltage source and live cables.
  • a sandwich material that consists of a
  • Plastic core layer with two metallic cover layers especially if the plastic core layer is provided in the thickness greater than the thickness of the metal cover layers, comparable properties as a monolithic material with reduced weight.
  • the resistance spot welding a sandwich material with at least one other metallic material was previously due to the arranged between the metal cover layers plastic core layer, which isolates the two metal cover layers from each other, very difficult and feasible only with high equipment cost.
  • German Offenlegungsschrift DE 10 201 1 109 708 A1 discloses a method for resistance spot welding of a sandwich component with a further metal component known, in which a first electrode on the surface of the metal component and the second electrode opposite to the surface of the sandwich component to the
  • the welding point are placed and the plastic is heated to the point to be welded, wherein the electrodes are tempered and displaced by moving the electrodes, the softened plastic from the area to be welded until the cover layers of the sandwich component come into electrical contact.
  • German patent application DE 10 2013 108 563 A1 discloses a method for
  • Sandwich component is used with the metal component.
  • the heating of the plastic at the point to be welded is effected by a first circuit, which is fed via the same current / voltage source as the second circuit and is switched on or off.
  • the heating current feeds the electrode which abuts the surface of the metal component and conducts the current into the metal component. From a current bridge arranged in electrical contact with the metal component, the current becomes the current / voltage source
  • the distance or the distance between the feeding electrode and the downstream current bridge may be too large, whereby the registered heat at this distance may have a negative effect in the sandwich material, for example, it may lead to delamination in this area. There is therefore more
  • the indicated object for a generic method is achieved in that the first electrode and a contacting body, which are placed adjacent to each other on the surface of the metallic material, by an electric current flow through the first electrode and the contacting body of the plastic in the to be welded Area is heated and the justify istskorper is electrically connected via a current return line to a current-carrying line of the second electrode.
  • the inventors have found that by providing the first electrode and a contacting body which are placed adjacent to each other on the surface of the metallic material, the plastic is heated in the area to be welded by an electric current flow through the first electrode and the contacting body.
  • the heat-affected zone can be limited locally to the area to be welded during the heating of the plastic.
  • the Kunststofftechnikskorper is electrically conductively connected to a current-carrying line of the second electrode as a shunt and thereby the circuit is closed.
  • the electric current is kept constant until contacting the two cover layers, preferably at a low set current.
  • This has the advantage that the plastic is not heated too quickly and spatter on the first contact of the cover plates, which can lead to an undesirable blistering, are substantially suppressed.
  • the currents are to be determined empirically.
  • a further embodiment of the method according to the invention provides that, after contacting the two cover layers, the electrical current flow is maintained and essentially continues to flow via the first and second electrodes to produce a spot weld. This has the advantage that no additional control elements or
  • the object of a generic device is achieved in that a Greticianskorper is provided on the first electrode holder, which are arranged adjacent to each other and the Whyskorper is electrically connected via a current return line with a current-carrying line of the second electrode.
  • the first electrode holder or electrode and the contacting body which are arranged adjacent to one another
  • the contacting body extends coaxially with the first electrode holder.
  • the resilient arrangement causes a biasing force, which can be advantageously ensured that with increasing biasing force of the spring, the contact resistance between
  • a further embodiment of the device according to the invention provides that a non-conductive material, in particular a sleeve, preferably a sliding sleeve, is arranged between the electrode holder and the contacting body.
  • a non-conductive material in particular a sleeve, preferably a sliding sleeve, is arranged between the electrode holder and the contacting body.
  • Contacting body on a contacting region which surrounds the first electrode annular.
  • This has the advantage that the current from the first electrode can flow uniformly radially in the direction of the contacting region.
  • the contacting region partially surrounds the first electrode. This configuration can be used, for example, if the accessibility to the welding areas is restricted, for example, in the case of components which have a narrow joining flange.
  • the device is designed as a spot welding gun, which can be installed easily and without much effort to a conventional welding robot.
  • Figure 2 a second embodiment of a device according to the invention in a perspective view
  • Figure 3 a third embodiment of a device according to the invention in a perspective view.
  • a sandwich material which consists of a plastic core layer (1), preferably of a thermoplastic core layer with two metallic cover layers (2, 2 '), preferably with steel cover layers exists.
  • a plastic core layer (1) preferably of a thermoplastic core layer with two metallic cover layers (2, 2 '), preferably with steel cover layers exists.
  • the sandwich material is coated with a metallic material (3), preferably with a
  • Electrode mount (4 ') is connected and an opposite second electrode (5), which in turn is connected to a second electrode holder (5') is provided, wherein the first electrode (4) on the surface of the metallic material (3) and the second
  • Electrode (5) are placed on the surface of the metal material facing away from the metallic cover layer (2 ').
  • the device according to the invention is as
  • Spot welding gun (10) formed, which has a C-shape with two gun arms (6) on which the electrode holders (4 ', 5') are arranged. At the first
  • Electrode support (4 ') is amaschinessenskorper (12) is provided, which is adjacent to the first electrode holder (4') is arranged, wherein the Mix michskorper (12) coaxial with the first electrode holder (4 ') extends and the Kunststofftechnikskorper a contacting region (13) has, which surrounds the first electrode (4), for example, annular. Furthermore, a current / voltage source (11) and current-carrying lines (7, 8, 9) are provided, wherein the first electrode is connected to a current-carrying line (7) and the second electrode (5) is connected to a current-carrying line (8 ), which form the circuit needed for the welding process.
  • Another current-carrying line (9) is between the Needles istskorper (12) and the current return line (8) of the second electrode (5) is provided, which serves to generate a shunt, in order to bring about a heating of the plastic in the region to be welded.
  • an electrically non-conductive material (14) for example in the form of a coating or a sleeve between the first electrode holder (4 ') and the contacting body (12)
  • FIG. 1 a shows the phase of the heating of the plastic in the region to be welded.
  • the first electrode (4) and the contacting region (13) of the contacting body (12) are placed on the surface of the metallic material (3).
  • the second electrode (5) is placed on the surface of the metal material facing away from the metallic cover layer (2 ').
  • the contacting region (13) of the contacting body (12) is annular, for example, and is also in electrical contact with the metallic material, so that from the first electrode (4) the current can flow uniformly radially in the direction of the contacting region (13).
  • the heat-affected zone can be limited locally to the area to be welded.
  • the heating and welding phases are analogous to those described above
  • integrally formed projection (12 ') which for electrical connection / connection with the current-carrying line (9), which is for example designed as a copper strip, which in turn electrically connected to the current-carrying line (8) of the second electrode (5) is.
  • the contacting region (13) of the contacting body partially surrounds the first electrode (4). This embodiment is preferably used when the accessibility to the welding area, as shown in this embodiment, is limited.
  • FIG. 3 shows a perspective view of a third exemplary embodiment of a device according to the invention.
  • the contacting body (12) has a contacting region (13) partially surrounding the first electrode (4), which is distributed over two partial regions, resulting in a symmetrical current flow between the first electrode (4) and the partial regions of the first electrode Can set Kunststoffskorpers (12).
  • the two sections also have one positive influence on the device, since they load the device according to the invention symmetrically during the application of force to the electrode holders (4 ', 5').

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Resistance Welding (AREA)
  • Lining Or Joining Of Plastics Or The Like (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Widerstandspunktschweißen eines Sandwichmaterials, das eine Kunststoffkernlage 1 mit zwei metallischen Decklagen 2, 2' umfasst, mit mindestens einem metallischen Material 3, mit einer ersten Elektrode 4, die auf die Oberfläche des metallischen Materials aufgesetzt wird und mit einer gegenüberliegenden zweiten Elektrode 5, die auf die Oberfläche der auf der abgewandten Seite des metallischen Materials angeordneten Decklage aufgesetzt wird und der zu schweißende Bereich derart erwärmt wird, dass der Kunststoff in dem zu schweißenden Bereich erweicht und durch Zusammenfahren der Elektroden der erweichte Kunststoff aus dem zu schweißenden Bereich verdrängt wird, bis die beiden Decklagen sich kontaktieren, welche anschließend im Kontaktbereich durch einen elektrischen Stromfluss über die erste und zweite Elektrode mit dem metallischen Material verschweißt werden. Die gestellte Aufgabe, ein Verfahren zum Widerstandspunktschweißen von Sandwichmaterialien sowie eine Vorrichtung zur Verfügung zu stellen, mit welcher ein einfacher Aufbau mit begrenzter Wärmeeinflusszone bereitzustellen, wird mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst.

Description

Verfahren zum Widerstandspunktschweißen eines Sandwichmaterials und
Vorrichtung hierfür
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Widerstandspunktschweißen eines
Sandwichmaterials, das eine Kunststoffkernlage mit zwei metallischen Decklagen umfasst, mit mindestens einem metallischen Material, mit einer ersten Elektrode, die auf die
Oberfläche des metallischen Materials aufgesetzt wird und mit einer gegenüberliegenden zweiten Elektrode, die auf die Oberfläche der auf der abgewandten Seite des metallischen Materials angeordneten Decklage aufgesetzt wird und der zu schweißende Bereich derart erwärmt wird, dass der Kunststoff in dem zu schweißenden Bereich erweicht und durch Zusammenfahren der Elektroden der erweichte Kunststoff aus dem zu schweißenden Bereich verdrängt wird, bis die beiden Decklagen sich kontaktieren, welche anschließend im Kontaktbereich durch einen elektrischen Stromfluss über die erste und zweite Elektrode mit dem metallischen Material verschweißt werden. Darüber hinaus betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zum Widerstandspunktschweißen eines Sandwichmaterials mit mindestens einem metallischen Material, umfassend mindestens eine erste Elektrodenhalterung mit einer ersten Elektrode und eine gegenüberliegende zweite Elektrodenhalterung mit einer zweiten Elektrode , die relativ zueinander bewegbar sind, einer Strom-/Spannungs-quelle und stromführende Leitungen.
Sandwichmaterialien, die aus unterschiedlichen Werkstoffen bestehen, vereinen
gegensätzliche Eigenschaften, die durch monolithische Werkstoffe nicht bereitgestellt werden können. So weist beispielsweise ein Sandwichwerkstoff, das aus einer
Kunststoffkernlage mit zwei metallischen Decklagen besteht, insbesondere wenn die Kunststoffkernlage in der Dicke größer als die Dicke der Metalldecklagen vorgesehen ist, vergleichbare Eigenschaften wie ein monolithischer Werkstoff mit verringertem Gewicht auf. Das Widerstandspunktschweißen eines Sandwichmaterials mit mindestens einem weiteren metallischen Material war bisher aufgrund der zwischen den Metalldecklagen angeordneten Kunststoffkernlage, die die beiden Metalldecklagen isolierend voneinander trennt, sehr schwierig und nur mit hohem apparativen Aufwand durchführbar. Gattungsgemäße
Verfahren zum Widerstandspunktschweißen sind aus dem Stand der Technik bekannt.
Aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 10 201 1 109 708 A1 ist ein Verfahren zum Widerstandspunktschweißen eines Sandwichbauteiles mit einem weiteren Metallbauteil bekannt, bei welchem eine erste Elektrode auf die Oberfläche des Metallbauteils und zweite Elektrode gegenüberliegend auf die Oberfläche des Sandwichbauteils an die zu
schweißende Stelle aufgesetzt werden und der Kunststoff an der zu schweißenden Stelle erwärmt wird, wobei die Elektroden temperiert werden und durch Zusammenfahren der Elektroden der erweichte Kunststoff aus dem zu schweißenden Bereich verdrängt wird, bis die Decklagen des Sandwichbauteils in elektrischen Kontakt kommen. Durch
Beaufschlagung eines elektrischen Stromes über die beiden Elektroden erfolgt eine
Schweißverbindung zwischen den Decklagen des Sandwichbauteils und dem Metallbauteil. Nachteil hieran ist, dass das Verfahren sehr hohe Prozesszeiten aufweist und die entsprechende Vorrichtung sehr komplex aufgebaut ist.
In der deutschen Patentanmeldung DE 10 2013 108 563 A1 ist ein Verfahren zum
Widerstandspunktschweißen eines Sandwichbauteils mit einem Metallbauteil offenbart, bei dem ein zweiter Stromkreis zwischen zwei Elektroden zum Verschweißen des
Sandwichbauteils mit dem Metallbauteil verwendet wird. Die Erwärmung des Kunststoffes an der zu schweißenden Stelle erfolgt durch einen ersten Stromkreis, der über dieselbe Strom- /Spannungsquelle wie der zweite Stromkreis gespeist wird und zu- bzw. abschaltbar ist. Der Strom zur Erwärmung speist die Elektrode, die an der Oberfläche des Metallbauteils anliegt, und leitet den Strom in das Metallbauteil. Von einer mit dem Metallbauteil in elektrischem Kontakt angeordneten Strombrücke wird der Strom zur Strom-/Spannungsquelle
zurückgeleitet. Der Abstand bzw. die Strecke zwischen der einspeisenden Elektrode und der stromabgreifenden Strombrücke kann zu groß gewählt sein, wodurch sich die eingetragene Wärme auf dieser Distanz negativ im Sandwichmaterial auswirken kann, beispielsweise es zu einer Delamination in diesem Bereich kommen kann. Es besteht daher weiteres
Verbesserungspotenzial.
Hiervon ausgehend ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum
Widerstandspunktschweißen von Sandwichmaterialien sowie eine entsprechende
Vorrichtung zur Verfügung zu stellen, mit welcher ein einfacher Aufbau mit begrenzter Wärmeeinflusszone bereitgestellt werden kann.
Die aufgezeigte Aufgabe für ein gattungsgemäßes Verfahren wird dadurch gelöst, dass die erste Elektrode und ein Kontaktierungskörper, die benachbart zueinander auf der Oberfläche des metallischen Materials aufgesetzt werden, durch einen elektrischen Stromfluss über die erste Elektrode und den Kontaktierungskörper der Kunststoff in dem zu schweißenden Bereich erwärmt wird und der Kontaktierungskorper über eine stromrückführende Leitung mit einer stromrückführenden Leitung der zweiten Elektrode elektrisch verbunden ist.
Die Erfinder haben festgestellt, dass durch das Vorsehen der ersten Elektrode und einem Kontaktierungskorper, die benachbart zueinander auf der Oberfläche des metallischen Materials aufgesetzt werden, wobei durch einen elektrischen Stromfluss über die erste Elektrode und den Kontaktierungskorper der Kunststoff in dem zu schweißenden Bereich erwärmt wird, kann die Wärmeeinflusszone während der Erwärmung des Kunststoffes lokal auf den zu schweißenden Bereich begrenzt werden. Um einen elektrischen Stromfluss bereitstellen zu können, ist der Kontaktierungskorper mit einer stromrückführenden Leitung der zweiten Elektrode als Nebenschluss stromleitend verbunden und dadurch wird der Stromkreis geschlossen.
Gemäß einer ersten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der elektrische Strom bis zur Kontaktierung der beiden Decklagen konstant gehalten, vorzugsweise bei einem niedrig eingestellten Strom. Dies hat den Vorteil, dass der Kunststoff nicht zu schnell erwärmt wird und Spritzer beim ersten Kontakt der Deckbleche, die zu einer unerwünschten Blasenbildung führen können, im Wesentlichen unterdrückt werden. Abhängig von der zu schweißenden Kombination des Sandwichmaterials und metallischen Materials sind die Ströme empirisch zu ermitteln.
Eine weitere Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass nach der Kontaktierung der beiden Decklagen der elektrische Stromfluss aufrechterhalten wird und im Wesentlichen über die erste und zweite Elektrode zur Erzeugung eines Schweißpunktes weiterfließt. Dies hat den Vorteil, dass keine zusätzlichen Steuerungselemente bzw.
zusätzliche mechanische Apparaturen erforderlich sind.
Die Aufgabe für eine gattungsgemäße Vorrichtung wird dadurch gelöst, dass an der ersten Elektrodenhalterung ein Kontaktierungskorper vorgesehen ist, die benachbart zueinander angeordnet sind und der Kontaktierungskorper über eine stromrückführende Leitung mit einer stromrückführenden Leitung der zweiten Elektrode elektrisch verbunden ist.
Wie bereits zuvor ausgeführt, kann durch die erste Elektrodenhalterung bzw. Elektrode und dem Kontaktierungskorper, die benachbart zueinander angeordnet sind, die
Wärmeeinflusszone während der Erwärmung des Kunststoffes auf den zu schweißenden Bereich begrenzt werden und eine Delamination des Sandwichmaterials in dem den Schweißbereich umgebenden Bereich wirkungsvoll verhindert werden. Vorzugsweise erstreckt sich der Kontaktierungskörper koaxial zu der ersten Elektrodenhalterung.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist der
Kontaktierungskörper federnd an der ersten Elektrodenhalterung angeordnet. Im entlasteten Federzustand überragt der Kontaktierungskörper die erste Elektrode, so dass durch
Kraftbeaufschlagung der ersten Elektrodenhalterung gegen das metallische Material der Kontaktierungskörper relativ zu der ersten Elektrodenhalterung bewegt wird, bis die erste Elektrode mit der Oberfläche des metallischen Materials in Kontakt kommt. Die federnde Anordnung bewirkt eine Vorspannkraft, wodurch vorteilhaft sichergestellt werden kann, dass mit steigender Vorspannkraft der Feder, der Kontaktwiderstand zwischen
Kontaktierungskörper und monolithischem Material geringer wird. Dadurch kann eine mögliche Anhaftung des Kontaktierungskörpers an dem monolithischen Material verhindert werden.
Eine weitere Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung sieht vor, dass zwischen der Elektrodenhalterung und dem Kontaktierungskörper ein nichtleitendes Material, insbesondere eine Hülse, vorzugsweise eine Gleithülse angeordnet ist. Dadurch kann wirkungsvoll ein Kurzschluss zwischen der vorzugsweise stromzuführenden ersten Elektrode und dem stromabführenden Kontaktierungskörper verhindert werden.
In einer weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung weist der
Kontaktierungskörper einen Kontaktierungsbereich auf, der die erste Elektrode ringförmig umgibt. Dies hat den Vorteil, dass der Strom von der ersten Elektrode aus gleichmäßig radial in Richtung Kontaktierungsbereich fließen kann. Alternativ umgibt der Kontaktierungsbereich die erste Elektrode partiell. Diese Ausgestaltung kann beispielsweise dann verwendet werden, wenn die Zugänglichkeit zu den Schweißbereichen beispielsweise bei Bauteilen, die einen schmalen Fügeflansch aufweisen, eingeschränkt ist. Der Ausgestaltung des
Kontaktierungsbereiches sind keine Grenzen gesetzt, sodass diese individuell an die gegebene Anforderung angepasst werden kann.
Vorzugsweise ist die Vorrichtung als Punktschweißzange ausgebildet, welche einfach und ohne hohen Aufwand an einen konventionellen Schweißroboter installiert werden kann.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand einer Ausführungsbeispiele darstellenden
Zeichnung näher erläutert. Gleiche Teile sind mit gleichen Bezugsziffern versehen. Es zeigt Figur 1 a und 1 b: ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zu zwei verschiedenen Zeitpunkten des erfindungsgemäßen
Verfahrens in schematischer Schnittansicht,
Figur 2: ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in perspektivischer Ansicht und
Figur 3: ein drittes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in perspektivischer Ansicht.
In den Figuren 1 a und 1 b sind in einer schematischen Schnittansicht ein erstes
Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zu zwei verschiedenen
Zeitpunkten während der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens gezeigt. Es ist ein Sandwichmaterial dargestellt, das aus einer Kunststoffkernlage (1 ), vorzugsweise aus einer thermoplastischen Kunststoffkernlage mit zwei metallischen Decklagen (2, 2'), vorzugsweise mit Stahldecklagen, besteht. Vorzugsweise ist die Dicke der
Kunststoffkernlage größer als die Dicke der metallischen Decklagen ausgebildet. Das Sandwichmaterial wird mit einem metallischen Material (3), vorzugsweise mit einem
Stahlmaterial, verschweißt. Dafür sind eine erste Elektrode (4), die mit einer ersten
Elektrodenhalterung (4') verbunden ist und eine gegenüberliegende zweite Elektrode (5), die wiederum mit einer zweiten Elektrodenhalterung (5') verbunden ist, vorgesehen, wobei die erste Elektrode (4) auf die Oberfläche des metallischen Materials (3) und die zweite
Elektrode (5) auf die Oberfläche der dem metallischen Material abgewandten metallischen Decklage (2') aufgesetzt werden. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist als
Punktschweißzange (10) ausgebildet, die eine C-Form mit zwei Zangenarmen (6) aufweist, an denen die Elektrodenhalterungen (4', 5') angeordnet sind. An der ersten
Elektrodenhalterung (4') ist ein Kontaktierungskorper (12) vorgesehen, welcher benachbart zu der ersten Elektrodenhalterung (4') angeordnet ist, wobei sich der Kontaktierungskorper (12) koaxial zur ersten Elektrodenhalterung (4') erstreckt und der Kontaktierungskorper einen Kontaktierungsbereich (13) aufweist, der die erste Elektrode (4) beispielsweise ringförmig umgibt. Des Weiteren sind eine Strom-/Spannungsquelle (1 1 ) und stromführende Leitungen (7, 8, 9) vorgesehen, wobei die erste Elektrode mit einer stromzuführenden Leitung (7) verbunden ist und die zweite Elektrode (5) mit einer stromrückführenden Leitung (8) verbunden ist, welche den Stromkreis, welcher für den Schweißprozess benötigt wird, bilden. Eine weitere stromrückführende Leitung (9) ist zwischen dem Kontaktierungskorper (12) und der stromrückführenden Leitung (8) der zweiten Elektrode (5) vorgesehen, welche dazu dient, dass ein Nebenschluss erzeugt wird, um eine Erwärmung des Kunststoffes in dem zu schweißenden Bereich zu bewirken. Um einen Kurzschluss zu vermeiden, ist ein elektrisch nichtleitendes Material (14), beispielsweise in Form einer Beschichtung oder einer Hülse zwischen der ersten Elektrodenhalterung (4') und dem Kontaktierungskörper (12)
angeordnet.
In Figur 1 a ist die Phase der Erwärmung des Kunststoffes in dem zu schweißenden Bereich dargestellt. Dabei werden die erste Elektrode (4) und der Kontaktierungsbereich (13) des Kontaktierungskörpers (12) auf die Oberfläche des metallischen Materials (3) aufgesetzt. Gegenüberliegend wird die zweite Elektrode (5) auf die Oberfläche der dem metallischen Material abgewandten metallischen Decklage (2') aufgesetzt. Durch Einschalten eines Stromes fließt dieser (durch die Pfeile dargestellt) von der Strom-/Spannungsquelle (1 1 ) durch die stromzuführende Leitung (7) zu der ersten Elektrode (4), die sich im elektrischen Kontakt mit dem metallischen Material (3) befindet. Der Kontaktierungsbereich (13) des Kontaktierungskörpers (12) ist beispielsweise ringförmig ausgebildet und steht ebenfalls in elektrischem Kontakt mit dem metallischen Material, so dass von der ersten Elektrode (4) aus der Strom gleichmäßig radial in Richtung des Kontaktierungsbereiches (13) fließen kann. Dadurch kann die Wärmeeinflusszone lokal auf den zu schweißenden Bereich begrenzt werden. Durch die stromrückführende Leitung (9), die mit dem Kontaktierungskörper (12) elektrisch verbunden ist, fließt der Strom über einen Nebenschluss weiter, wobei die stromrückführende Leitung (9) mit der stromrückführenden Leitung (8) der zweiten Elektrode (5) elektrisch verbunden ist. Durch die stromrückführende Leitung (8) der zweiten Elektrode (5) fließt der Strom zu der Strom-/Spannungsquelle (1 1 ) zurück. Der vorgenannte elektrische Stromfluss, der im Wesentlichen konstant gehalten wird, bewirkt eine Erwärmung zunächst im metallischen Material (3). Durch Wärmeleitung erreicht die Wärme das metallische Deckblech (2), durch das wiederrum die Wärme in den Kunststoff kern weitergeleitet wird. Durch die eingetragene Wärme erweicht der Kunststoff in dem zu schweißenden Bereich und wird durch Zusammenfahren der Elektrodenhalterungen (4', 5') aus dem zu
schweißenden Bereich verdrängt.
Sind die beiden Decklagen (2, 2') in elektrischem Kontakt, wird gemäß Figur 1 b die Phase des Schweißens eingeleitet, wobei nach der Kontaktierung der beiden Decklagen (2, 2') der elektrische Stromfluss aufrechterhalten wird und, wobei der Strom über die erste und zweite Elektrode (4, 5) zur Erzeugung eines Schweißpunktes weiterfließt (durch die Pfeile dargestellt). In Figur 2 ist ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in perspektivischer Ansicht dargestellt. Verschweißt wird ein hutprofilförmig geformtes
Sandwichmaterial mit einem metallischen Material, das beispielsweise als Schließblech im Flanschbereich (17) des Sandwichmaterials widerstandspunktgeschweißt wird. Die Phasen der Erwärmung und des Schweißens erfolgen analog zu der vorbeschriebenen
Vorgehensweise. Im Unterschied zu dem ersten Ausführungsbeispiel ist der
Kontaktierungskörper (12) über eine Feder (16) an der ersten Elektrodenhalterung (4') federnd angeordnet, wobei ein Anschlag (15) an der ersten Elektrodenhalterung (4') vorzugsweise verstellbar (siehe Pfeil) angebunden ist, um dadurch die Vorspannkraft des Kontaktierungskorpers (12) individuell einstellen zu können. Mit steigender Vorspannkraft der Feder (16) wird der Kontaktwiderstand zwischen Kontaktierungskörper (12) und
monolithischem Material (3) geringer. Dadurch kann eine mögliche Anhaftung des
Kontaktierungskorpers (12) an dem monolithischen Material (3) verhindert werden. Um einen Kurzschluss zwischen der ersten Elektrodenhalterung (4') und dem Kontaktierungskörper (12) zu vermeiden, ist zwischen diesen ein elektrisch nichtleitendes Material (14), beispielsweise eine Hülse, vorzugsweise eine Gleithülse, die eine Relativbewegung des federnd angeordneten Kontaktierungskorpers (12) ohne Beschädigung ermöglicht, vorgesehen. Der Kontaktierungskörper (12) weist in seinem oberen Bereich einen
beispielsweise einstückig ausgebildeten Vorsprung (12') auf, welcher zur elektrischen Anbindung/Verbindung mit der stromrückführenden Leitung (9), die beispielsweise als Kupferband ausgebildet ist, dient, die wiederum elektrisch mit der stromrückführenden Leitung (8) der zweiten Elektrode (5) verbunden ist. Alternativ und hier nicht dargestellt, kann die stromrückführende Leitung (9) des Kontaktierungskorpers (12) parallel zu der
stromzuführenden Leitung (7) der ersten Elektrode (4) angeordnet sein. Ferner umgibt der Kontaktierungsbereich (13) des Kontaktierungskorpers partiell die erste Elektrode (4). Diese Ausgestaltung kommt vorzugsweise dann zur Anwendung, wenn die Zugänglichkeit zu dem Schweißbereich, wie sie in diesem Ausführungsbeispiel gezeigt ist, eingeschränkt ist.
In Figur 3 ist ein drittes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in perspektivischer Ansicht dargestellt. Im Unterschied zu dem zweiten Ausführungsbeispiel weist der Kontaktierungskörper (12) einen die erste Elektrode (4) partiell umgebenden Kontaktierungsbereich (13) auf, welcher sich auf zwei Teilbereiche verteilt, wodurch sich ein symmetrischer Stromfluss zwischen der ersten Elektrode (4) und den Teilbereichen des Kontaktierungskorpers (12) einstellen kann. Die zwei Teilbereiche haben auch einen positiven Einfluss auf die Vorrichtung, da sie während der Kraftbeaufschlagung der Elektrodenhalterungen (4', 5') die erfindungsgemäße Vorrichtung symmetrisch belasten.
B ez u g s ze i c h e n l i st e
Kunststoffkernlage
, 2' metallische Decklage
metallisches Material
erste Elektrode
' erste Elektrodenhalterung
zweite Elektrode
' zweite Elektrodenhalterung
Zangenarm
stromzuführende Leitung der ersten Elektrode stromrückführende Leitung der zweiten Elektrode stromrückführende Leitung des Kontaktierungskorpers0 Punktschweißzange
1 Strom-/Spannungsquelle
2 Kontaktierungskörper
2' Vorsprung
3 Kontaktierungsbereich
4 elektrisch nichtleitendes Material
5 Anschlag
6 Feder
7 Flanschbereich

Claims

A n s p r ü c h e
1 . Verfahren zum Widerstandspunktschweißen eines Sandwichmaterials, das eine Kunststoffkernlage mit zwei metallischen Decklagen umfasst, mit mindestens einem metallischen Material, mit einer ersten Elektrode, die auf die Oberfläche des metallischen Materials aufgesetzt wird und mit einer gegenüberliegenden zweiten Elektrode, die auf die Oberfläche der auf der abgewandten Seite des metallischen Materials angeordneten Decklage aufgesetzt wird und der zu schweißende Bereich derart erwärmt wird, dass der Kunststoff in dem zu schweißenden Bereich erweicht und durch Zusammenfahren der Elektroden der erweichte Kunststoff aus dem zu schweißenden Bereich verdrängt wird, bis die beiden Decklagen sich kontaktieren, welche anschließend im Kontaktbereich durch einen elektrischen Stromfluss über die erste und zweite Elektrode mit dem metallischen Material verschweißt werden,
dadurch gekennzeichnet, dass
die erste Elektrode und ein Kontaktierungskorper, die benachbart zueinander angeordnet sind und auf der Oberfläche des metallischen Materials aufgesetzt werden, durch einen elektrischen Stromfluss über die erste Elektrode und den Kontaktierungskorper der Kunststoff in dem zu schweißenden Bereich erwärmt wird und der Kontaktierungskorper über eine stromrückführende Leitung mit einer stromrückführenden Leitung der zweiten Elektrode elektrisch verbunden ist.
2. Verfahren nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass
der elektrische Strom bis zur Kontaktierung der beiden Decklagen konstant gehalten wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass
1 nach der Kontaktierung der beiden Decklagen der elektrische Stromfluss aufrechterhalten wird und im Wesentlichen über im Wesentlichen die erste und zweite Elektrode zur Erzeugung eines Schweißpunktes weiterfließt.
4. Vorrichtung zum Widerstandspunktschweißen eines Sandwichmaterials mit mindestens einem metallischen Material (3), umfassend mindestens eine erste Elektrodenhalterung (4') mit einer ersten Elektrode (4) und eine
gegenüberliegende zweite Elektrodenhalterung (5') mit einer zweiten Elektrode (5), die relativ zueinander bewegbar sind, einer Strom-/Spannungsquelle (1 1 ) und stromführende Leitungen (7, 8, 9), insbesondere zur Durchführung des
Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, dass
an der ersten Elektrodenhalterung (4') ein Kontaktierungskorper (12) vorgesehen ist, die benachbart zueinander angeordnet sind und der Kontaktierungskorper (12) über eine stromrückführende Leitung (9) mit einer stromrückführenden Leitung (8) der zweiten Elektrode (5) elektrisch verbunden ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet, dass
sich der Kontaktierungskorper (12) koaxial zur ersten Elektrodenhalterung (4') erstreckt.
6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Kontaktierungskorper (12) federnd an der ersten Elektrodenhalterung (4') angeordnet ist.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6,
dadurch gekennzeichnet, dass
zwischen der ersten Elektrodenhalterung (4') und dem Kontaktierungskorper (12) ein elektrisch nichtleitendes Material (14), insbesondere eine Beschichtung oder eine Hülse, vorzugsweise eine Gleithülse angeordnet ist.
2
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 7,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Kontaktierungskorper (12) einen Kontaktierungsbereich (13) aufweist, der die erste Elektrode (4) ringförmig oder partiell umgibt.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 8,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Vorrichtung als Punktschweißzange (10) ausgebildet ist.
3
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