WO2012045746A1 - Schweisskopf mit einem eine vorspannung variabel einstellbaren elastischen element - Google Patents

Schweisskopf mit einem eine vorspannung variabel einstellbaren elastischen element Download PDF

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WO2012045746A1
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welding head
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Johann Kaussler
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Siemens Aktiengesellschaft
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    • B23K2101/42—Printed circuits

Definitions

  • the invention relates to a welding head for carrying out the resistance welding, resistance soldering or hot riveting, wherein the workpieces to be joined by resistance heating at the same time exerted compressive force (welding force) on a joint (welding the so-called. Welding) are bonded together by material or solder.
  • resistance welding two electrically conductive workpieces are heated by an electric current flow until melting ⁇ on .
  • the melt solidifies after the flow of current and forms a welded joint.
  • resistance pressure welding resistance pressure welding
  • Resistance welding generally takes place without supply of additional material.
  • the resistance point ⁇ welding as a special form of resistance welding is used in ⁇ example, for the connection of steel sheets in body and vehicle. But it also serves for welding ⁇ Shen of aluminum or other metals, eg. As in the manufacture of capacitors, terminals of coils and motor windings or contact sets for relay and line circuit breaker.
  • Resistance spot welding offers the advantage of concentrating a high energy in the form of electric current in a short time on a small area of a workpiece, whereby a non-detachable connection is created under application of high pressure, which is applied pneumatically or electromechanically.
  • soldering In resistance soldering, an electrical current closure at a soldering point generates heat. It is suitable for soldering parts of unequal mass, for example of small parts on sheets, which have a high thermal conductivity.
  • the solder ⁇ put this forms an electrical resistance and he ⁇ heated directly.
  • Welding heads are be ⁇ known for the described application. These carry an electrode, which are movably mounted in the direction of a counter electrode. The to be joined
  • Workpieces are first positioned between the two electrodes and then pressed by a movement of the electrode of the welding head on the counter electrode. During the bonding process occurs by a required process temperature Pro ⁇ and welding force to a material softening that results by the pressure of the electrodes on the workpieces to be a so-called repositioning of the welding head.
  • the welding force can be adjusted between 0.7 and 200 Newton.
  • a welding head with a drive and an electrode, which is movably mounted is also available from the document "Constant Force Head by MacGregor" on the Internet at http: //www.macgregorsystems. com / files / downloads / Constant% 2 OFo rce% 20Weld% 2 OHead. pdf on 05.10.2010, known.
  • This object is solves ge ⁇ by a welding head with a drive and with an electrode that is movably supported.
  • the drive, an elastic element and the electrode are arranged in a line so that a line of action of a force acting from the drive or the elasti ⁇ rule element to the electrode, centrally extends through the electrode.
  • the welding head is characterized ⁇ net, that a bias of the elastic member is variably adjustable, whereby a welding force, which is transmitted via the elastic member to the electrode, is variably adjustable ⁇ bel.
  • the welding force can be set efficiently between 240 and 1400 N. Depending on the design, other limits and guidelines for the welding force may result.
  • the welding head achieves even more advantages.
  • the linear arrangement of the drive, the elastic element and the electrode optimizes the tracking behavior of the actuator
  • Electrode since no force moments between the drive and the joint or between the elastic member and the joint may occur. A moment of force would cause increased friction in guides of the electrode and a higher inertia and thus a poor Nachsetz the
  • the welding head according to the invention allows optimally designed control of the Nachsetz s, which is realized in the immediate vicinity of Fügestel ⁇ le.
  • An important advantage of this construction compared to the prior art is thus the direct one
  • the elastic element of the post ⁇ releasing control is used. Because the line of effect of the welding force is centric and extends longitudinally through the electrode, there are no relative ⁇ movements to the workpieces. This leads to a high reproducibility and little electrode wear.
  • the construction also allows a compact construction of the welding head. As a result, ergonomic and teilmecha ⁇ nized solutions are possible. Furthermore, an installation position of the welding head is arbitrary. The welding head can also be isolated one after the other.
  • the compact design also allows the use of the welding head as a basic concept in the context of a platform concept that uses this resource. Also, the welding head can be used by its movable electrode for un ⁇ different material flow systems such as Schieberaufnah ⁇ me, turntable or workpiece carrier.
  • the bias is adjustable with an adjusting nut which is mounted on a guide shaft of the elastic element.
  • the welding head is set up to move the electrode in synchronism with the drive, as long as the electrode is not in contact with any workpiece, because a pressure force is exerted by the drive on the electrode.
  • the welding head is adapted to decouple the electrode from the drive and to move the electrode relative to the drive by means of the elastic drive, as long as the electrode rests against a workpiece.
  • a compressive force on the workpieces to be joined is hereby transmitted directly from the drive to the movable electrode of the
  • Welding head a compression spring, in particular a fferenfe ⁇ the, which is arranged for transmitting the welding force to the Elektro ⁇ de and designed for controlling a Nachsetziolo the electrode relative to a workpiece.
  • Compression springs are components which give way under load and return to their original shape after relieving, thus behaving elastically restoring.
  • the restoring force of a compression spring is according to the Hooke's law proportional to a displacement of the force application point ent ⁇ against a force direction in which the pressure spring acts.
  • the aforementioned embodiment has the advantage that the compression spring regulates the Nachsetzweg while maintaining the welding force during the process almost constant.
  • the compression spring thus enables optimum Nachsetzverhal ⁇ th the electrode during welding.
  • the welding head can therefore be used for the most demanding non-ferrous metal welds.
  • the drive of the welding head is realized by at least one pneumatic cylinder.
  • the welding head is set up to advance the electrode by an electric extension during extension of the pneumatic cylinder until the electrode touches a workpiece.
  • the welding head is adapted to a compression of the elastic element by a spring travel during the extension of the pneumatic Zy ⁇ Linders after the electrode has placed on the workpiece, wherein the spring travel is the difference of Zylin ⁇ derhubs and the electrode stroke and together with the bias of the elastic element, the welding force defi ned ⁇ exerted on the workpiece.
  • the welding head is adapted to advance the electrode about a Nachsetzweg during a welding operation using the elastic element, wherein the compression of the elastic ⁇ rule element is reduced by the Nachsetzweg.
  • Welding head on a sensor which is adapted to detect a lack of compression of the elastic member during the extension of the pneumatic cylinder. As a result, a lack of a workpiece is detectable.
  • the signal of the sensor can also be used as a start signal for egg ⁇ NEN welding process in this case, as can be CONTROL ⁇ profiled here is whether workpieces are present for welding.
  • the welding head is equipped with a measuring probe, which is arranged to measure the Nachsetzwegs the electrode.
  • the probe measures the Nachsetzweg the electrode during welding. Before ⁇ geous affects of this is that the probe can work throughout the welding process continu ⁇ ously. This leads to a secure process control.
  • the Nachsetz ⁇ way can be obtained directly from the travel.
  • the electrode of the welding head between two ⁇ electrode guides arranged on both sides, in particular ball guides, movably guided.
  • the electrode guides are arranged in an electrode plane in pairs of the electrode, wherein the welding ⁇ force is guided centrally through the electrode. This offers the advantage that a friction in the electrode guides is reduced. This also reduces the inertia of the
  • Welding head and leads to a better overall Behavior of the electrode during welding.
  • Electrode but also the electrode guide are. Furthermore, this construction offers the advantage that an electrode holder, which accommodates the movable electrode, has only a small mass. This leads to a low mass inertia and high ⁇ electrodes accelerations.
  • the ball guides offer the particular advantage of additionally reducing the coefficients of friction in the electrode guides. Overall, the dynamic behavior of the welding head is thereby supported under ⁇ .
  • the welding head has a cooling water feedthrough, which is set up to cool the electrode. As a result, constant heat ⁇ conditions can be achieved.
  • the welding head is suitable for welding, in particular resistance welding, resistance pressure welding and resistance spot welding, for soldering, in particular also for resistance soldering, or also for hot riveting. This offers the advantage that the welding head can be used by process substitution as a resource for different connection technologies.
  • FIG. 1 shows four operating states of the welding head
  • FIG. 2 is a view of the welding head with a cerium ⁇ interpretation into its components
  • Figure 3A is a front view with a section through the welding head
  • FIG. 3B shows a side view of the welding head
  • FIG. 3C is a plan view of the welding head.
  • FIG. 1 shows a welding head 1 in a first operating state 11, a second operating state 12, a third operating state 13 and a fourth operating state 14.
  • the welding head 1 is composed of a drive 2, an electrode 3, an elastic element 4, respectively Sensor 8, a probe 9 and electrode guides 30 together.
  • the drive 2, the elastic element 4 and the electrode 3 are arranged in a line of action 5.
  • Under the welding head 1 are each two workpieces 6, which are ver ⁇ welded together ver, located.
  • the drive 2 beinhal ⁇ tet two status scans 40.
  • the exact arrangement of the transmitter sors 8 can be taken from the other figures that will be described later.
  • the elastic element 4 is shown in Figure 1 as a compression spring, more precisely as a coil spring.
  • the drive 2 includes, for example, one or more pneumatic ⁇ tables cylinder, which are not shown in detail in Figure 1.
  • the drive 2 develops its driving force along the line of action 5 and transmits it along the vertical to the other visible in Figure 1 elements of the welding head 1, in particular the elastic element 4 and the electrode 3.
  • a galvanic coating of the electrode 3 prevents corrosion of the Electrode 3 and avoids contact resistance changes.
  • An adjusting nut 74 which is mounted on a guide shaft 75 of the elastic member 4, serves to adjust a bias voltage of the elastic member 4.
  • the welding head 1 In the first operating state 11, the welding head 1 is in a basic position.
  • the drive 2 is realized with a pneumatic cylinder, which has retracted in the first operating state 11.
  • the pneumatic cylinder is located in this case along the line of action 5 in the actuator 2.
  • a spacer sleeve 21 is Haut- lines, which defines a cylinder stroke Z of the pneumatic cylin ⁇ DERS in the first operating state 11 in which the pneumatic cylinder is retracted.
  • the spacer sleeve 21 of the cylinder stroke Z of the pneumatic cylinder is variably adjustable.
  • the spacer sleeve must be replaced by a spacer sleeve 21 with suitable Abmessun ⁇ gen.
  • the elastic member 4 is biased in the first operating state Be ⁇ . 11 In the second operating state 12 of the pneumatic cylinder is fully extended and in this case has the cylinder stroke Z to ⁇ back.
  • the electrode 3 has completed the transition from the first Be ⁇ operating state 11 in the second operation state 12 and sets a Elektrodehub E listed on the workpieces. 6 Since the electrode 3 on the workpieces 6 already on ⁇ sets before the pneumatic cylinder is extended to the entire cylinder stroke Z, the elastic element 4 to ⁇ addition to the already in the first operating state 11 vorhan ⁇ that bias is still compressed by a spring travel F. which is also shown in FIG. The elastic element 4 is thus suppressed in the second operating state 12. The electrode 3 now presses with a welding force on the
  • the welding force results from the prestressing of the elastic element 4 and the spring travel F. It can be set variably between 240 and 1400 N. The adjustment is made, if necessary, in the second operation state 12.
  • a bias voltage V shown in Figure 3A
  • the spring travel F is set for example between 1 and 3 mm, preferably at 1.5 mm. Depending on the construction, other limits and guidelines for the
  • the cylinder stroke Z is composed of the Elektrodehub E and the spring travel F.
  • the probe 9 is designed as an inductive executed and measures during the welding process, the repositioning of the electrode. 3
  • the welding process takes place between the second operating state 12 and the third operating state 13, and is already completed in the latter.
  • the electrode 3 sinks by the Nachsetzweg N in the workpieces 6 a. Accordingly, the compression of the elas ⁇ tical element 4 decreases starting from the spring travel to the Nachsetzweg N.
  • the fourth operating state 14 shows the case that the pneu matic cylinder around the cylinder stroke ⁇ Z is completely easilyfah ⁇ reindeer, but no workpieces are present 6, therefore, the electrode 3 is pushed into the void. In this
  • FIG. 2 again shows a welding head 1 with a drive 2, an electrode 3 and an elastic element 4, which are again arranged on a line of action 5.
  • a sensor 8 a spacer sleeve 21, a pneumati ⁇ shear cylinder 20 and electrode guides 31 are located.
  • the elements mentioned have the same function as described above.
  • an adjusting nut 74 which is mon ⁇ features on a guide shaft 75 of the elastic member 4 serves to bias of the elastic member 4 adjust.
  • Figure 2 shows the assembly of said elements in detail.
  • FIG. 3A shows a front view of a welding head 1 with a section through the welding head 1. Shown again are a drive 2, an electrode 3 and an elastic element 4, which are arranged linearly on a line of action 5. Continue to recognize well a spacer sleeve 21 and
  • Electrode guides 30 In addition to a cylinder stroke Z, a spring travel F and a Elektrodehub E, a bias voltage V is shown in Figure 3A, around which the elastic ⁇ cal element 4 is biased.
  • the bias voltage V is adjusted with an adjusting nut 74 which is mounted on a guide shaft 75 of the elastic member 4.
  • the named elements have the same function as described above .
  • FIG. 3B shows a welding head 1 in a side view.
  • an elastic element 4 and an electrode 3 which are again arranged linearly in a line of action 5
  • Figure 3B also shows a spacer sleeve 21, a sensor 8 and a connection for aistsmesslei ⁇ tion 50.
  • the connection for a voltage measuring line 50 serves to measure a voltage drop between the electrodes.
  • the other elements have the same function as described above.
  • an adjusting nut 74 which is mounted on the guide shaft 75, serves to constructivestel ⁇ len a bias of the elastic member 4.
  • Figure 3C shows a plan view of a welding head 1. This is partly a sectional view shown by the welding head 1, in particular, an electrode 3 and a drive are know to 2 ⁇ it.

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  • Mechanical Engineering (AREA)
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Abstract

Ein beweglicher Widerstands—Schweißkopf (1) entfaltet seine Schweißkraft über eine Schraubenfeder (4), welche auf einer Linie zwischen einem pneumatischen Zylinder (2) und der Elektrode (4) des Schweißkopfes (1) angeordnet ist. Die Schraubenfeder (4) ermöglicht eine Entkoppelung der Elektrode (3) vom pneumatischen Zylinder (2), solange die Elektrode (3) an einem Werkstück anliegt. Weiterhin regelt sie eine Nachsetzbewegung der Elektrode (3). Die lineare Konstruktion vermeidet Kraftmomente und verringert so den Elektrodenverschleiß. Über die Schraubenfeder (4) ist eine Schweißkraft zwischen 240 und 1400 N variabel einstellbar. Weiterhin bleibt die Schweißkraft während der Nachsetzbewegung nahezu konstant. Die kompakte Bauweise des Schweißkopfes (1) ermöglicht hohe Elektrodenbeschleunigungen, beliebige Einbaulagen und einen Einsatz in ergonomischen teilmechanisierten Lösungen.

Description

Beschreibung
SCHWEISSKOPF MIT EINEM EINE VORSPANNUNG VARIABEL EINSTELLBAREN ELASTISCHEN ELEMENT
Die Erfindung betrifft einen Schweißkopf zur Durchführung des Widerstandsschweißens, Widerstandslötens oder Warmnietens, wobei die zu verbindenden Werkstücke durch Widerstandserwärmung bei gleichzeitig ausgeübter Druckkraft (Schweißkraft) auf eine Fügestelle (beim Schweißen die sog. Schweißstelle) stoffschlüssig oder über Lot miteinander verbunden werden.
Beim Widerstandsschweißen werden zwei elektrisch leitfähige Werkstücke durch einen elektrischen Stromfluss bis zum Auf¬ schmelzen erhitzt. Die Schmelze erstarrt nach dem Stromfluss und bildet eine Schweißverbindung. Hierbei wird die Bildung einer innigen Verbindung ggf. durch Zusammendrücken während und nach dem Stromfluss unterstützt (Widerstands-Press- schweißen) . Das Widerstandsschweißen erfolgt im Allgemeinen ohne Zufuhr eines Zusatzwerkstoffes. Das Widerstands-Punkt¬ schweißen als Sonderform des Widerstandsschweißens wird bei¬ spielsweise zur Verbindung von Stahlblechen im Karosserie- und Fahrzeugbau verwendet. Es dient aber auch zum Verschwei¬ ßen von Aluminium oder anderen Metallen, z. B. bei der Herstellung von Kondensatoren, Anschlüssen von Spulen und Motorwicklungen oder Kontaktsätzen für Relais- und Leitungs- Schutzschalter . Das Widerstands-Punktschweißen bietet den Vorteil, innerhalb kürzester Zeit eine hohe Energie in Form von elektrischem Strom auf eine kleine Fläche eines Werkstücks zu konzentrieren, wobei unter Zuführung von hohem Druck, welcher pneumatisch oder elektromechanisch aufgebracht wird, eine unlösbare Verbindung entsteht.
Beim Widerstandslöten erzeugt ein elektrischer Stromschluss an einer Lötstelle Wärme. Es eignet sich zum Verlöten von Teilen ungleicher Masse, beispielsweise von Kleinteilen auf Bleche, die eine hohe Wärmeleitfähigkeit besitzen. Die Löt¬ stelle bildet hierbei einen elektrischen Widerstand und er¬ wärmt sich direkt. Für die beschriebenen Anwendungsgebiete sind Schweißköpfe be¬ kannt. Diese tragen eine Elektrode, welche in Richtung einer Gegenelektrode beweglich gelagert sind. Die zu fügenden
Werkstücke werden zunächst zwischen beiden Elektroden positioniert und anschließend durch eine Bewegung der Elektrode des Schweißkopfes auf die Gegenelektrode gedrückt. Während des Verbindungsprozesses kommt es durch eine erforderliche Pro¬ zesstemperatur und Schweißkraft zu einer Materialerweichung, welche durch den Druck der Elektroden auf die Werkstücke zu einem so genannten Nachsetzen des Schweißkopfes führt.
Aus dem Stand der Technik ist ein Schweißkopf mit einem An¬ trieb und mit einer Elektrode, welche beweglich gelagert ist, bekannt, vgl. "Mikroschweisskopf mit einstellbarer Elektro¬ denkraft", im Internet erhältlich unter
www . isomatic . com/html/Deutsh/ ksk . htm am 28.09.2010. Hierbei kann die Schweißkraft zwischen 0,7 und 200 Newton eingestellt werden .
Ein Schweißkopf mit einem Antrieb und einer Elektrode, welche beweglich gelagert ist, ist auch aus dem Dokument "Constant Force Weld Head by MacGregor" erhältlich im Internet unter http : //www.macgregorsystems . com/files/downloads/Constant%2 OFo rce%20Weld%2 OHead . pdf am 05.10.2010, bekannt.
Im genannten Stand der Technik wird das Nachsetzen des
Schweißkopfs bzw. der daran montierten Elektrode über eine Pneumatik-Einrichtung vorgenommen. Negativ wirken sich hier- bei deren träges Verhalten und dadurch eine Minderung der Schweißkraft während des Nachsetzens der Elektrode beim
Schweißen aus, was zu eine verminderten Qualität des Verbindungsprozesses führt. Beim Einsatz von Linear-Antrieben in der Elektrodensteuerung wirkt sich nachteilig aus, dass die Schweißkraft während des gesamten Schweißvorgangs nicht kon¬ stant gehalten werden kann. Qualitativ hochwertige und günstige Verbindungsprozesse erfordern jedoch eine optimal ausge¬ legte Regelung des Nachsetzverhaltens. Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen
Schweißkopf anzugeben, welcher ein Nachsetzverhalten des Schweißkopfs im Vergleich zum Stand der Technik verbessert.
Diese Aufgabe wird durch einen Schweißkopf mit einem Antrieb und mit einer Elektrode, welche beweglich gelagert ist, ge¬ löst. Der Antrieb, ein elastisches Element und die Elektrode sind in einer Linie angeordnet, sodass eine Wirkungslinie ei- ner Kraft, welche ausgehend von dem Antrieb oder dem elasti¬ schen Element auf die Elektrode wirkt, zentrisch durch die Elektrode verläuft. Der Schweißkopf ist dadurch gekennzeich¬ net, dass eine Vorspannung des elastischen Elements variabel einstellbar ist, wodurch eine Schweißkraft, welche über das elastische Element auf die Elektrode übertragen wird, varia¬ bel einstellbar ist.
Durch Einstellung der Vorspannung des elastischen Elements 4 lässt sich die Schweißkraft effizient zwischen 240 und 1400 N einstellen. Je nach Konstruktion können sich auch andere Grenz- und Richtwerte für die Schweißkraft ergeben.
Durch den Schweißkopf werden jedoch noch weitere Vorteile erzielt. So optimiert die lineare Anordnung von Antrieb, elas- tischem Element und Elektrode das Nachsetzverhalten der
Elektrode, da keine Kraftmomente zwischen dem Antrieb und der Fügestelle oder zwischen dem elastischen Element und der Fügestelle auftreten können. Ein Kraftmoment würde eine erhöhte Reibung in Führungen der Elektrode bewirken und eine höhere Trägheit und damit ein schlechteres Nachsetzverhalten des
Schweißkopfes nach sich ziehen. Demgegenüber ermöglicht der erfindungsgemäße Schweißkopf eine optimal ausgelegte Regelung des Nachsetzverhaltens, welche in direkter Nähe der Fügestel¬ le realisiert ist. Ein wichtiger Vorteil dieser Konstruktion im Vergleich zum Stand der Technik ist somit der direkte
Kraftfluss vom Antrieb über das elastische Element bis hin zur Elektrode. Hierbei dient das elastische Element der Nach¬ setzregelung . Da die Wirkungslinie der Schweißkraft zentrisch und längs durch die Elektrode verläuft, treten keine Relativ¬ bewegungen zu den Werkstücken auf. Dies führt zu einer hohen Reproduzierbarkeit und wenig Elektrodenverschleiß. Die Konstruktion ermöglicht ferner eine kompakte Bauweise des Schweißkopfes. Dadurch sind auch ergonomische und teilmecha¬ nisierte Lösungen möglich. Ferner ist eine Einbaulage des Schweißkopfes beliebig. Auch lässt sich der Schweißkopf ein¬ fach isolieren. Die kompakte Bauweise ermöglicht ferner den Einsatz des Schweißkopfes als Basiskonzept im Rahmen eines Plattformkonzepts , welches diese Ressource verwendet. Auch kann der Schweißkopf durch seine bewegliche Elektrode für un¬ terschiedliche Materialfluss-Systeme wie etwa Schieberaufnah¬ me, Drehteller oder Werkstückträger eingesetzt werden.
Gemäß einer Aus führungs form ist die Vorspannung mit einer Stellmutter, welche auf einer Führungswelle des elastischen Elements montiert ist, einstellbar. In einer Weiterbildung ist der Schweißkopf zu einer Bewegung der Elektrode synchron zum Antrieb eingerichtet, solange die Elektrode an keinem Werkstück anliegt, indem eine Druckkraft vom Antrieb auf die Elektrode ausgeübt wird. Weiterhin ist der Schweißkopf zu einer Entkoppelung der Elektrode vom An- trieb und zu einer Bewegung der Elektrode relativ zum Antrieb mittels des elastischen Antriebs eingerichtet, solange die Elektrode an einem Werkstück anliegt.
Eine Druckkraft auf die zu verbindenden Werkstücke wird hier- bei direkt vom Antrieb in die bewegliche Elektrode des
Schweißkopfes eingebracht. Auch eine Federwirkung des elasti¬ schen Elements geht auf direktem Wege in die Elektrode ein. Der Kraftfluss von Antrieb und elastischem Element ist beim Nachsetzverhalten jedoch getrennt. Somit ist eine Federkraft des elastischen Elements von einer Kraft des Antriebs mecha¬ nisch entkoppelt. Dies führt zu einer hohen reproduzierbaren Qualität von Widerstandsschweißungen und ermöglicht es, auch anspruchsvollste Buntmetallschweißungen durchzuführen. Die Entkoppelung des Antriebs gegenüber der Elektrode mittels des elastischen Elements verringert Reibungsverluste und erhöht die Reproduzierbarkeit. Gemäß einer Aus führungs form ist das elastische Element des
Schweißkopfes eine Druckfeder, insbesondere eine Schraubenfe¬ der, welche zur Übertragung der Schweißkraft auf die Elektro¬ de angeordnet und für eine Regelung einer Nachsetzbewegung der Elektrode gegenüber einem Werkstück ausgelegt ist.
Druckfedern sind Bauteile, welche unter Belastung nachgeben und nach Entlastung in ihre ursprüngliche Form zurückkehren, sich also elastisch rückstellend verhalten. Die rücktreibende Kraft einer Druckfeder ist nach dem Hookeschen Gesetz propor- tional zu einer Verschiebung eines Kraftangriffspunktes ent¬ gegen einer Kraftrichtung, in welcher die Druckfeder wirkt.
Die zuvor genannte Aus führungs form bietet den Vorteil, dass die Druckfeder den Nachsetzweg regelt und gleichzeitig die Schweißkraft während der Prozessdauer nahezu konstant hält.
Die Druckfeder ermöglicht somit ein optimales Nachsetzverhal¬ ten der Elektrode während des Schweißens. Der Schweißkopf kann daher für anspruchsvollste Buntmetallschweißungen verwendet werden.
In einer Weiterbildung ist der Antrieb des Schweißkopfes durch mindestens einen pneumatischen Zylinder realisiert. In einer darauf aufbauenden Weiterbildung ist der Schweißkopf zum Vorschub der Elektrode um einen Elektrodehub während ei- nes Ausfahrens des pneumatischen Zylinders eingerichtet, bis die Elektrode auf ein Werkstück aufsetzt. Weiterhin ist der Schweißkopf zu einer Kompression des elastischen Elements um einen Federweg während des Ausfahrens des pneumatischen Zy¬ linders eingerichtet, nachdem die Elektrode auf das Werkstück aufgesetzt hat, wobei der Federweg die Differenz des Zylin¬ derhubs und des Elektrodenhubs bildet und gemeinsam mit der Vorspannung des elastischen Elements die Schweißkraft defi¬ niert, welche auf das Werkstück ausgeübt wird. Abschließend ist der Schweißkopf eingerichtet zum Vorschub der Elektrode um einen Nachsetzweg während eines Schweißvorgangs mithilfe des elastischen Elements, wobei die Kompression des elasti¬ schen Elements um den Nachsetzweg vermindert wird.
Diese Weiterbildung beschreibt die zuvor beschriebene Entkop¬ pelung von Elektrode und Antrieb im Detail. Die zuvor genann¬ ten Vorteile gelten entsprechend.
Gemäß einer darauf aufbauenden Weiterbildung weist der
Schweißkopf einen Sensor auf, welcher zur Erkennung eines Ausbleibens der Kompression des elastischen Elements während des Ausfahrens des pneumatischen Zylinders eingerichtet ist. Hierdurch ist ein Fehlen eines Werkstücks detektierbar . Das Signal des Sensors kann hierbei auch als Startsignal für ei¬ nen Schweißprozess herangezogen werden, da hierbei kontrol¬ liert werden kann, ob Werkstücke zum Schweißen vorhanden sind .
In einer anderen Weiterbildung ist der Schweißkopf mit einem Messtaster ausgestattet, welcher zur Messung des Nachsetzwegs der Elektrode angeordnet ist. Der Messtaster misst hierbei den Nachsetzweg der Elektrode während des Schweißens. Vor¬ teilhaft wirkt sich hierbei aus, dass der Messtaster kontinu¬ ierlich während des gesamten Schweißvorgangs arbeiten kann. Dies führt zu einer sicheren Prozesskontrolle. Der Nachsetz¬ weg kann hierbei direkt aus dem Federweg gewonnen werden.
Gemäß einer Aus führungs form ist die Elektrode des Schwei߬ kopfs zwischen zwei beidseitig angeordneten Elektrodenführungen, insbesondere Kugelführungen, beweglich geführt.
Hierbei werden die Elektrodenführungen in einer Elektrodenebene paarweise der Elektrode angeordnet, wobei die Schwei߬ kraft zentral durch die Elektrode geführt wird. Dies bietet den Vorteil, dass eine Reibung in den Elektrodenführungen verringert wird. Dies reduziert auch die Trägheit des
Schweißkopfes und führt insgesamt zu einem besseren Nachsetz- verhalten der Elektrode beim Schweißen. Auch hierbei wirkt sich vorteilhaft aus, dass der zuvor beschriebene Kraftfluss bzw. die Wirkungslinie der Kraft in einer Linie mit der
Elektrode, aber auch der Elektrodenführung liegen. Weiterhin bietet diese Konstruktion den Vorteil, dass ein Elektrodenhalter, welcher die bewegliche Elektrode aufnimmt, nur eine geringe Masse aufweist. Dies führt zu einer geringen Massen¬ trägheit und hohen Elektrodenbeschleunigungen. Die Kugelführungen bieten den besonderen Vorteil, die Reibwerte in den Elektrodenführungen zusätzlich zu senken. Insgesamt wird hierdurch das dynamische Verhalten des Schweißkopfes unter¬ stützt .
Gemäß einer Aus führungs form der Erfindung weist der Schweiß- köpf eine Kühlwasserdurchführung auf, welche zur Kühlung der Elektrode eingerichtet ist. Hierdurch können konstante Wärme¬ verhältnisse erzielt werden.
Der Schweißkopf eignet sich zum Schweißen, insbesondere dem Widerstandsschweißen, Widerstands-Pressschweißen und Widerstands-Punktschweißen, zum Löten, insbesondere auch dem Widerstandslöten, oder auch zum Warmnieten. Dies bietet den Vorteil, dass der Schweißkopf durch Verfahrenssubstitution als Ressource für unterschiedliche Verbindungstechnologien genutzt werden kann.
Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand von Figuren näher erläutert. Es zeigen: Figur 1 vier Betriebszustände des Schweißkopfes,
Figur 2 eine Ansicht des Schweißkopfes mit einer Zer¬ legung in seine Bestandteile, Figur 3A eine Frontalansicht mit einem Schnitt durch den Schweißkopf,
Figur 3B eine Seitenansicht auf den Schweißkopf, Figur 3C eine Aufsicht auf den Schweißkopf.
Figur 1 zeigt einen Schweißkopf 1 in einem ersten Betriebszu- stand 11, einem zweiten Betriebszustand 12, einem dritten Betriebszustand 13 sowie einem vierten Betriebszustand 14. Der Schweißkopf 1 setzt sich jeweils aus einem Antrieb 2, einer Elektrode 3, einem elastischen Element 4, einem Sensor 8, einem Messtaster 9 und Elektrodenführungen 30 zusammen. Der An- trieb 2, das elastische Element 4 und die Elektrode 3 sind in einer Wirkungslinie 5 angeordnet. Unter dem Schweißkopf 1 sind jeweils zwei Werkstücke 6, welche miteinander ver¬ schweißt werden sollen, eingezeichnet. Der Antrieb 2 beinhal¬ tet zwei Endlagenabfragen 40. Die genaue Anordnung des Sen- sors 8 kann den weiteren Figuren, die später beschreiben werden, entnommen werden. Das elastische Element 4 ist in Figur 1 als Druckfeder, genauer als Schraubenfeder gezeigt. Der Antrieb 2 beinhaltet beispielsweise einen oder mehrere pneuma¬ tische Zylinder, welche in Figur 1 nicht näher eingezeichnet sind. Der Antrieb 2 entfaltet seine Antriebskraft entlang der Wirkungslinie 5 und überträgt sie entlang der Senkrechten auf die weiteren in Figur 1 sichtbaren Elemente des Schweißkopfes 1, insbesondere das elastische Element 4 und die Elektrode 3. Ein galvanischer Überzug der Elektrode 3 verhindert eine Kor- rosion der Elektrode 3 und vermeidet Kontaktwiderstandsveränderungen .
Eine Stellmutter 74, welche auf einer Führungswelle 75 des elastischen Elements 4 montiert ist, dient dazu, eine Vor- Spannung des elastischen Elements 4 einzustellen.
Im ersten Betriebszustand 11 befindet sich der Schweißkopf 1 in einer Grundstellung. Im Folgenden wird davon ausgegangen, dass der Antrieb 2 mit einem pneumatischen Zylinder reali- siert ist, der im ersten Betriebszustand 11 eingefahren ist. Der pneumatische Zylinder befindet sich hierbei entlang der Wirkungslinie 5 im Antrieb 2. In Verlängerung des pneumati¬ schen Zylinders ist in Figur 1 eine Distanzhülse 21 einge- zeichnet, welche einen Zylinderhub Z des pneumatischen Zylin¬ ders im ersten Betriebszustand 11, in dem der pneumatische Zylinder eingefahren ist, begrenzt. Mithilfe der Distanzhülse 21 ist der Zylinderhub Z des pneumatischen Zylinders variabel einstellbar. Zur Veränderung des Zylinderhubs Z ist die Distanzhülse 21 durch eine Distanzhülse mit geeigneten Abmessun¬ gen auszutauschen. Das elastische Element 4 ist im ersten Be¬ triebszustand 11 vorgespannt. Im zweiten Betriebszustand 12 ist der pneumatische Zylinder vollständig ausgefahren und hat hierbei den Zylinderhub Z zu¬ rückgelegt. Die Elektrode 3 hat beim Übergang vom ersten Be¬ triebszustand 11 in den zweiten Betriebszustand 12 einen Elektrodehub E zurückgelegt und auf die Werkstücke 6 aufge- setzt. Da die Elektrode 3 auf die Werkstücke 6 bereits auf¬ setzt, bevor der pneumatische Zylinder um den gesamten Zylinderhub Z ausgefahren ist, wird das elastische Element 4 zu¬ sätzlich zu der bereits im ersten Betriebszustand 11 vorhan¬ denen Vorspannung noch um einen Federweg F zusammengedrückt, der in Figur 1 ebenfalls gezeigt ist. Das elastische Element 4 ist im zweiten Betriebszustand 12 folglich überdrückt. Die Elektrode 3 drückt nun mit einer Schweißkraft auf die
Werkstücke 6. Die Schweißkraft ergibt sich hierbei aus der Vorspannung des elastischen Elements 4 und dem Federweg F. Sie kann variabel zwischen 240 und 1400 N eingestellt werden. Die Einstellung erfolgt ggf. im zweiten Betriebszustand 12. Hierzu wird eine Vorspannung V (in Figur 3A eingezeichnet) des elastischen Elements 4 beispielsweise zwischen 1,8 und 8,5 mm einge¬ stellt. Der Federweg F wird beispielsweise zwischen 1 und 3 mm, vorzugsweise bei 1,5 mm eingestellt. Je nach Konstruktion können sich auch andere Grenz- und Richtwerte für die
Schweißkraft, den Federweg F und die Vorspannung V ergeben.
Der Zylinderhub Z setzt sich aus dem Elektrodehub E und dem Federweg F zusammen. Der Messtaster 9 ist als induktiver Auf- nehmer ausgeführt und misst während des Schweißvorgangs das Nachsetzen der Elektrode 3.
Der Schweißvorgang findet zwischen dem zweiten Betriebszu- stand 12 und dem dritten Betriebszustand 13 statt, und ist in letzterem bereits abgeschlossen. Während des Schweißvorgangs sinkt die Elektrode 3 um den Nachsetzweg N in die Werkstücke 6 ein. Entsprechend verringert sich die Kompression des elas¬ tischen Elements 4 ausgehend vom Federweg um den Nachsetzweg N.
Der vierte Betriebszustand 14 zeigt den Fall, dass der pneu¬ matische Zylinder um den Zylinderhub Z vollständig ausgefah¬ ren wird, wobei jedoch keine Werkstücke 6 vorhanden sind, weshalb die Elektrode 3 ins Leere geschoben wird. In diesem
Fall findet also keine Kompression des elastischen Elements 4 um den Federweg F statt, d.h. das elastische Element 4 ist im vierten Betriebszustand 14 nicht beaufschlagt. Dies kann durch den Sensor 8 detektiert werden und dient zur Kontrolle, ob Werkstücke zum Schweißen vorhanden sind.
Zusammenfassend bewegt sich die Elektrode 4 solange synchron zum Antrieb 2 bzw. zur Bewegung des pneumatischen Zylinders, wie sie an keinem Werkstück 6 anliegt. Sobald die Elektrode 3 an einem Werkstück 6 anliegt, wird sie vom Antrieb 2 entkop¬ pelt und bewegt sich relativ zu der Bewegung des pneumati¬ schen Zylinders. Dies wird durch das elastische Element 4 er¬ möglicht . Figur 2 zeigt erneut einen Schweißkopf 1 mit einem Antrieb 2, einer Elektrode 3 und einem elastischen Element 4, welche erneut auf einer Wirkungslinie 5 angeordnet sind. Zusätzlich sind auch ein Sensor 8, eine Distanzhülse 21, ein pneumati¬ scher Zylinder 20 und Elektrodenführungen 31 eingezeichnet. Die genannten Elemente haben die gleiche Funktion wie zuvor beschrieben. Insbesondere dient eine Stellmutter 74, welche auf einer Führungswelle 75 des elastischen Elements 4 mon¬ tiert ist, dazu, eine Vorspannung des elastischen Elements 4 einzustellen. Figur 2 zeigt die Montage der genannten Elemente im Detail.
Figur 3A zeigt eine Frontalansicht eines Schweißkopfes 1 mit einem Schnitt durch den Schweißkopf 1. Gezeigt sind erneut ein Antrieb 2, eine Elektrode 3 und ein elastisches Element 4, welche auf einer Wirkungslinie 5 linear angeordnet sind. Weiterhin gut zu erkennen sind eine Distanzhülse 21 und
Elektrodenführungen 30. Zusätzlich zu einem Zylinderhub Z, einem Federweg F und einem Elektrodehub E ist in Figur 3A auch eine Vorspannung V eingezeichnet, um welche das elasti¬ sche Element 4 vorgespannt wird. Die Vorspannung V wird mit einer Stellmutter 74, welche auf einer Führungswelle 75 des elastischen Elements 4 montiert ist, eingestellt. Die genann- ten Elemente haben die gleiche Funktion wie zuvor beschrie¬ ben .
Figur 3B zeigt einen Schweißkopf 1 in einer Seitenansicht. Neben einem Antrieb 2, einem elastischen Element 4 und einer Elektrode 3, welche erneut in einer Wirkungslinie 5 linear angeordnet sind, zeigt Figur 3B auch eine Distanzhülse 21, einen Sensor 8 und einen Anschluss für eine Spannungsmesslei¬ tung 50. Der Anschluss für eine Spannungsmessleitung 50 dient hierbei einer Messung eines Spannungsabfalls zwischen den Elektroden. Die anderen Elemente haben die gleiche Funktion wie zuvor beschrieben. Insbesondere dient auch hier eine Stellmutter 74, welche auf der Führungswelle 75 montiert ist, dazu, eine Vorspannung des elastischen Elements 4 einzustel¬ len .
Figur 3C zeigt eine Aufsicht auf einen Schweißkopf 1. Hierbei ist teilweise ein Schnitt durch den Schweißkopf 1 gezeigt, wobei insbesondere eine Elektrode 3 und ein Antrieb 2 zu er¬ kennen sind.
Die genannten Ausführungsformen, Weiterbildungen und Ausführungsbeispiele lassen sich frei miteinander kombinieren.

Claims

Patentansprüche
1. Schweißkopf (1),
- mit einem Antrieb (2) und mit einer Elektrode (3), welche beweglich gelagert ist,
wobei der Antrieb (2), ein elastisches Element (4) und die Elektrode (3) in einer Linie angeordnet sind, so dass eine Wirkungslinie (5) einer Kraft, welche ausgehend von dem Antrieb (2) oder dem elastischen Element (4) auf die
Elektrode (3) wirkt, zentrisch durch die Elektrode (3) verläuft,
dadurch gekennzeichnet, dass
eine Vorspannung (V) des elastischen Elements (4) variabel einstellbar ist, wodurch eine Schweißkraft, welche über das elastische Element (4) auf die Elektrode (3) übertra¬ gen wird, variabel einstellbar ist.
2. Schweißkopf (1) nach Anspruch 1,
- bei dem die Vorspannung (V) mit einer Stellmutter (74), welche auf einer Führungswelle (75) des elastischen Ele¬ ments (4) montiert ist, einstellbar ist.
3. Schweißkopf (1) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, - eingerichtet zur Bewegung der Elektrode (3) synchron zum
Antrieb (2), solange die Elektrode (3) an keinem Werkstück anliegt, indem eine Druckkraft vom Antrieb (2) auf die Elektrode (3) ausgeübt wird, und
eingerichtet zu einer Entkopplung der Elektrode (3) vom Antrieb (2) und zu einer Bewegung der Elektrode (3) rela¬ tiv zum Antrieb (2) mittels des elastischen Elements (4), solange die Elektrode (3) an einem Werkstück (6) anliegt.
4. Schweißkopf (1) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, - bei dem das elastische Element (4) eine Druckfeder, insbe¬ sondere eine Schraubenfeder, ist, welche zur Übertragung der Schweißkraft auf die Elektrode (3) angeordnet und für eine Regelung einer Nachsetzbewegung der Elektrode (3) ge genüber einem Werkstück (6) ausgelegt ist.
Schweißkopf (1) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, bei dem der Antrieb (2) durch mindestens einen pneumati¬ schen Zylinder (20) realisiert ist.
Schweißkopf (1) nach Anspruch 5,
eingerichtet zum Vorschub der Elektrode (3) um einen Elektrodenhub (E) während einem Ausfahren des pneumati¬ schen Zylinders (20), bis die Elektrode (3) auf ein Werk¬ stück (6) aufsetzt,
eingerichtet zur Kompression des elastischen Elements (4) um einen Druckfederweg (F) während dem Ausfahren des pneu matischen Zylinders (20), nachdem die Elektrode (3) auf das Werkstück (6) aufgesetzt hat, wobei der Druckfederweg (F) die Differenz des Zylinderhubs (Z) und des Elektroden hubs (E) bildet und gemeinsam mit der Vorspannung (V) des elastischen Elements (4) die Schweißkraft definiert, wel¬ che auf das Werkstück (6) ausgeübt wird, und
eingerichtet zum Vorschub der Elektrode (3) um einen Nach setzweg (N) während eines Schweißvorgangs mithilfe des elastischen Elements (4), wobei die Kompression des elastischen Elements (4) um den Nachsetzweg (N) vermindert wird .
Schweißkopf (1) nach Anspruch 6,
mit einem Sensor (8) zur Erkennung eines Ausbleibens der Kompression des elastischen Elements (4) während dem Ausfahren des pneumatischen Zylinders (20), wodurch ein Fehlen eines Werkstücks (6) detektierbar ist.
Schweißkopf (1) nach Anspruch 6 oder 7,
mit einem Messtaster (9), angeordnet zur Messung des Nach setzwegs (N) der Elektrode (3) .
9. Schweißkopf (1) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, bei dem die Elektrode (3) zwischen zwei beidseitig ange¬ ordneten Elektrodenführungen (30), insbesondere Kugelführungen, beweglich geführt ist.
. Schweißkopf (1) nach einem der vorangegangenen Ansprüche mit einer Kühlwasserdurchführung, eingerichtet zur Kühlun der Elektrode (3) .
11. Verwendung eines Schweißkopfs (1), der entsprechend einem der vorangegangenen Ansprüche ausgelegt ist, zum Schwei¬ ßen, insbesondere Widerstandsschweißen, Widerstands- Pressschweißen oder Widerstands-Punktschweißen, Löten, insbesondere Widerstandslöten, oder Warmnieten.
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