WO2016087136A1 - VERFAHREN UND VORRICHTUNG ZUM WIDERSTANDSSCHWEIßEN VON SANDWICHBLECHEN - Google Patents

VERFAHREN UND VORRICHTUNG ZUM WIDERSTANDSSCHWEIßEN VON SANDWICHBLECHEN Download PDF

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welding
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Azeddine Chergui
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ThyssenKrupp AG
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ThyssenKrupp Steel Europe AG
ThyssenKrupp AG
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    • B23K2103/16—Composite materials
    • 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 welding of a sandwich panel with at least one further metallic component, wherein the sandwich panel has two metallic cover layers and a thermoplastic layer arranged between the metallic cover layers, in which the area to be welded of the sandwich panel is heated such that the
  • Softening thermoplastic layer and is displaced by squeezing the outer layers of the welding area and the outer layers with the other component by an electrical current flow in a first circuit via a first, arranged on the side of the sandwich sheet welding electrode and a second, on the side of the other metallic component arranged welding electrode are welded together.
  • the invention relates to a
  • Device for resistance welding of a sandwich panel which has a thermoplastic layer disposed between metallic cover layers, with at least one further metallic component, with a first, arranged on the side of the sandwich sheet welding electrode and with a second, which can be arranged on the side of the other metallic component welding electrode, with Means for providing a first circuit, which guide the welding current at least over the first and the second welding electrode, and means for displacing the plastic layer of the sandwich sheet from the area to be welded
  • Sandwich panels which have a thermoplastic layer between two metallic thin cover layers, in order to further increase the weight saving potentials in motor vehicle construction using sandwich panels.
  • Sandwich panels can provide various, often exclusive, properties that are new
  • Sandwich sheets are that they have an electrically insulating plastic layer, which causes problems in terms of the formation of a perfect weld joint in fusion welding. Due to the lack of suitability of the sandwich panels for welding, for example for a
  • Sandwich sheet a welded joint can be produced. It is proposed to carry out the heating of the joining regions by means of temperature-controllable electrodes or pressing elements.
  • the welding electrodes or pressing elements are provided for this purpose, for example, with heating elements.
  • the structure of the welding electrodes is thus relatively complicated. In addition, the speed of heating the
  • thermoplastic polymer layer can be further increased, so that shorter cycle times can be achieved. From US Patent US 4,650,951 is also a method for
  • Welding electrodes are used, which are heated and so heat and displace the plastic layer lying between the cover layers before the actual
  • Welding electrodes is in need of improvement.
  • the above object is achieved according to a first teaching of the present invention in a generic method in that the welded portion of the sandwich sheet is heated by a current flow in a second circuit, which the first welding electrode and disposed between the first welding electrode and the sandwich sheet electrical Head includes.
  • Sandwich sheet arranged electrical conductor itself This can be achieved by the provision of the second circuit short cycle times, so that the
  • the first is arranged by the arranged between the first welding electrode and the sandwich sheet conductor Welding electrode protected and the service life can be increased.
  • the electrical conductor between the first welding electrode and the sandwich plate can remain even during the welding process itself and influence it positively.
  • the electrical conductor disposed between the first welding electrode and the sandwich panel may, for example, have a specific resistance which is greater than that of the welding electrodes, the cover layers of the sandwich panel and / or of the further metallic component.
  • a conductor strip is used as the electrical conductor disposed between the first welding electrode and the sandwich plate.
  • a conductor band or contacting band can simply be guided around or surround the first welding electrode, so that the contact region of the welding electrode, which
  • the conductor strip is arranged with a tape guide system between the first welding electrode and the sandwich sheet.
  • a tape guide system By a tape guide system, the conductor strip can be provided particularly compact and reliable between the first welding electrode and the sandwich sheet.
  • the tape guide system may be formed so that the conductor strip for renewal compared to the first
  • Welding electrode can be moved. As a result, different points of the conductor strip pass between the first welding electrode and the sandwich plate, so that a change in the properties of the conductor strip in the region between the first welding electrode and the sandwich plate can be counteracted.
  • the welding electrodes are provided, for example, by welding tongs
  • the tape guiding system can be integrated, for example, in the welding tongs.
  • the method according to the invention which is arranged between the first welding electrode and the sandwich plate electrical conductor, the first welding electrode and / or the sandwich sheet directly.
  • the resistance in the first and second circuits and the heating can be well controlled and a process-reliable method can be provided.
  • the current flow for welding in the first circuit takes place via the first circuit
  • Welding electrode the arranged between the first welding electrode and the sandwich sheet electrical conductor, the sandwich sheet, the other metallic component and the second standing with the other metallic component in contact
  • welding electrode The arranged between the first welding electrode and the sandwich sheet electrical conductor must therefore not be removed during welding. Rather, the electrical conductor can remain between the first welding electrode and the sandwich sheet. As a result, on the one hand, a simple method with particularly short cycle times can be provided.
  • the first welding electrode and the sandwich sheet electrical conductor must therefore not be removed during welding. Rather, the electrical conductor can remain between the first welding electrode and the sandwich sheet.
  • welding electrode protected by the cover with the electrical conductor so long service life can be achieved.
  • the electrical conductor arranged between the first welding electrode and the sandwich panel can be chosen so that it can also positively influence the welding process, for example, the formation of the weld nugget can be optimized.
  • the current flow for heating in the second circuit via the first welding electrode, the arranged between the first welding electrode and the sandwich sheet electrical conductor and a shunt conductor takes place.
  • the second circuit therefore does not include, in particular, the second welding electrode, the sandwich panel and / or the further metallic component.
  • the current flow for heating takes place in the second circuit in such a way to the first welding electrode, as well as the current flow for welding in the first circuit to the first welding electrode.
  • the electrical conductor arranged between the first welding electrode and the sandwich panel is directly connected to the bypass conductor, for example one
  • the first circuit is interrupted at least temporarily, while the area of the sandwich sheet to be welded is heated by the current flow in the second circuit.
  • the first circuit is interrupted all the time. Thus, unwanted secondary currents can be prevented.
  • Multipoint welding is performed.
  • the interruption of the first circuit is effected by a spacing of the second
  • a spacer may be provided which allows the spacing.
  • the spacer can contact the further component with an electrically insulated contact area.
  • a switch is provided, this can be designed mechanically or electrically, for example.
  • the switch may comprise a thyristor.
  • the interruption of the first circuit can be realized in a particularly simple and reliable manner.
  • the interruption can be controlled, for example, by a welding control, for example as a function of a threshold value, for example a resistance threshold value.
  • the interruption may be canceled when the electrical resistance between the first and second welding electrodes drops.
  • the cover layers of the sandwich panel are formed by the first welding electrode and a spacer arranged on the side of the further metallic component
  • the spacer at the same time allows the spacing of the second welding electrode from the further metallic component to
  • the spacer is spring-loaded.
  • the spacer is part of a welding gun. It is the spring stiffness, for example, sufficiently large to allow compression of the cover layers with the first welding electrode without contact between the second welding electrode and the other metallic component.
  • the spacer gives the contact between the second
  • the cover layers of the sandwich sheet are compressed by the first welding electrode and the second welding electrode.
  • the electrical conductor arranged between the first welding electrode and the sandwich panel is adapted to the resistance welding to be carried out.
  • the material, the material quality, the thickness and / or the resistance of the electrical conductor can be adjusted.
  • a suitable electrical conductor can be selected.
  • the electrical conductor is selected such that when welding a connection between the two metal cover layers of the sandwich sheet to the other metallic component. Due to the fact that the first welding electrode makes contact with the sandwich panel via the electrical conductor, but does not contact the second welding electrode, the result is an effective one
  • the electrical conductor arranged between the first welding electrode and the sandwich panel can be chosen such that the formation of the weld nugget is optimized, for example, in the direction of sandwich panel, so that a reliable connection of the metallic cover sheets of the sandwich panel can take place.
  • Sandwich sheet performed.
  • Cover layers of the sandwich sheet are detected in the area to be welded. For example, the measurement during heating of the welding area and the compression of the cover layers of the sandwich sheet performed. For example, a resistance measurement takes place, which comprises the electrical resistance between the cover layers of the sandwich panel. For example, the electrical resistance between the first and second welding electrodes is measured. If the cover layers have metallic contact, the resistance decreases abruptly so that a metallic contact can be deduced.
  • the object indicated by a generic device is achieved in that a second circuit is provided, wherein the second circuit comprises the first welding electrode and an arrangeable between the first welding electrode and the sandwich sheet electrical conductor, so by a current flow in the second circuit, the area to be welded of the sandwich panel can be heated.
  • the second circuit comprises the first welding electrode and an arrangeable between the first welding electrode and the sandwich sheet electrical conductor, so by a current flow in the second circuit, the area to be welded of the sandwich panel can be heated.
  • Welding range can be achieved with a compact structure. In this case, short cycle times can be achieved by the second circuit.
  • the electrical conductor is arranged between the first welding electrode and the sandwich panel, the first welding electrode is thereby spared and the service life can be increased.
  • Embodiments of the method according to the invention also be disclosed corresponding means for performing the method steps by preferred embodiments of the device according to the invention. Likewise, the disclosure of means for performing a method step of the corresponding
  • a tape guiding system is provided, with which the conductor strip between the first
  • welding electrode and the sandwich sheet can be arranged.
  • the electrical conductor which can be arranged between the first welding electrode and the sandwich sheet can preferably be arranged such that the electrical conductor can contact the first welding electrode and / or the sandwich sheet directly.
  • an interruption mechanism for the first circuit is provided.
  • the interrupting mechanism of the first circuit comprises a spacer which can be arranged on the side of the further metallic component for spacing the second welding electrode from the further metallic component or a separate switch.
  • a measuring device for measuring electrical properties of the sandwich sheet is provided in a further embodiment of the device according to the invention, for example for measuring the electrical resistance.
  • FIG. 1 is a schematic representation of an embodiment of a
  • FIG. 3 is a schematic representation of another embodiment of a
  • Fig. 4 is a schematic representation of another embodiment of a
  • FIG. 5 is a schematic representation of the embodiment of FIG. 4th
  • Fig. 6 is a schematic representation of the time course of the through
  • Fig. 7 is a further schematic representation of an embodiment of a
  • Fig. 1 shows a schematic representation of an embodiment of a device la and a method during the current flow for heating.
  • Resistance welding of a sandwich panel 2 which has two metallic cover layers 2 a, 2 b and a thermoplastic polymer layer 2 c arranged between the metallic cover layers 2 a, 2 b, can be carried out with the device 1 a with a further metallic component 3, for example a solid sheet, for example a steel sheet ,
  • the device has a first welding electrode 4 and a second one
  • the first welding electrode 4 is on the side of the first welding electrode 4
  • Sandwich plate 2 arranged and the second welding electrode 5 opposite to the side of the component 3.
  • the device la provides with the power source 6 and the electrical lines 7 means for providing a first circuit to
  • a force on the Sandwich plate 2 are exercised so that the plastic layer 2c can be displaced.
  • Fig. 1 are means for applying force to the first and the second welding electrodes 4, 5. This can be realized for example by a welding tongs.
  • a second circuit is further provided which comprises the first welding electrode 4 and an electrical conductor 8 which can be arranged and arranged between the first welding electrode 4 and the sandwich panel 2.
  • the electrical conductor 8 is formed here as a conductor strip 8, which via a
  • Sandwich panel 2 is arranged.
  • the conductor strip 8 is in direct contact with the first welding electrode 4 on the one hand and to the metallic one
  • the conductor strip 8 is also over a
  • Subconductor 10 is connected to the power source 6. In this case
  • the electrical wires 7 are insulated from the conductor strip 8. A current flow in the second circuit thus takes place via the electrical lines 7, the first welding electrode 4, the conductor strip 8 and the
  • Subconductor 10 so that in the second circuit, the preheating current I v flows.
  • current can only pass over the first welding electrode 4 to the conductor strip 8. Due to the contact resistance of the first welding electrode 4 on the conductor strip 8 and the material resistance of the conductor strip 8 is a heat development for softening the plastic layer 2c.
  • FIG. 2 now shows a schematic representation of the embodiment from FIG. 1 during the current flow for welding.
  • the fact that the plastic layer 2c is now displaced from the welding region and the metallic cover layers 2a, 2b are in contact can be established, for example, by the resistance between the cover layers 2a, 2b drops abruptly.
  • the electrical resistance between the first and second welding electrodes 4, 5 was measured by a welding control (not shown).
  • the welding current I s can be provided by the current source 6. The current flow takes place in the first
  • Sandwich panel connects to the other metallic component 3. Since the conductor strip 8 is further arranged between the first welding electrode 4 and the cover layer 2a, this can also influence the actual welding process. It is effectively an asymmetric electrode design for the first and the second
  • the formation of the weld nugget 11 can be influenced.
  • the conductor strip 8 can be selected such that compared to a
  • Symmetrical electrode design is a shift of the weld nugget in the direction of sandwich sheet. This can ensure that the metallic cover layer 2a is also connected. A current flow via the auxiliary connection conductor 10 can be negligible given a correspondingly high resistance of the conductor strip 8. Alternatively, a switch, for example in the auxiliary connection conductor 10, be provided for interrupting the second circuit.
  • Fig. 3 shows a schematic representation of another embodiment of a
  • the device lb and a method during the current flow for heating.
  • the device 1b and the method performed therewith essentially correspond to the device 1a and the method performed therewith.
  • the device lb has a switch 12 for interrupting the electrical line 7 between the second welding electrode 5 and the current source 6, so that the first circuit can be interrupted without the second Circuit break.
  • the switch 12 may be formed, for example, mechanically or electrically, for example as a thyristor circuit.
  • preheating current IV does not flow exclusively via the conductor strip 8 and the auxiliary connecting conductor 10, but in any case also via the already performed spot welding connection 13 and the second welding electrode 5. This is prevented by opening the switch 12 so that effective heating of the welding point is not impaired.
  • FIGS. 1, 2 and 3 show a schematic representation of a further embodiment of a device 1c and of a method during the current flow for heating.
  • the device 1c and the method performed therewith are similar to the devices 1a, 1b and the methods performed therewith.
  • the tape guide system is realized in that the conductor strip 8 with the first
  • Welding electrode 4 is electrically conductively connected to the opposite side of the auxiliary conductor 10 side. On the side of the auxiliary conductor 10 facing
  • the second welding electrode is connected to a spacer 14 via the elements 14c.
  • the spacer 14 has an insulating region 14 a, with which the spacer contacts the component 3.
  • the second welding electrode 5 is arranged at a distance from the further component 3. Due to the insulating region 14a and the spacing of the first circuit is interrupted, so that during heating with the preheating current I v no unwanted current flows over the already existing welded joint 13 and over the spacer 14 itself, so that no further separate switch 12 must be provided.
  • the spacer 14 further includes spring elements 14b.
  • Spring stiffness of the spring elements 14b of the spacer 14 is designed so that the second welding electrode 5 during heating with the preheating current I v, the further metallic component 3 is spaced apart from the component 3 despite the application of a force in the direction of component 3. As a result of the application of force, the cover layers 2a, 2b of the sandwich sheet are compressed, as shown in FIG.
  • Fig. 5 shows a schematic representation of the embodiment of Fig. 4 during the current flow I s for welding in the first circuit.
  • welding electrodes 4, 5 are now subjected to an increased compared to the application of force during heating welding force.
  • the spring elements 14b reproduce in such a way that the second welding electrode 5 can contact the further component 3.
  • the cover layers 2a, 2b with the further component 3 by the electrical current flow of the welding current I s in the first circuit via the first and the second welding electrode 4, 5 are welded together to form a weld nugget 11.
  • junction 10 is negligible. Thus, both I S1 and I S2 contribute to the welding process. However, a partial flow I S3 flows through the already existing welded connection 13, which thus does not contribute to the welding process. I S3 is in
  • the conductor strip may advantageously in three sections preferably with
  • FIG. 6 shows a schematic representation of the time course of the through
  • Welding electrodes 4, 5 exerted force on the welding partners 2, 3.
  • the force on the welding partners 2, 3 is raised to a first value Fi until time ti and kept substantially constant until t 2 .
  • the heating of the welding area takes place via the second circuit.
  • the force is increased to a second value F 2 until time t 3 and kept substantially constant until time t 4 .
  • the welding takes place by means of the welding current in the first circuit. Subsequently, the welded components 2, 3 or the welding electrodes 4, 5 can be removed or moved.
  • Fig. 7 shows a schematic representation of part of another
  • Embodiment of a device comprises a first
  • Sandwich panel 2 can be arranged and arranged electrical conductor 8, which is designed in the form of a welding electrode attachment and for example from a
  • Copper material is made, wherein a portion of the attachment 8 is electrically isolated via an insulation 15 to the welding electrode 4.
  • Die Isolation 15 are brought together Deutschen Wickelelektrode 4 über die Isolation 15 für die Isolation 15 für die Wickelelektrode 4sky.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Widerstandsschweißen eines Sandwichblechs mit mindestens einem weiteren metallischen Bauteil, wobei das Sandwichblech zwei metallische Deckschichten und eine zwischen den metallischen Deckschichten angeordnete thermoplastische Kunststoffschicht aufweist, bei welchem der zu schweißende Bereich des Sandwichblechs derart erwärmt wird, dass die thermoplastische Kunststoffschicht aufweicht und durch Zusammendrücken der Deckschichten aus dem Schweißbereich verdrängt wird und die Deckschichten mit dem weiteren Bauteil durch einen elektrischen Stromfluss in einem ersten Stromkreis über eine erste, auf der Seite des Sandwichblechs angeordnete Schweißelektrode und eine zweite, auf der Seite des weiteren metallischen Bauteils angeordnete Schweißelektrode miteinander verschweißt werden. Die Aufgabe, ein Verfahren zum Widerstandsschweißen von Sandwichblechen, mit welchem kurze Zykluszeiten, ein kompakter Aufbau und eine prozesssichere Schweißverbindung erzielt werden kann, wird dadurch gelöst, dass der zu schweißende Bereich des Sandwichblechs durch einen Stromfluss in einem zweiten Stromkreis erwärmt wird, welcher die erste Schweißelektrode und einen zwischen der ersten Schweißelektrode und dem Sandwichblech angeordneten elektrischen Leiter umfasst. Darüber hinaus betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zum Widerstandsschweißen.

Description

Verfahren und Vorrichtung zum Widerstandsschweißen von Sandwichblechen
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Widerstandsschweißen eines Sandwichblechs mit mindestens einem weiteren metallischen Bauteil, wobei das Sandwichblech zwei metallische Deckschichten und eine zwischen den metallischen Deckschichten angeordnete thermoplastische Kunststoffschicht aufweist, bei welchem der zu schweißende Bereich des Sandwichblechs derart erwärmt wird, dass die
thermoplastische Kunststoffschicht aufweicht und durch Zusammendrücken der Deckschichten aus dem Schweißbereich verdrängt wird und die Deckschichten mit dem weiteren Bauteil durch einen elektrischen Stromfluss in einem ersten Stromkreis über eine erste, auf der Seite des Sandwichblechs angeordnete Schweißelektrode und eine zweite, auf der Seite des weiteren metallischen Bauteils angeordnete Schweißelektrode miteinander verschweißt werden. Darüber hinaus betrifft die Erfindung eine
Vorrichtung zum Widerstandsschweißen eines Sandwichblechs, welches eine zwischen metallischen Deckschichten angeordnete thermoplastische Kunststoffschicht aufweist, mit mindestens einem weiteren metallischen Bauteil, mit einer ersten, auf der Seite des Sandwichblechs anordenbaren Schweißelektrode und mit einer zweiten, auf der Seite des weiteren metallischen Bauteils anordenbaren Schweißelektrode, mit Mitteln zur Bereitstellung eines ersten Stromkreises, welche den Schweißstrom zumindest über die erste und die zweite Schweißelektrode führen, und mit Mitteln zur Verdrängung der Kunststoffschicht des Sandwichblechs aus dem zu schweißenden Bereich des
Sandwichblechs.
Die steigende Nachfrage nach Leichtbaukonzepten im Kraftfahrzeugbereich rückt die Verwendung von Sandwichblechen, welche zwischen zwei metallischen dünnen Deckschichten eine thermoplastische Kunststoffschicht aufweisen, in den Vordergrund, um unter Verwendung von Sandwichblechen die Gewichtseinsparungspotentiale im Kraftfahrzeugbau weiter zu vergrößern. Sandwichbleche können verschiedene, sich häufig ausschließende Eigenschaften bereitstellen, welche neue
Gewichtseinsparpotentiale eröffnen. So weisen Sandwichbleche aufgrund der Kunststoffschicht ein deutlich geringeres Gewicht als Vollbleche auf und stellen gleichzeitig hohe Festigkeitswerte zur Verfügung. Darüber hinaus sind die
Sandwichbleche schalldämpfend und bieten eine hohe Steifigkeit. Nachteilig bei
Sandwichblechen ist allerdings, dass diese eine elektrisch isolierende Kunststoffschicht aufweisen, welche bei Schmelzschweißverfahren Probleme in Bezug auf die Ausbildung einer einwandfreien Schweißverbindung verursacht. Aufgrund der mangelnden Eignung der Sandwichbleche für das Verschweißen, beispielsweise für ein
Widerstandsschweißen oder Widerstandspunktschweißen mit anderen metallischen Bauteilen, werden Sandwichbleche daher häufig verklebt oder mechanisch miteinander gefügt.
Aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 10 2011 109 708 AI ist ein Verfahren zum Fügen eines Sandwichblechs mit einem weiteren metallischen Bauteil bekannt, bei welchem die Zwischenschicht im Verbindungsbereich aufgeschmolzen wird und aus dem Verbindungsbereich verdrängt wird, so dass anschließend durch Herstellen eines elektrischen Kontakts zwischen dem Bauelement und den Deckschichten des
Sandwichblechs eine Schweißverbindung erzeugt werden kann. Es wird vorgeschlagen, die Erwärmung der Fügebereiche durch temperierbare Elektroden oder Presselemente durchzuführen. Die Schweißelektroden oder Presselemente sind hierzu beispielsweise mit Heizelementen versehen. Der Aufbau der Schweißelektroden wird damit relativ kompliziert. Darüber hinaus kann die Geschwindigkeit des Erwärmens der
thermoplastischen Kunststoffschicht noch weiter gesteigert werden, so dass kürzere Zykluszeiten erreicht werden können. Aus der US-Patentschrift US 4,650,951 ist darüber hinaus ein Verfahren zum
Widerstandsschweißen zweier Verbundbleche bekannt, welches zwei
Schweißelektroden verwendet, die beheizt sind und so die zwischen den Deckschichten liegende Kunststoffschicht erwärmen und verdrängen, bevor das eigentliche
Verschweißen beginnt.
Aus der noch nicht veröffentlichten deutschen Patentanmeldung DE 10 2013 108 563 ist darüber hinaus ein Verfahren bekannt, bei welchem zwei Stromkreise verwendet werden, um ein Sandwichblech mit einem weiteren metallischen Bauteil durch
Widerstandsschweißen zu verbinden. Allerdings ist bei diesem Verfahren eine an das weitere metallische Bauteil angeschlossene Strombrücke notwendig, um den zweiten Stromkreis herzustellen. Zudem hat sich herausgestellt, dass die Standzeit der
Schweißelektroden verbesserungsbedürftig ist.
Hiervon ausgehend ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Widerstandsschweißen von Sandwichblechen sowie eine entsprechende Vorrichtung zur Verfügung zu stellen, mit welchem bzw. welcher kurze Zykluszeiten, ein kompakter Aufbau und eine prozesssichere Schweißverbindung erzielt werden kann.
Die genannte Aufgabe wird nach einer ersten Lehre der vorliegenden Erfindung bei einem gattungsgemäßen Verfahren dadurch gelöst, dass der zu schweißende Bereich des Sandwichblechs durch einen Stromfluss in einem zweiten Stromkreis erwärmt wird, welcher die erste Schweißelektrode und einen zwischen der ersten Schweißelektrode und dem Sandwichblech angeordneten elektrischen Leiter umfasst.
Es hat sich herausgestellt, dass bei der Verwendung eines zweiten Stromkreises, welcher die erste Schweißelektrode und einen zwischen der ersten Schweißelektrode und dem Sandwichblech angeordneten elektrischen Leiter umfasst, auf einfache Weise eine Erwärmung des Schweißbereichs mit einem kompakten Aufbau erzielt werden kann. Denn der elektrische Leiter kann beispielsweise aufgrund eines hohen
elektrischen Widerstandes das Erwärmen des Schweißbereichs durchführen, ohne dass beispielsweise zusätzliche Strombrücken an den zu verschweißenden Bauteilen notwendig sind. Die Wärmeentwicklung erfolgt dabei durch den Übergangswiderstand zwischen der ersten Schweißelektrode und dem zwischen der ersten Schweißelektrode und dem Sandwichblech angeordneten elektrischen Leiter und/oder durch den elektrischen Widerstand des zwischen der ersten Schweißelektrode und dem
Sandwichblech angeordneten elektrischen Leiters selbst. Dabei können durch das Vorsehen des zweiten Stromkreises kurze Zykluszeiten erzielt werden, sodass das
Verfahren wirtschaftlich durchgeführt werden kann. Zudem wird durch den zwischen der ersten Schweißelektrode und dem Sandwichblech angeordneten Leiter die erste Schweißelektrode geschont und die Standzeit kann erhöht werden. Schließlich kann der elektrische Leiter zwischen der ersten Schweißelektrode und dem Sandwichblech auch während des Schweißvorgangs selbst verbleiben und diesen positiv beeinflussen. Der zwischen der ersten Schweißelektrode und dem Sandwichblech angeordnete elektrische Leiter kann beispielsweise einen spezifischen Widerstand haben, welcher größer als der der Schweißelektroden, der Deckschichten des Sandwichblechs und/oder des weiteren metallischen Bauteils ist. Gemäß einer ersten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird als zwischen der ersten Schweißelektrode und dem Sandwichblech angeordneter elektrischer Leiter ein Leiterband verwendet. Ein Leiterband oder Kontaktierungsband kann beispielsweise einfach um die erste Schweißelektrode herumgeführt sein oder diese umspannen, sodass der Kontaktbereich der Schweißelektrode, welcher
normalerweise das zu verschweißende Sandwichblech kontaktieren würde, durch das Leiterband bedeckt ist.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das Leiterband mit einem Bandführungssystem zwischen der ersten Schweißelektrode und dem Sandwichblech angeordnet. Durch ein Bandführungssystem kann das Leiterband besonders kompakt und zuverlässig zwischen der ersten Schweißelektrode und dem Sandwichblech vorgesehen werden. Zudem kann das Bandführungssystem so ausgebildet sein, dass das Leiterband zur Erneuerung gegenüber der ersten
Schweißelektrode verfahren werden kann. Dadurch gelangen unterschiedliche Stellen des Leiterbandes zwischen die erste Schweißelektrode und das Sandwichblech, sodass einer Veränderung der Eigenschaften des Leiterbandes im Bereich zwischen der ersten Schweißelektrode und dem Sandwichblech entgegengewirkt werden kann. Werden die Schweißelektroden beispielsweise durch eine Schweißzange bereitgestellt, kann das Bandführungssystem beispielsweise in die Schweißzange integriert sein.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens kontaktiert der zwischen der ersten Schweißelektrode und dem Sandwichblech angeordnete elektrische Leiter die erste Schweißelektrode und/oder das Sandwichblech unmittelbar. So können der Widerstand im ersten bzw. zweiten Stromkreis und das Erwärmen gut kontrolliert werden und ein prozesssicheres Verfahren bereitgestellt werden. Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt der Stromfluss zum Verschweißen in dem ersten Stromkreis über die erste
Schweißelektrode, den zwischen der ersten Schweißelektrode und dem Sandwichblech angeordneten elektrischen Leiter, das Sandwichblech, das weitere metallische Bauteil und die zweite mit dem weiteren metallischen Bauteil in Kontakt stehende
Schweißelektrode. Der zwischen der ersten Schweißelektrode und dem Sandwichblech angeordnete elektrische Leiter muss beim Verschweißen also nicht wieder entfernt werden. Vielmehr kann der elektrische Leiter zwischen der ersten Schweißelektrode und dem Sandwichblech verbleiben. Dadurch kann einerseits ein einfaches Verfahren mit besonders kurzen Zykluszeiten bereitgestellt werden. Zudem wird die erste
Schweißelektrode durch die Abdeckung mit dem elektrischen Leiter geschont, sodass lange Standzeiten erreicht werden können. Schließlich kann der zwischen der ersten Schweißelektrode und dem Sandwichblech angeordnete elektrische Leiter so gewählt werden, dass dieser auch den Schweißvorgang positiv beeinflussen kann, beispielsweise kann die Ausbildung der Schweißlinse optimiert werden.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt der Stromfluss zum Erwärmen in dem zweiten Stromkreis über die erste Schweißelektrode, den zwischen der ersten Schweißelektrode und dem Sandwichblech angeordneten elektrischen Leiter und einen Nebenanschlussleiter. Der zweite Stromkreis umfasst also insbesondere nicht die zweite Schweißelektrode, das Sandwichblech und/oder das weitere metallische Bauteil. Beispielsweise erfolgt der Stromfluss zum Erwärmen im zweiten Stromkreis derart zur ersten Schweißelektrode, wie auch der Stromfluss zum Verschweißen im ersten Stromkreis zur ersten Schweißelektrode erfolgt. Beispielsweise ist der zwischen der ersten Schweißelektrode und dem Sandwichblech angeordnete elektrische Leiter unmittelbar mit dem Nebenschlussleiter, beispielsweise einem
Nebenschlussstromband, verbunden. Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist der erste Stromkreis zumindest zeitweise unterbrochen, während der zu schweißende Bereich des Sandwichblechs durch den Stromfluss in dem zweiten Stromkreis erwärmt wird. Vorzugsweise ist, während der zu schweißende Bereich des Sandwichblechs durch den Stromfluss in dem zweiten Stromkreis erwärmt wird, der erste Stromkreis ganzzeitig unterbrochen. So können unerwünschte Sekundärströme unterbunden werden.
Beispielsweise kann unterbunden werden, dass der Stromfluss zum Erwärmen in dem zweiten Stromkreis über den ersten Stromkreis, das heißt insbesondere über die zweite Schweißelektrode, fließt. Dies ist beispielsweise vorteilhaft, wenn eine
Mehrpunktschweißung durchgeführt wird.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt die Unterbrechung des ersten Stromkreises durch eine Beabstandung der zweiten
Schweißelektrode vom weiteren metallischen Bauteil oder einen separaten Schalter. Beispielsweise kann ein Abstandshalter vorgesehen sein, welcher die Beabstandung ermöglicht. Der Abstandshalter kann dabei das weitere Bauteil mit einem elektrisch isolierten Kontaktbereich kontaktieren. Ist ein Schalter vorgesehen, kann dieser beispielsweise mechanisch oder elektrisch ausgebildet sein. Beispielsweise kann der Schalter einen Thyristor umfassen. Die Unterbrechung des ersten Stromkreises kann so besonders einfach und prozesssicher realisiert werden. Die Unterbrechung kann beispielsweise durch eine Schweißsteuerung gesteuert werden, beispielsweise in Abhängigkeit eines Schwellenwertes, etwa eines Widerstandsschwellenwertes.
Beispielsweise kann die Unterbrechung aufgehoben werden, wenn der elektrische Widerstand zwischen der ersten und der zweiten Schweißelektroden abfällt.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die Deckschichten des Sandwichblechs durch die erste Schweißelektrode und einen auf der Seite des weiteren metallischen Bauteils angeordneten Abstandshalter
zusammengedrückt. Beispielsweise ermöglicht der Abstandshalter gleichzeitig die Beabstandung der zweiten Schweißelektrode vom weiteren metallischen Bauteil zur
Unterbrechung des ersten Stromkreises. Beispielsweise ist der Abstandshalter federgelagert. Beispielsweise ist der Abstandshalter Teil einer Schweißzange. Dabei ist die Federsteifigkeit beispielsweise ausreichend groß, um ein Zusammendrücken der Deckschichten mit der ersten Schweißelektrode ohne einen Kontakt zwischen der zweiten Schweißelektrode und dem weiteren metallischen Bauteil zu ermöglichen. Beispielswiese gibt der Abstandshalter den Kontakt zwischen der zweiten
Schweißelektrode und dem weiteren metallischen Bauteil bei Ausübung einer ausreichend großen Kraft, beispielsweise auf der auf die Schweißelektroden ausgeübten Schweißkraft, frei.
Alternativ ist es ebenfalls möglich, dass die Deckschichten des Sandwichblechs durch die erste Schweißelektrode und die zweite Schweißelektrode zusammengedrückt werden.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der zwischen der ersten Schweißelektrode und dem Sandwichblech angeordnete elektrische Leiter an das durchzuführende Widerstandsschweißen angepasst. Beispielsweise kann das Material, die Materialgüte, die Dicke und/oder der Widerstand des elektrischen Leiters angepasst werden. Somit kann in Abhängigkeit des konkreten Schweißvorgangs ein geeigneter elektrischer Leiter gewählt werden. Beispielsweise wird der elektrische Leiter derart ausgewählt, dass beim Verschweißen eine Anbindung beider metallischer Deckschichten des Sandwichblechs an das weitere metallische Bauteil erfolgt. Dadurch, dass die erste Schweißelektrode das Sandwichblech über den elektrischen Leiter kontaktiert, die zweite Schweißelektrode jedoch nicht, entsteht effektiv eine
asymmetrische Schweißelektrodenausbildung. Beispielsweise kann der zwischen der ersten Schweißelektrode und dem Sandwichblech angeordnete elektrische Leiter so gewählt werden, dass die Ausbildung der Schweißlinse optimiert wird, beispielsweise in Richtung Sandwichblech verschoben wird, sodass eine prozesssichere Anbindung der metallischen Deckbleche des Sandwichblechs erfolgen kann.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird zumindest zweitweise eine Messung von elektrischen Eigenschaften des
Sandwichblechs durchgeführt. So kann beispielsweise ein Kontakt der metallischen
Deckschichten des Sandwichblechs im zu schweißenden Bereich festgestellt werden. Beispielsweise wird die Messung während des Erwärmens des Schweißbereichs und dem Zusammendrücken der Deckschichten des Sandwichblechs durchgeführt. Beispiels erfolgt eine Widerstandsmessung, welche den elektrischen Widerstand zwischen den Deckschichten des Sandwichblechs umfasst. Beispielsweise wird der elektrische Widerstand zwischen der ersten und der zweiten Schweißelektrode gemessen. Weisen die Deckschichten metallischen Kontakt auf, sinkt der Widerstand abrupt ab, sodass auf einen metallischen Kontakt geschlossen werden kann.
Gemäß einer zweiten Lehre der vorliegenden Erfindung wird die aufgezeigte Aufgabe durch eine gattungsgemäße Vorrichtung dadurch gelöst, dass ein zweiter Stromkreis vorgesehen ist, wobei der zweite Stromkreis die erste Schweißelektrode und einen zwischen der ersten Schweißelektrode und dem Sandwichblech anordenbaren elektrischen Leiter umfasst, sodass durch einen Stromfluss in dem zweiten Stromkreis der zu schweißende Bereich des Sandwichblechs erwärmt werden kann. Wie bereits zuvor ausgeführt, kann so auf einfache Weise eine Erwärmung des
Schweißbereichs mit einem kompakten Aufbau erzielt werden. Dabei können durch den zweiten Stromkreis kurze Zykluszeiten erzielt werden. Zudem wird dadurch, wenn der elektrische Leiter zwischen der ersten Schweißelektrode und dem Sandwichblech angeordnet ist, die erste Schweißelektrode geschont und die Standzeit kann erhöht werden.
Bezüglich weiterer vorteilhafter Ausgestaltungen der Vorrichtung wird auf die
Beschreibung der Ausführungsformen des Verfahrens und deren Vorteile verwiesen. Dabei sollen durch die Beschreibung von Verfahrensschritten gemäß bevorzugter
Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens auch entsprechende Mittel zur Durchführung der Verfahrensschritte durch bevorzugte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung offenbart sein. Ebenfalls soll durch die Offenbarung von Mitteln zur Durchführung eines Verfahrensschrittes der entsprechende
Verfahrensschritt offenbart sein. Beispielsweise ist bei einer Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ein Bandführungssystem vorgesehen, mit dem das Leiterband zwischen der ersten
Schweißelektrode und dem Sandwichblech angeordnet werden kann. Bevorzugt kann bei einer Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung der zwischen der ersten Schweißelektrode und dem Sandwichblech anordenbare elektrische Leiter derart angeordnet werden, dass der elektrische Leiter die erste Schweißelektrode und/oder das Sandwichblech unmittelbar kontaktieren kann. Bevorzugt ist bei einer weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ein Unterbrechungsmechanismus für den ersten Stromkreis vorgesehen. Beispielsweise umfasst der Unterbrechungsmechanismus des ersten Stromkreises einen auf der Seite des weiteren metallischen Bauteils anordenbaren Abstandshalter zur Beabstandung der zweiten Schweißelektrode von dem weiteren metallischen Bauteil oder einen separaten Schalter.
Vorteilhaft umfassen bei einer weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemäßen
Vorrichtung die Mitteln zur Verdrängung der Kunststoffschicht des Sandwichblechs aus dem zu schweißenden Bereich des Sandwichblechs die erste Schweißelektrode und einen Abstandshalter, sodass die Deckschichten des Sandwichblechs durch die erste Schweißelektrode und den Abstandshalter zusammengedrückt werden.
Vorteilhaft ist bei einer weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung eine Messeinrichtung zur Messung von elektrischen Eigenschaften des Sandwichblechs vorgesehen, beispielsweise zur Messung des elektrischen Widerstands.
Im Weiteren soll die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der Zeichnung näher erläutert werden. Die Zeichnung zeigt in Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer
Vorrichtung und eines Verfahrens während des Stromflusses zum
Erwärmen; eine schematische Darstellung des Ausführungsbeispiels aus Fig. 1 während des Stromflusses zum Verschweißen; Fig. 3 eine schematische Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels einer
Vorrichtung und eines Verfahrens während des Stromflusses zum
Erwärmen;
Fig. 4 eine schematische Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels einer
Vorrichtung und eines Verfahrens während des Stromflusses zum
Erwärmen;
Fig. 5 eine schematische Darstellung des Ausführungsbeispiels aus Fig. 4
während des Stromflusses zum Verschweißen,
Fig. 6 eine schematische Darstellung des zeitlichen Verlaufs der durch die
Schweißelektroden ausgeübten Kraft Und
Fig. 7 eine weitere schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer
Vorrichtung.
Fig. 1 zeigt zunächst eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Vorrichtung la und eines Verfahrens während des Stromflusses zum Erwärmen. Mit der Vorrichtung la kann ein Widerstandsschweißen eines Sandwichbleches 2, welches zwei metallische Deckschichten 2a, 2b und eine zwischen den metallischen Deckschichten 2a, 2b angeordnete thermoplastische Kunststoffschicht 2c aufweist, mit einem weiteren metallischen Bauteil 3, beispielsweise ein Vollblech, etwa ein Stahlblech, durchgeführt werden. Die Vorrichtung weist eine erste Schweißelektrode 4 und eine zweite
Schweißelektrode 5 auf. Dabei ist die erste Schweißelektrode 4 auf der Seite des
Sandwichblechs 2 angeordnet und die zweite Schweißelektrode 5 gegenüberliegend auf der Seite des Bauteils 3. Die Vorrichtung la stellt mit der Stromquelle 6 und den elektrischen Leitungen 7 Mittel zur Bereitstellung eines ersten Stromkreises zur
Verfügung. Zudem kann über die erste Schweißelektrode 4 eine Kraft auf das Sandwichblech 2 ausgeübt werden, sodass die Kunststoffschicht 2c verdrängt werden kann. Nicht dargestellt in Fig. 1 sind Mittel zur Kraftbeaufschlagung der ersten und der zweiten Schweißelektroden 4, 5. Dies kann beispielsweise durch eine Schweißzange realisiert sein.
Bei der Vorrichtung la ist weiterhin ein zweiter Stromkreis vorgesehen, welcher die erste Schweißelektrode 4 und einen zwischen der ersten Schweißelektrode 4 und dem Sandwichblech 2 anordenbaren und angeordneten elektrischen Leiter 8 umfasst. Der elektrische Leiter 8 ist hier als Leiterband 8 ausgebildet, welches über ein
Bandführungssystem 9 zwischen der ersten Schweißelektrode 4 und dem
Sandwichblech 2 angeordnet wird. Dabei steht das Leiterband 8 in unmittelbarem Kontakt zu der ersten Schweißelektrode 4 einerseits und zu der metallischen
Deckschicht 2a andererseits. Das Leiterband 8 ist zudem über einen
Nebenanschlussleiter 10 mit der Stromquelle 6 verbunden. In diesem
Ausführungsbeispiel sind die elektrischen Leitungen 7 gegenüber dem Leiterband 8 isoliert. Ein Stromfluss in dem zweiten Stromkreis erfolgt also über die elektrischen Leitungen 7 die erste Schweißelektrode 4 das Leiterband 8 und den
Nebenanschlussleiter 10, sodass in dem zweiten Stromkreis der Vorwärmstrom Iv fließt. Insbesondere kann nur über die erste Schweißelektrode 4 Strom auf das Leiterband 8 übergehen. Durch den Übergangswiderstand von der ersten Schweißelektrode 4 auf das Leiterband 8 und den Stoffwiderstand des Leiterbands 8 erfolgt eine Wärmeentwicklung zur Erweichung der Kunststoffschicht 2c.
Gleichzeitig werden die Deckschichten 2a, 2b des Sandwichblechs 2 durch die erste und die zweite Schweißelektrode 4, 5 zusammengedrückt, sodass die erste
Schweißelektrode 4 die Kunststoffschicht 2c im Schweißbereich verdrängt. Das
Ergebnis der Verdrängung der Kunststoffschicht 2c ist dabei in Fig. 2 dargestellt.
Fig. 2 zeigt nun eine schematische Darstellung des Ausführungsbeispiels aus Fig. 1 während des Stromflusses zum Verschweißen. Dass die Kunststoffschicht 2c nun aus dem Schweißbereich verdrängt ist und die metallischen Deckschichten 2a, 2b Kontakt haben, kann beispielsweise dadurch festgestellt werden, dass der Widerstand zwischen den Deckschichten 2a, 2b abrupt abfällt. In diesem Fall wurde durch eine Schweißsteuerung (nicht dargestellt) der elektrische Widerstand zwischen der ersten und der zweiten Schweißelektrode 4, 5 gemessen. Nun kann durch die Stromquelle 6 der Schweißstrom Is bereitgestellt werden. Der Stromfluss erfolgt in dem ersten
Stromkreis jedenfalls über die elektrischen Leitungen 7, die erste Schweißelektrode 4, das Leiterband 8, die metallischen Deckschichten 2a, 2b, das weitere Bauteil 3, die zweite Schweißelektrode 5 und wiederum über die elektrischen Leitungen 7. Es können auch weitere Elemente in dem Stromkreis vorgesehen sein. Dabei wird eine
Schweißlinse 11 ausgebildet, welche die metallischen Deckschichten 2a, 2b des
Sandwichblechs mit dem weiteren metallischen Bauteil 3 verbindet. Da das Leiterband 8 weiterhin zwischen der ersten Schweißelektrode 4 und der Deckschicht 2a angeordnet ist, kann dieses auch den eigentlichen Schweißvorgang beeinflussen. Es liegt effektiv eine asymmetrische Elektrodenausführung für die erste und die zweite
Schweißelektrode 4, 5 vor, da die erste Schweißelektrode im Gegensatz zur zweiten Schweißelektrode 5 über das Leiterband 8 mit den Schweißpartnern Kontakt hat.
Hierdurch kann die Entstehung der Schweißlinse 11 beeinflusst werden. Beispielsweise kann das Leiterband 8 derart ausgewählt werden, dass im Vergleich zu einer
symmetrischen Elektrodenausführung eine Verschiebung der Schweißlinse in Richtung Sandwichblech erfolgt. Dadurch kann sichergestellt werden, dass auch die metallische Deckschicht 2a angebunden wird. Ein Stromfluss über den Nebenanschlussleiter 10 kann bei einem entsprechend hohen Widerstand des Leiterbandes 8 vernachlässigbar sein. Alternativ kann auch ein Schalter, beispielsweise im Nebenanschlussleiter 10, zur Unterbrechung des zweiten Stromkreises vorgesehen sein. Fig. 3 zeigt eine schematische Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels einer
Vorrichtung lb und eines Verfahrens während des Stromflusses zum Erwärmen. Die Vorrichtung lb und das damit durchgeführte Verfahren entsprechen im Wesentlichen der Vorrichtung la und dem damit durchgeführten Verfahren. Insofern wird zunächst auf die Beschreibung in Bezug auf die Fig. 1 und 2 verwiesen. Im Unterschied zu der Vorrichtung la weist die Vorrichtung lb einen Schalter 12 zur Unterbrechung der elektrischen Leitung 7 zwischen der zweiten Schweißelektrode 5 und der Stromquelle 6 auf, sodass der erste Stromkreis unterbrochen werden kann, ohne den zweiten Stromkreis zu unterbrechen. Der Schalter 12 kann beispielsweise mechanisch oder elektrisch, beispielsweise als eine Thyristor-Schaltung, ausgebildet sein. Die
Unterbrechung erfolgt während des Erwärmens der Schweißstelle mit dem
Vorwärmstrom Iv durch ein vorheriges Öffnen des Schalters 12. Dies hat den Vorteil, dass das Verfahren auch beim Mehrpunktwiderstandsschweißen angewendet werden kann. Ist bereits eine Punktschweißverbindung 13 hergestellt, würde der
Vorwärmstrom IV jedenfalls nicht ausschließlich über das Leiterband 8 und den Nebenanschlussleiter 10 fließen, sondern jedenfalls auch über die bereits erfolgte Punktschweißverbindung 13 und die zweite Schweißelektrode 5. Dies wird durch Öffnen des Schalters 12 verhindert, sodass ein effektives Erwärmen der Schweißstelle nicht beeinträchtigt wird.
Fig. 4 zeigt eine schematische Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels einer Vorrichtung lc und eines Verfahrens während des Stromflusses zum Erwärmen. Die Vorrichtung lc und das damit durchgeführte Verfahren ist zu den Vorrichtungen la, lb und den damit durchgeführten Verfahren ähnlich. Insofern wird zunächst auf die Beschreibung in Bezug auf die Fig. 1, 2 und 3 verwiesen. Im Unterschied hierzu ist das Bandführungssystem dadurch realisiert, dass das Leiterband 8 mit der ersten
Schweißelektrode 4 auf der der Nebenanschlussleiter 10 gegenüberliegenden Seite elektrisch leitend verbunden ist. Auf der der Nebenanschlussleiter 10 zugewandten
Seite ist das Leiterband 8 elektrisch isoliert mit der Schweißelektrode verbunden und elektrisch leitend mit dem Nebenanschlussleiter 10 verbunden. Durch die isolierte Verbindung wird eine unerwünschte Umgehung des zu wärmenden Schweißbereichs durch den Vorwärmstrom Iv verhindert.
Als weiteren Unterschied ist die zweite Schweißelektrode mit einem Abstandshalter 14 über die Elemente 14c verbunden. Der Abstandshalter 14 weist einen isolierenden Bereich 14a auf, mit welchem der Abstandshalter das Bauteil 3 kontaktiert. Die zweite Schweißelektrode 5 ist vom weiteren Bauteil 3 beabstandet angeordnet. Durch den isolierenden Bereich 14a und die Beabstandung ist der erste Stromkreis unterbrochen, sodass während des Erwärmens mit dem Vorwärmstrom Iv kein unerwünschter Strom über die bereits erfolgte Schweißverbindung 13 und über den Abstandshalter 14 selbst fließt, sodass kein weiterer separater Schalter 12 vorgesehen sein muss.
Der Abstandshalter 14 umfasst des Weiteren auch Federelemente 14b. Die
Federsteifigkeit der Federelemente 14b des Abstandshalters 14 ist dabei so ausgelegt, dass die zweite Schweißelektrode 5 während des Erwärmens mit dem Vorwärmstrom Iv das weitere metallische Bauteil 3 trotz der Beaufschlagung mit einer Kraft in Richtung Bauteil 3 vom Bauteil 3 beabstandet ist. Durch die Kraftbeaufschlagung werden die Deckschichten 2a, 2b des Sandwichblechs zusammengedrückt, wie in Fig. 5 dargestellt.
Fig. 5 zeigt eine schematische Darstellung des Ausführungsbeispiels aus Fig. 4 während des Stromflusses Is zum Verschweißen in dem ersten Stromkreis. Die
Schweißelektroden 4, 5 werden nun mit einer im Vergleich zur Kraftbeaufschlagung während des Erwärmens erhöhten Schweißkraft beaufschlagt. Dadurch geben die Federelemente 14b derart nach, dass die zweite Schweißelektrode 5 das weitere Bauteil 3 kontaktieren kann. Somit können die Deckschichten 2a, 2b mit dem weiteren Bauteil 3 durch den elektrischen Stromfluss des Schweißstroms Is in dem ersten Stromkreis über die erste und die zweite Schweißelektrode 4, 5 unter Bildung einer Schweißlinse 11 miteinander verschweißt werden.
Aufgrund des Leiterbands 8 teilt sich der Strom Is in den Strom IS1 durch die erste Schweißelektrode und IS2 durch das Leiterband 8 auf. Der Strom durch den
Nebenanschlussleiter 10 ist dabei zu vernachlässigen. Somit tragen sowohl IS1 als auch IS2 zum Schweißprozess bei. Allerdings fließt ein Teilstrom IS3 durch die bereits erfolgte Schweißverbindung 13, welcher somit nicht zum Schweißprozess beiträgt. IS3 ist im
Vergleich zu IS1 + IS2 jedoch sehr viel kleiner und vernachlässigbar. Zudem können weitere Sekundärströme durch das Sandwichblech 2 oder das Bauteil 3 abgeleitet werden, welche jedoch ebenfalls zu vernachlässigen sind. Hier nicht dargestellt, kann das Leiterband in vorteilhafterweise vorzugsweise aus drei Abschnitten mit
unterschiedlichen Werkstoffen zusammengesetzt sein, das beispielsweise in den
Außenabschnitten/Endabschnitten aus einem elektrisch gut leitenden Werkstoff, beispielsweise einem Kupferwerkstoff und der Mittenbereich, der insbesondere im Kontaktierungsbereich der Schweißelektrode 4 und der Deckschicht 2a angeordnet ist, aus einem anderen Werkstoff insbesondere mit einem hohem elektrischen Widerstand, beispielsweise aus einem Stahlwerkstoff oder einem Wolframwerkstoff besteht. Fig. 6 zeigt eine schematische Darstellung des zeitlichen Verlaufs der durch die
Schweißelektroden 4, 5 ausgeübten Kraft auf die Schweißpartner 2, 3. Zunächst wird die Kraft auf die Schweiß partner 2, 3 bis zum Zeitpunkt ti auf einen erste Wert Fi angehoben und im Wesentlichen bis t2 konstant gehalten. Zumindest zeitweise im Zeitraum zwischen tt und t2 erfolgt dabei die Erwärmung des Schweißbereichs über den zweiten Stromkreis. Ist die Kunststoffschicht aus dem Schweißbereich verdrängt, wird die Kraft bis zum Zeitpunkt t3 auf einen zweiten Wert F2 erhöht und bis zum Zeitpunkt t4 im Wesentlichen konstant gehalten. Zwischen t3 und t4 erfolgt dabei die Verschweißung mittels des Schweißstroms in dem ersten Stromkreis. Anschließend können die verschweißten Bauteile 2, 3 oder die Schweißelektroden 4, 5 entnommen oder verschoben werden.
Fig. 7 zeigt eine schematische Darstellung eines Teils eines weiteren
Ausführungsbeispiels einer Vorrichtung. Die Vorrichtung umfasst eine erste
Schweißelektrode 4 und einen zwischen der ersten Schweißelektrode 4 und dem
Sandwichblech 2 anordenbaren und angeordneten elektrischen Leiter 8, der in Form einer Schweißelektrodenaufsatzes ausgebildet ist und beispielsweise aus einem
Kupferwerkstoff gefertigt ist, wobei ein Teilbereich des Aufsatzes 8 über eine Isolierung 15 zur Schweißelektrode 4 elektrisch getrennt ist. Unterhalb der Isolierung 15, als Übergangsbereich zwischen dem Aufsatz 8 und der Schweißelektrode 4, ist ein den elektrischen Widerstand erhöhendes Material 16 eingesetzt, das beispielsweise aus einem Stahlwerkstoff oder Wolframwerkstoff gefertigt ist.

Claims

Patentansprüche
Verfahren zum Widerstandsschweißen eines Sandwichblechs mit mindestens einem weiteren metallischen Bauteil, wobei das Sandwichblech zwei metallische Deckschichten und eine zwischen den metallischen Deckschichten angeordnete thermoplastische Kunststoffschicht aufweist, bei welchem der zu schweißende Bereich des Sandwichblechs derart erwärmt wird, dass die thermoplastische Kunststoffschicht aufweicht und durch Zusammendrücken der Deckschichten aus dem Schweißbereich verdrängt wird und die Deckschichten mit dem weiteren Bauteil durch einen elektrischen Stromfluss in einem ersten Stromkreis über eine erste, auf der Seite des Sandwichblechs angeordnete Schweißelektrode und eine zweite, auf der Seite des weiteren metallischen Bauteils angeordnete
Schweißelektrode miteinander verschweißt werden,
dadurch gekennzeichnet, dass
der zu schweißende Bereich des Sandwichblechs durch einen Stromfluss in einem zweiten Stromkreis erwärmt wird, welcher die erste Schweißelektrode und einen zwischen der ersten Schweißelektrode und dem Sandwichblech angeordneten elektrischen Leiter umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass
als zwischen der ersten Schweißelektrode und dem Sandwichblech angeordneter elektrischer Leiter ein Leiterband verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Leiterband mit einem Bandführungssystem zwischen der ersten
Schweißelektrode und dem Sandwichblech angeordnet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass
der zwischen der ersten Schweißelektrode und dem Sandwichblech angeordnete elektrische Leiter die erste Schweißelektrode und/oder das Sandwichblech unmittelbar kontaktiert.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Stromfluss zum Verschweißen in dem ersten Stromkreis über die erste Schweißelektrode, den zwischen der ersten Schweißelektrode und dem
Sandwichblech angeordneten elektrischen Leiter, das Sandwichblech, das weitere metallische Bauteil und die zweite mit dem weiteren metallischen Bauteil in Kontakt stehende Schweißelektrode erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Stromfluss zum Erwärmen in dem zweiten Stromkreis über die erste Schweißelektrode, den zwischen der ersten Schweißelektrode und dem
Sandwichblech angeordneten elektrischen Leiter und einen Nebenschlussleiter erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet, dass
der erste Stromkreis zumindest zeitweise unterbrochen ist, während der zu schweißende Bereich des Sandwichblechs durch den Stromfluss in dem zweiten Stromkreis erwärmt wird.
Verfahren nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Unterbrechung des ersten Stromkreises durch eine Beabstandung der zweiten Schweißelektrode vom weiteren metallischen Bauteil oder einen separaten Schalter erfolgt.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Deckschichten des Sandwichblechs durch die erste Schweißelektrode und einen auf der Seite des weiteren metallischen Bauteils angeordneten
Abstandshalter zusammengedrückt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9,
dadurch gekennzeichnet, dass
der zwischen der ersten Schweißelektrode und dem Sandwichblech angeordnete elektrische Leiter an das durchzuführende Widerstandsschweißen angepasst wird.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10,
dadurch gekennzeichnet, dass
zumindest zweitweise eine Messung von elektrischen Eigenschaften des
Sandwichblechs durchgeführt wird.
12. Vorrichtung (la, lb, lc) zum Widerstandsschweißen eines Sandwichblechs (2), welches eine zwischen metallischen Deckschichten (2a, 2b) angeordnete thermoplastische Kunststoffschicht (2c) aufweist, mit mindestens einem weiteren metallischen Bauteil (3),
mit einer ersten, auf der Seite des Sandwichblechs (2) anordenbaren
Schweißelektrode (4) und mit einer zweiten, auf der Seite des weiteren metallischen Bauteils (3) anordenbaren Schweißelektrode (5),
mit Mitteln (6, 7) zur Bereitstellung eines ersten Stromkreises, welche den Schweißstrom (Is) zumindest über die erste und die zweite Schweißelektrode (4, 5) führen, und
mit Mitteln (4) zur Verdrängung der Kunststoffschicht (2c) des Sandwichblechs (2) aus dem zu schweißenden Bereich des Sandwichblechs (2),
dadurch gekennzeichnet, dass
ein zweiter Stromkreis vorgesehen ist, wobei der zweite Stromkreis die erste Schweißelektrode (4) und einen zwischen der ersten Schweißelektrode (4) und dem Sandwichblech (2) anordenbaren elektrischen Leiter (8) umfasst, sodass durch einen Stromfluss in dem zweiten Stromkreis der zu schweißende Bereich des Sandwichblechs (2) erwärmt werden kann.
Vorrichtung nach Anspruch 12,
dadurch gekennzeichnet, dass
der zwischen der ersten Schweißelektrode (4) und dem Sandwichblech (2) anordenbare elektrische Leiter (8) ein Leiterband ist.
Vorrichtung nach Anspruch 13,
dadurch gekennzeichnet, dass
ein Bandführungssystem (9) vorgesehen ist, mit dem das Leiterband (8) zwischen der ersten Schweißelektrode (4) und dem Sandwichblech (2) angeordnet werden kann.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 14,
dadurch gekennzeichnet, dass
der zwischen der ersten Schweißelektrode (4) und dem Sandwichblech (2) anordenbare elektrische Leiter (8) derart angeordnet werden kann, dass der elektrische Leiter (8) die erste Schweißelektrode (4) und/oder das
Sandwichblech (2) unmittelbar kontaktieren kann.
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