WO2016116188A1 - VERFAHREN UND VORRICHTUNG ZUM WIDERSTANDSSCHWEIßEN EINES SANDWICHBLECHS - Google Patents

VERFAHREN UND VORRICHTUNG ZUM WIDERSTANDSSCHWEIßEN EINES SANDWICHBLECHS Download PDF

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welding electrode
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sandwich
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Azeddine Chergui
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Thyssenkrupp Steel Europe Ag
Thyssenkrupp Ag
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    • B23K11/16—Resistance welding; Severing by resistance heating taking account of the properties of the material to be welded

Definitions

  • the invention relates to a method for resistance welding a sandwich panel with at least one further component, wherein the sandwich sheet has two metallic cover layers and a thermoplastic layer disposed between the metallic cover layers, wherein the welded portion of the sandwich sheet is heated so that the thermoplastic resin layer softens and through Compressing the cover layers is displaced from the welding area and the cover layers with the further component by an electric current flow for welding in a first power source having a first circuit via a first, arranged on the side of the sandwich sheet welding electrode and a second, on the side of the further component arranged welding electrode are welded together.
  • the invention relates to a device for resistance welding of a sandwich sheet, which has a thermoplastic plastic layer arranged between metallic cover layers, with at least one further component, with a first, on the side of the
  • Sandwich plate arranged weld electrode, with a second, can be arranged on the side of the further component welding electrode, with means for providing a first power source having a first circuit, which conduct a current flow for welding at least over the first and the second welding electrode, and means for displacement of the thermoplastic layer of the sandwich sheet from the welded area of the sandwich sheet.
  • Sandwich panels have a thermoplastic layer between two metallic thin cover layers.
  • sandwich panels can provide different, often-exclusive properties that open up new weight-saving potential. So have sandwich panels due to the Plastic layer significantly lower weight than solid sheets and at the same time provide high strength values.
  • the Plastic layer significantly lower weight than solid sheets and at the same time provide high strength values.
  • sandwich panels is that they have an electrically insulating layer, which in welding process problems in terms of training a
  • sandwich panels are therefore often glued or mechanically joined together.
  • Sandwich panel with a further component in which the intermediate layer is melted in the connection region and displaced from the connection region, so that subsequently by establishing an electrical contact between the component and the cover layers of the sandwich sheet a
  • Welded connection can be generated. 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. Due to the necessary modifications to the welding electrode, the structure of the welding electrodes thus becomes relatively complex. In addition, the speed of heating the thermoplastic resin layer is in need of improvement, 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
  • Plastic layer in need of improvement to achieve shorter cycle times.
  • Welding electrode and the sandwich sheet arranged electrical conductor and a second power source comprises.
  • heating of the area to be welded can be effected without further modification merely by activating or deactivating the second current source, which is of the first power source is different can be achieved.
  • the second current source which is of the first power source is different
  • Welding electrode and the sandwich sheet arranged electrical conductor achieved an efficient heating of the area to be welded, for example by a correspondingly designed, specific electrical resistance of the electrical conductor. As a result, therefore, a method is provided which allows a simple operation and also can achieve short cycle times.
  • the further component can be, for example, a metal solid sheet, for example a steel sheet. In principle, however, it is also possible for the other component to be integrated as well Sandwich sheet is. Also, other components may be provided, which are welded, such as an arranged between the sandwich plate and the further metallic component in particular additional metallic component.
  • the first and / or the second current source may be, for example, DC or preferably AC sources. In this case, the dedicated current sources of the first and the second circuit can be designed as needed and independently of each other.
  • the first circuit preferably comprises, in particular, the first current source, the first welding electrode, the second welding electrode, first electrical lines connected to the first and the second welding electrodes, the sandwich panel and the further component.
  • the second circuit preferably comprises, in particular, the second current source, the electrical conductor and second electrical lines connected to the electrical conductor.
  • the second circuit preferably does not comprise the sandwich panel, the further component, the first welding electrode and / or the second welding electrode. If according to an embodiment of the method according to the invention, the second current source is first activated, so that the current flow for preheating in the second circuit, and then the first current source is activated, so that the current flow for welding in the first circuit, an unnecessarily early activation of the first Power sources avoided and the first power source is activated only when needed. This will cause unwanted interactions between the
  • the first current source is activated with or after the deactivation of the second current source.
  • the first current source is already activated before the deactivation of the second current source.
  • Power sources for example, by a controller, which includes, for example, a trigger circuit.
  • a trigger circuit is a sufficient, for example, complete displacement of the thermoplastic layer from the welding area, the triggering event, whereby a switching pulse or a switching edge for the first and / or second power source is generated.
  • thermoplastic layer can begin from the welding area.
  • Welding range representative measured value for example, can be concluded continuously on the progress of the displacement. It is also possible to select a measurement value representative of the displacement of the thermoplastic polymer layer from the welding region, from which only individual discrete information about the progress of the displacement can be deduced, for example whether the displacement has already been completed or not. For example, the representative measured value can be compared with a reference value.
  • the measured value representative of the displacement of the thermoplastic polymer layer from the welding region is based on an electrical property of at least the
  • Sandwich plate In this way, a contact of the metallic cover layers of the sandwich sheet in the area to be welded can be determined in a simple and reliable manner. For example, a measurement of the representative for the displacement of the thermoplastic resin layer from the welding area is carried out
  • the cover layers of the sandwich panel Compression of the cover layers of the sandwich panel.
  • an electrical resistance measurement takes place, so that for the displacement of the thermoplastic layer from the welding area representative measured value is an electrical resistance value and the electrical resistance between the cover layers of the sandwich sheet comprises.
  • the electrical resistance can be measured, for example, between the first and the second welding electrode. If the cover layers have metallic contact, the resistance decreases at any rate locally abruptly, so that a sufficient displacement of the
  • thermoplastic material can be closed from the area to be welded.
  • a resistance value can be selected, which is measured between the welding electrodes in direct contact of the cover layers
  • the measured value representative of the displacement of the thermoplastic polymer layer from the welding region is based on a position of a welding electrode, preferably of the first welding electrode. If the position of the welding electrode detected anyway, can be easily determined automatically when a sufficient amount of the thermoplastic polymer layer from the welding region.
  • Displacement of the thermoplastic layer from the welding area is done without, for example, a resistance measurement needs to be performed.
  • a resistance measurement needs to be performed.
  • thermoplastic layer that is, the welding electrode has moved by the thickness of the thermoplastic layer, can on a
  • thermoplastic resin layer As a reference value can serve the thickness of the thermoplastic resin layer.
  • 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 normally would contact the sandwich sheet to be welded, such as for example, the electrode cap, is covered by the conductor strip at least partially.
  • the conductor strip is arranged with a band holder between the first welding electrode and the sandwich sheet.
  • the conductor strip can be particularly compact and reliable between the first welding electrode and the
  • the tape holder may be formed so that the conductor strip can be moved to the renewal with respect to the first welding electrode. This allows different points of the conductor strip between the first welding electrode and the sandwich sheet, so that a change in the
  • the tape holder can be mounted, for example, on the welding tongs or integrated into the welding tongs.
  • the electrical conductor arranged between the first welding electrode and the sandwich sheet contacts the first welding electrode and / or the sandwich sheet directly.
  • the electrical conductor has a first region with a first specific electrical resistance and a second region with a second specific electrical resistance, which is greater than the first specific electrical resistance, for heating the region of the sandwich sheet to be welded ,
  • the second area there is the first area of copper or a copper alloy.
  • the second region consists of tungsten or a tungsten alloy. While the preheating flow through the copper or copper alloy in the first area is less
  • Heat is conducted can be carried out by the tungsten or the tungsten alloy in the second region efficient heat development.
  • the preheating current can pass over the first to the second region.
  • the conductor in particular the conductor strip, at least partially be formed two- or multi-layered, for example with one of the first welding electrode and a sandwich sheet facing layer.
  • the layer facing the sandwich sheet at least partially corresponds to the first area with the first specific electrical resistance.
  • the layer facing the first welding electrode at least partially corresponds to the second region with the second specific electrical resistance.
  • the second region is arranged in the contact region of the first welding electrode with the sandwich metal sheet, the proximity of the second region to the latter can be achieved
  • the electrical conductor has an area for insulation, in particular for insulation of the first one
  • Area opposite to the first welding electrode can be undesirable
  • Branch currents, in particular via the first welding electrode can be avoided.
  • the area for isolation may consist, for example, of electrically insulating material. Alternatively or additionally, an area for isolation at the first welding electrode
  • Welding electrode or be provided on the tape holder can be provided on the tape holder.
  • the object mentioned is achieved in that a second circuit is provided, wherein the second circuit comprises an arranged between the first welding electrode and the sandwich sheet electrical conductor and a second power source.
  • Power source can be enabled. Neither extensive modifications to the welding electrode nor provision of additional conductors on the sandwich panel or the second welding electrode are necessary. At the same time, efficient heating of the area to be welded is achieved by the electrical conductor arranged between the first welding electrode and the sandwich panel. As a result, therefore, a device is provided which allows a simple operation and also can achieve short cycle times.
  • the device may be particularly suitable for carrying out the method.
  • a controller is provided, which is coupled to the first and the second current source and configured such that first the second current source is activated, so that the current flow for preheating in the second circuit takes place, and then the first current source is activated, so that the current flow for welding takes place in the first circuit. This will be an unnecessarily early activation of the first
  • the controller is set up for activating the first current source and / or
  • thermoplastic plastic layer from the welding area representative To take into account the measured value. This allows a precise and needs-based
  • the electrical conductor arranged between the first welding electrode and the sandwich panel is a conductor band. This can simply be led around or surround the first welding electrode, so that the contact region of the welding electrode is at least partially covered by the conductor strip.
  • a method for resistance welding of a sandwich sheet is disclosed with at least one further component, wherein the sandwich sheet has two metallic cover layers and a thermoplastic layer disposed between the metallic cover layers, wherein the welded portion of the sandwich sheet is heated so that the thermoplastic
  • Softened plastic layer and is displaced by compression of the outer layers of the welding area and the outer layers with the other component by an electric current flow for welding in a first current source having first circuit via a first, arranged on the side of the sandwich sheet welding electrode and a second, on the Side of the further component arranged welding electrode are welded together, wherein the welded area of the sandwich sheet by a current flow for preheating in a second circuit is heated, wherein the second circuit comprises an arranged between the first welding electrode and the sandwich sheet electrical conductor.
  • a device for resistance welding of a sandwich panel which has a thermoplastic plastic layer disposed between metallic cover layers, disclosed with at least one further component, with a first, arranged on the side of the sandwich sheet welding electrode and a second, which can be arranged on the side of the other component welding electrode , comprising means for providing a first current source having a first
  • Sandwich panel a second circuit is provided, wherein the second circuit comprises an arranged between the first welding electrode and the sandwich sheet electrical conductor.
  • the first and the second circuit can have a common current source.
  • the second circuit may have, for example, the first current source, the electrical conductor, the first welding electrode and second electrical lines connected to the electrical conductor.
  • Embodiments of the method and the device can be as described above.
  • a conductor strip may be used as the electrical conductor disposed between the first welding electrode and the sandwich panel.
  • the electrical conductor may have a first region having a first electrical resistivity and a second region having a second electrical resistivity which is greater than the first specific electrical resistance for heating the region to be welded
  • Fig. La, b is a schematic representation of a first embodiment of a device according to the invention for carrying out a first
  • FIG. 2 is a schematic representation of the embodiment of FIG. 1
  • FIG. 3 is a schematic representation of the embodiment of FIG. 1
  • Fig. 6 is a schematic representation of another device for
  • Fig. La shows a schematic representation of a first embodiment of a device 1 according to the invention for carrying out a first embodiment of a method according to the invention during the preheating.
  • the device 1 is used for resistance welding of a sandwich panel 2 with at least one further, for example, metallic component 4.
  • the sandwich panel 2 has a thermoplastic arranged between metallic cover layers 2a, 2b
  • the device has a first, on the side of the Sandwich plate 2 arranged welding electrode 6 and a second, arranged on the side of the further metallic component 3 welding electrode 8.
  • 12 means for providing a first circuit are provided with the first power source 10 and the first electrical lines. This allows a current flow to the welding I s are guided via the first and the second welding electrode 6, 8 (shown in Fig. 2).
  • the first welding electrode 6 serves as a means for displacing the first welding electrode 6
  • Applying force such as a welding gun, be provided (not shown).
  • a second electric circuit which comprises an electrical conductor 14 arranged between the first welding electrode 6 and the sandwich panel 2, a second current source 16 and second electrical lines 18.
  • the arranged as between the first welding electrode 6 and the sandwich panel 2 electrical conductor 14 is formed as a conductor strip and by means of a
  • the electrical conductor strip 14 contacts the first welding electrode 6 and the sandwich sheet 2 directly.
  • the electrical conductor strip 14 has a first region 14a with a first electrical resistivity and a second region 14b with a second electrical resistivity for heating the region of the sandwich sheet 2 to be welded.
  • the first region 14a is made of copper, for example, and the second region 14b of tungsten. As a result, the second specific electrical resistance is greater than the first specific electrical resistance.
  • the electrical conductor strip 14 has a region 14c for insulating the first region 14a with respect to the welding electrode 6.
  • FIG. 1b shows an enlargement of the conductor strip 14 in the region of the contact with the first welding electrode 6.
  • the region of the sandwich sheet to be welded can be welded 2 be heated particularly efficiently, so that the thermoplastic resin layer 2c softens quickly and is displaced from the welding area by compressing the cover layers 2a, 2b. This is done by a current flow for preheating I v in the second circuit, which is shown in Fig. La by the arrows. The electrical energy is thereby converted into heat by the electrical resistance of the second region 14b and the contact resistance between the first region 14a and the second region 14b.
  • a controller 20 which comprises a trigger circuit and is coupled to the first and the second current source 10, 16.
  • the controller is set up such that initially the second current source 16 is activated so that the current flow for preheating I v takes place in the second circuit.
  • thermoplastic resin layer 2c is softened and displaced, so that the cover layers 2a, 2b have metallic contact, is determined by the consideration of a measurement value representative thereof. This may, for example, a decrease in the electrical resistance between the welding electrodes 6, 8 or one of the thickness of the thermoplastic resin layer 2c corresponding to the first
  • Welding electrode 6 be covered path.
  • Fig. 2 shows a schematic representation of the embodiment of Fig. 1 during welding.
  • the controller 20 the second power source 16 has been deactivated and the first power source 10 is activated.
  • the welding current I s flows in the first circuit via the electrical leads 12, the first and second welding electrode 6, 8, the further component 4 and the sandwich sheet 2.
  • the cover layers 2a, 2b become thereby welded to the further component 4 by the electric current flow for welding I s .
  • Fig. 3 shows a schematic representation of the embodiment of Fig. 1 during a Mehrticianwiderstandssch spaens. In contrast to the case shown in FIGS. 1 and 2, a welded connection 24 has already taken place in FIG. 3.
  • FIG. 4a shows a schematic representation of a second exemplary embodiment of a device according to the invention for carrying out an exemplary embodiment of a method according to the invention during preheating.
  • the device and the method performed therewith are similar to the device 1 and the method performed therewith. In this respect, reference is first made to the description of FIGS. 1 to 3.
  • the device 1 'in turn has an electrical conductor 14', which is formed as a conductor strip and by means of the band holder 22 'between the first welding electrode 6 and the sandwich plate 2 this is arranged directly contacting.
  • the electrical conductor strip 14 'in turn has a first region 14a', a second region 14b 'with a higher electrical resistivity for heating the region to be welded, and a region 14c' for insulating the first region 14a 'from the welding electrode 6.
  • the regions of the electrical conductor strip 14 'of the device 1' are arranged differently. In the contact area of the electrical
  • Conductor 14 'with the sandwich sheet 2 only the second region 14 b' is arranged with the higher electrical resistivity, which in contact with the first welding electrode 6 and the sandwich sheet 2 is. This is followed on each side by the first region 14a '.
  • the insulating region 14c ' prevents direct electrical contact between the first region 14a' and the first welding electrode 6.
  • the conductor strip 14 ' has no insulating region in the region of the band holder 22' 14c 'on, since the tape holder 22' already has a region 26 for insulating the welding electrode 6 relative to the electrical conductor strip 14 '.
  • the second region 14b 'in the contact region of the first welding electrode 6 with the sandwich sheet 2 can be heated particularly efficiently, so that the thermoplastic resin layer 2c quickly softens and passes through
  • Compressing the cover layers 2a, 2b is displaced from the welding area. This is done by a current flow for preheating I v in the second circuit, which is shown by the arrows in Fig. 4a.
  • Fig. 6 shows a schematic representation of a further device 1 "to
  • the device 1 is constructed similarly to the device 1 'and the same electrical conductor strip 14' is used
  • the device 1 “does not have a second current source, but rather the preheating current I v is also provided by the first current source 10.
  • an electrical bridge 28 is provided which underlies the first current source 10 Bridging the second welding electrode 8, the other component 4 and the sandwich sheet 2 via the tape holder 22 "with the conductor strip 14 'connects.
  • the second preheating circuit comprises the first current source 10, a portion of the first electrical leads 12, the first Welding electrode 6, the electrical conductor strip 14 'and the electrical bridge 28. The preheating current can then flow as shown by the arrows in Fig. 6.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Widerstandsschweißen eines Sandwichblechs mit mindestens einem weiteren Bauteil, wobei das Sandwichblech zwei metallische Deckschichten und eine zwischen den metallischen Deckschichten angeordnete thermoplastische Kunststoffschicht aufweist, wobei 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 zum Schweißen in einem ersten eine erste Stromquelle aufweisenden Stromkreis über eine erste, auf der Seite des Sandwichblechs angeordnete Schweißelektrode und eine zweite, auf der Seite des weiteren Bauteils angeordnete Schweißelektrode miteinander verschweißt werden. Die Aufgabe, ein Verfahren zur Verfügung zu stellen, welches für einen einfachen Ablauf ausgelegt ist und zudem kurze Zykluszeiten erreichen kann, wird dadurch gelöst, dass der zu schweißende Bereich des Sandwichblechs durch einen Stromfluss zum Vorwärmen in einem zweiten Stromkreis erwärmt wird, wobei der zweite Stromkreis einen zwischen der ersten Schweißelektrode und dem Sandwichblech angeordneten elektrischen Leiter und eine zweite Stromquelle umfasst.

Description

Verfahren und Vorrichtung zum Widerstandsschweißen eines Sandwichblechs
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Widerstandsschweißen eines Sandwichblechs mit mindestens einem weiteren Bauteil, wobei das Sandwichblech zwei metallische Deckschichten und eine zwischen den metallischen Deckschichten angeordnete thermoplastische Kunststoffschicht aufweist, wobei 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 zum Schweißen in einem eine erste Stromquelle aufweisenden ersten Stromkreis über eine erste, auf der Seite des Sandwichblechs angeordnete Schweißelektrode und eine zweite, auf der Seite des weiteren Bauteils angeordnete Schweißelektrode miteinander verschweißt werden. Zudem betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zum Widerstandsschweißen eines Sandwichblechs, welches eine zwischen metallischen Deckschichten angeordnete thermoplastische Kunststoffschicht aufweist, mit mindestens einem weiteren Bauteil, mit einer ersten, auf der Seite des
Sandwichblechs anordenbaren Schweißelektrode, mit einer zweiten, auf der Seite des weiteren Bauteils anordenbaren Schweißelektrode, mit Mitteln zur Bereitstellung eines eine erste Stromquelle aufweisenden ersten Stromkreises, welche einen Stromfluss zum Schweißen zumindest über die erste und die zweite Schweißelektrode führen, und mit Mitteln zur Verdrängung der thermoplastischen Kunststoffschicht des Sandwichblechs aus dem zu schweißenden Bereich des Sandwichblechs.
Die steigende Nachfrage nach Leichtbaukonzepten im Kraftfahrzeugbereich rückt die Verwendung von Sandwichblechen in den Vordergrund, um unter Verwendung von Sandwichblechen die Gewichtseinsparungspotentiale im Kraftfahrzeugbau weiter zu vergrößern. Sandwichbleche weisen zwischen zwei metallischen dünnen Deckschichten eine thermoplastische Kunststoffschicht auf. Dadurch können Sandwichbleche 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 Schicht aufweisen, welche bei Schweißverfahren 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 insbesondere metallischen Bauteilen, werden Sandwichbleche daher häufig verklebt oder mechanisch miteinander gefügt.
Um trotzdem eine Schweißverbindung zu ermöglichen, ist aus der deutschen
Offenlegungsschrift DE 10 2011 109 708 AI ein Verfahren zum Fügen eines
Sandwichblechs mit einem weiteren 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. Aufgrund der notwendigen Modifikationen an der Schweißelektrode wird der Aufbau der Schweißelektroden damit relativ komplex. Zudem ist die Geschwindigkeit des Erwärmens der thermoplastischen Kunststoffschicht verbesserungsbedürftig, damit 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. Hierzu werden Heizelemente um die Elektroden herum angeordnet. Auch hier ist die Geschwindigkeit des Erwärmens der thermoplastischen
Kunststoffschicht verbesserungsbedürftig, um kürzere Zykluszeiten zu erreichen. Hiervon ausgehend ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Widerstandsschweißen von Sandwichblechen sowie eine entsprechende Vorrichtung zur Verfügung zu stellen, welches bzw. welche für einen einfachen Ablauf ausgelegt ist und zudem kurze Zykluszeiten erreichen kann.
Die genannte Aufgabe wird nach einer erste Lehre der vorliegenden Erfindung bei einem gattungsgemäßen Verfahren dadurch gelöst, dass der zu schweißende Bereich des Sandwichblechs durch einen Stromfluss zum Vorwärmen in einem zweiten Stromkreis erwärmt wird, wobei der zweite Stromkreis einen zwischen der ersten
Schweißelektrode und dem Sandwichblech angeordneten elektrischen Leiter und eine zweite Stromquelle umfasst.
Durch die Kombination einer zweiten Stromquelle und einem zwischen der ersten Schweißelektrode und dem Sandwichblech angeordneten elektrischen Leiter in dem zweiten Stromkreis zum Erwärmen des zu schweißenden Bereichs kann ein Erwärmen des zu schweißenden Bereichs ohne weitere Modifikationen lediglich durch Aktivieren oder Deaktivieren der zweiten Stromquelle, welche von der ersten Stromquelle verschieden ist, erreicht werden. Beispielsweise sind keine umfangreichen
Modifikationen an der Schweißelektrode, wie eine Integration von Heizelementen in den Elektrodenkörper, notwendig, noch ist ein Anlegen oder Schalten von zusätzlichen Stromleitern wie Strombrücken an dem Sandwichblech oder der zweiten
Schweißelektrode erforderlich. Zudem können unerwünschte Zweigströme
insbesondere über bereits vorhandene Schweißverbindungen in dem Sandwichblech vermieden werden. Gleichzeitig wird vorteilhaft durch den zwischen der ersten
Schweißelektrode und dem Sandwichblech angeordneten elektrischen Leiter eine effiziente Erwärmung des zu schweißenden Bereichs erzielt, beispielsweise durch einen entsprechend ausgelegten, spezifischen elektrischen Widerstand des elektrischen Leiters. Im Ergebnis wird daher ein Verfahren bereitgestellt, welches einen einfachen Ablauf ermöglicht und zudem kurze Zykluszeiten erreichen kann.
Das weitere Bauteil kann beispielsweise ein metallisches Vollblech sein, beispielsweise ein Stahlblech. Grundsätzlich ist es aber auch möglich, dass auch das weitere Bauteil ein Sandwichblech ist. Ebenfalls können auch weitere Bauteile vorgesehen sein, welche verschweißt werden, etwa ein zwischen dem Sandwichblech und dem weiteren insbesondere metallischen Bauteil angeordnetes zusätzliches metallischen Bauteil. Die erste und/oder die zweite Stromquelle können beispielsweise Gleichstrom- oder vorzugsweise Wechselstromquellen sein. Dabei können die dedizierten Stromquellen des ersten und des zweiten Stromkreises bedarfsgerecht und unabhängig voneinander ausgelegt werden. Der erste Stromkreis umfasst vorzugsweise insbesondere die erste Stromquelle, die erste Schweißelektrode, die zweite Schweißelektrode, mit der ersten und der zweiten Schweißelektrode verbundene erste elektrische Leitungen, das Sandwichblech und das weitere Bauteil. Der zweite Stromkreis umfasst vorzugsweise insbesondere die zweite Stromquelle, den elektrischen Leiter und mit dem elektrischen Leiter verbundene zweite elektrische Leitungen. Somit umfasst der zweite Stromkreis vorzugsweise nicht das Sandwichblech, das weitere Bauteil, die erste Schweißelektrode und/oder die zweite Schweißelektrode. Wird gemäß einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens zunächst die zweite Stromquelle aktiviert, sodass der Stromfluss zum Vorwärmen in dem zweiten Stromkreis erfolgt, und anschließend die erste Stromquelle aktiviert wird, sodass der Stromfluss zum Schweißen in dem ersten Stromkreis erfolgt, wird ein unnötig frühes Aktivieren der erste Stromquellen vermieden und die erste Stromquelle wird erst bei Bedarf aktiviert. Dadurch werden unerwünschte Wechselwirkungen zwischen den
Stromkreisen vermieden und auf einfache Weise ein prozesssicheres Ergebnis erzielt.
Bevorzugt wird die erste Stromquelle mit dem oder nach dem Deaktivieren der zweiten Stromquelle aktiviert. Grundsätzlich ist jedoch auch denkbar, dass die erste Stromquelle bereits vor dem Deaktivieren der zweiten Stromquelle aktiviert wird. Die Steuerung der
Stromquellen erfolgt beispielsweise durch eine Steuerung, welche beispielsweise eine Trigger-Schaltung umfasst. Beispielsweise ist bei einer Trigger-Schaltung eine ausreichende, zum Beispiel vollstände Verdrängung der thermoplastischen Kunststoffschicht aus dem Schweißbereich das auslösende Ereignis, wodurch ein Schaltimpuls oder eine Schaltflanke für die erste und/oder zweite Stromquelle erzeugt wird.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird für eine Aktivierung der ersten Stromquelle und/oder Deaktivierung der zweiten Stromquelle ein für die Verdrängung der thermoplastischen Kunststoffschicht aus dem
Schweißbereich repräsentativer Messwert berücksichtigt. Hierdurch kann eine präzise und bedarfsgerechte Aktivierung bzw. Deaktivierung der Stromquellen erzielt werden. Dadurch kann die Effizienz des Verfahrens weiterhin gesteigert werden, da der
Schweißprozess unmittelbar nach einer ausreichenden Verdrängung der
thermoplastischen Kunststoffschicht aus dem Schweißbereich beginnen kann. Mittels des für die Verdrängung der thermoplastischen Kunststoffschicht aus dem
Schweißbereich repräsentativen Messwerts kann beispielsweise kontinuierlich auf den Fortschritt der Verdrängung geschlossen werden. Es kann auch ein für die Verdrängung der thermoplastischen Kunststoffschicht aus dem Schweißbereich repräsentativer Messwert gewählt werden, aus welchem lediglich einzelne diskrete Informationen über den Fortschritt der Verdrängung geschlossen werden kann, etwa ob die Verdrängung bereits vollständig erfolgt ist oder nicht. Beispielsweise kann der repräsentative Messwert mit einem Referenzwert verglichen werden.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens beruht der für die Verdrängung der thermoplastischen Kunststoffschicht aus dem Schweißbereich repräsentative Messwert auf einer elektrischen Eigenschaft zumindest des
Sandwichblechs. Auf diese Weise kann ein Kontakt der metallischen Deckschichten des Sandwichblechs im zu schweißenden Bereich auf einfache und verlässliche Weise festgestellt werden. Beispielsweise erfolgt eine Messung des für die Verdrängung der thermoplastischen Kunststoffschicht aus dem Schweißbereich repräsentativen
Messwerts während des Erwärmens des zu schweißenden Bereichs und dem
Zusammendrücken der Deckschichten des Sandwichblechs. Beispielsweise erfolgt eine elektrische Widerstandsmessung, sodass der für die Verdrängung der thermoplastischen Kunststoffschicht aus dem Schweißbereich repräsentative Messwert ein elektrischer Widerstandswert ist und den elektrischen Widerstand zwischen den Deckschichten des Sandwichblechs umfasst. Hierzu kann der elektrische Widerstand beispielsweise zwischen der ersten und der zweiten Schweißelektrode gemessen werden. Weisen die Deckschichten metallischen Kontakt auf, sinkt der Widerstand jedenfalls lokal abrupt ab, sodass auf eine ausreichende Verdrängung des
thermoplastischen Kunststoffs aus dem zu schweißenden Bereich geschlossen werden kann. Als Referenzwert kann ein Widerstandswert gewählt werden, welcher zwischen den Schweißelektroden gemessen bei direktem Kontakt der Deckschichten
unterschritten wird.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens beruht der für die Verdrängung der thermoplastischen Kunststoffschicht aus dem Schweißbereich repräsentative Messwert auf einer Position einer Schweißelektrode, vorzugsweise der ersten Schweißelektrode. Wird die Position der Schweißelektrode ohnehin erfasst, kann auf einfache Weise automatisiert festgestellt werden, wann eine ausreichende
Verdrängung der thermoplastischen Kunststoffschicht aus dem Schweißbereich erfolgt ist, ohne dass beispielsweise eine Widerstandmessung durchgeführt zu werden braucht. Hat sich beispielsweise die Position der Schweißelektrode um die Dicke der
thermoplastischen Kunststoffschicht geändert, das heißt hat sich die Schweißelektrode um die Dicke der thermoplastischen Kunststoffschicht bewegt, kann auf eine
ausreichende Verdrängung des thermoplastischen Kunststoffs aus dem zu
schweißenden Bereich geschlossen werden. Als Referenzwert kann dabei die Dicke der thermoplastischen Kunststoffschicht dienen.
Gemäß einer besonders bevorzugten 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, wie beispielsweise die Elektrodenkappe, durch das Leiterband zumindest teilweise bedeckt ist.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das Leiterband mit einer Bandhalterung zwischen der ersten Schweißelektrode und dem Sandwichblech angeordnet. Durch eine Bandhalterung kann das Leiterband besonders kompakt und zuverlässig zwischen der ersten Schweißelektrode und dem
Sandwichblech vorgesehen werden. Zudem kann die Bandhalterung 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. Beispielsweise kann die
Bandhalterung an der ersten Schweißelektrode montiert sein. Werden die
Schweißelektroden beispielsweise durch eine Schweißzange bereitgestellt, kann die Bandhalterung beispielsweise an der Schweißzange montiert oder 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 kann ein effizientes Erwärmen des zu schweißenden Bereichs und ein schnelles Verdrängen der thermoplastischen Kunststoffschicht aus dem zu schweißenden Bereich erreicht werden.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens weist der elektrische Leiter einen ersten Bereich mit einem ersten spezifischen elektrischen Widerstand und einen zweiten Bereich mit einem zweiten spezifischen elektrischen Widerstand, welcher größer als der erste spezifische elektrische Widerstand ist, zum Erwärmen des zu schweißenden Bereich des Sandwichblechs auf. Durch eine
entsprechende Positionierung des zweiten Bereichs kann eine effiziente und angepasste Erwärmung des zu schweißenden Bereichs erzielt werden. Beispielsweise besteht der erste Bereich aus Kupfer oder einer Kupferlegierung. Beispielsweise besteht der zweite Bereich aus Wolfram oder einer Wolframlegierung. Während der Vorwärmstrom durch das Kupfer oder die Kupferlegierung im ersten Bereich unter geringer
Wärmeentwicklung geleitet wird, kann durch das Wolfram oder die Wolframlegierung im zweiten Bereich eine effiziente Wärmeentwicklung erfolgen. Beispielsweise kann der Vorwärmstrom über den ersten zum zweiten Bereich gelangen.
Als weiteres Beispiel kann der Leiter, insbesondere das Leiterband, zumindest abschnittsweise zwei- oder mehrschichtig ausgebildet sein, beispielsweise mit einer der ersten Schweißelektrode und einer dem Sandwichblech zugewandten Schicht.
Beispielsweise entspricht die dem Sandwichblech zugewandte Schicht zumindest teilweise dem ersten Bereich mit dem ersten spezifischen elektrischen Widerstand. Beispielsweise entspricht die der ersten Schweißelektrode zugewandte Schicht zumindest teilweise dem zweiten Bereich mit dem zweiten spezifischen elektrischen Widerstand.
Wird gemäß einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens der zweite Bereich im Kontaktbereich der ersten Schweißelektrode mit dem Sandwichblech angeordnet, kann durch die räumliche Nähe des zweiten Bereichs zu dem zu
schweißenden Bereich des Sandwichblechs eine effiziente Erwärmung des zu
schweißenden Bereichs erfolgen, sodass weiterhin verkürzte Zykluszeiten erzielt werden können.
Weist gemäß einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens der elektrische Leiter einen Bereich zur Isolation, insbesondere zur Isolation des ersten
Bereichs gegenüber der ersten Schweißelektrode auf, können unerwünschte
Zweigströme, insbesondere über die erste Schweißelektrode vermieden werden. Der Bereich zur Isolation kann beispielsweise aus elektrisch isolierendem Material bestehen. Alternativ oder zusätzlich kann ein Bereich zur Isolation an der ersten
Schweißelektrode oder an der Bandhalterung vorgesehen sein. Gemäß einer zweiten Lehre der vorliegenden Erfindung wird die eingangs genannte Aufgabe dadurch gelöst, dass ein zweiter Stromkreis vorgesehen ist, wobei der zweite Stromkreis einen zwischen der ersten Schweißelektrode und dem Sandwichblech anordenbaren elektrischen Leiter und eine zweite Stromquelle umfasst.
Wie bereits zuvor ausgeführt, kann durch die Kombination einer zweiten Stromquelle und einem zwischen der ersten Schweißelektrode und dem Sandwichblech
anordenbaren elektrischen Leiter in dem zweiten Stromkreis zum Erwärmen des zu schweißenden Bereichs erreicht werden, dass ein Erwärmen des zu schweißenden Bereichs besonders einfach durch Aktivieren oder Deaktivieren der zweiten
Stromquelle ermöglicht werden kann. Dabei sind weder umfangreiche Modifikationen an der Schweißelektrode noch ein Vorsehen von zusätzlichen Stromleitern an dem Sandwichblech oder der zweiten Schweißelektrode notwendig. Gleichzeitig wird durch den zwischen der ersten Schweißelektrode und dem Sandwichblech angeordneten elektrischen Leiter eine effiziente Erwärmung des zu schweißenden Bereichs erzielt. Im Ergebnis wird daher eine Vorrichtung bereitgestellt, welche einen einfachen Ablauf ermöglicht und zudem kurze Zykluszeiten erreichen kann.
Die Vorrichtung kann insbesondere zur Durchführung des Verfahrens geeignet sein.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist eine Steuerung vorgesehen, welche mit der ersten und der zweiten Stromquelle gekoppelt und derart konfiguriert ist, dass zunächst die zweite Stromquelle aktiviert wird, sodass der Stromfluss zum Vorwärmen in dem zweiten Stromkreis erfolgt, und anschließend die erste Stromquelle aktiviert wird, sodass der Stromfluss zum Schweißen in dem ersten Stromkreis erfolgt. Damit wird ein unnötig frühes Aktivieren der ersten
Stromquelle vermieden und die erste Stromquelle wird erst bei Bedarf aktiviert.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist die Steuerung eingerichtet, für eine Aktivierung der ersten Stromquelle und/oder
Deaktivierung der zweiten Stromquelle einen für die Verdrängung der
thermoplastischen Kunststoffschicht aus dem Schweißbereich repräsentativen Messwert zu berücksichtigen. Hierdurch kann eine präzise und bedarfsgerechte
Aktivierung bzw. Deaktivierung der Stromquellen erzielt werden.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist der zwischen der ersten Schweißelektrode und dem Sandwichblech angeordnete elektrische Leiter ein Leiterband. Dieses kann einfach um die erste Schweißelektrode herumgeführt sein oder diese umspannen, sodass der Kontaktbereich der Schweißelektrode durch das Leiterband zumindest teilweise bedeckt ist. Bezüglich weiterer vorteilhafter Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen 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.
Weiterhin wird ein Verfahren zum Widerstandsschweißen eines Sandwichblechs mit mindestens einem weiteren Bauteil offenbart, wobei das Sandwichblech zwei metallische Deckschichten und eine zwischen den metallischen Deckschichten angeordnete thermoplastische Kunststoffschicht aufweist, wobei 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 zum Schweißen in einem eine erste Stromquelle aufweisenden ersten Stromkreis über eine erste, auf der Seite des Sandwichblechs angeordnete Schweißelektrode und eine zweite, auf der Seite des weiteren Bauteils angeordnete Schweißelektrode miteinander verschweißt werden, wobei der zu schweißende Bereich des Sandwichblechs durch einen Stromfluss zum Vorwärmen in einem zweiten Stromkreis erwärmt wird, wobei der zweite Stromkreis einen zwischen der ersten Schweißelektrode und dem Sandwichblech angeordneten elektrischen Leiter umfasst. Zudem wird eine Vorrichtung zum Widerstandsschweißen eines Sandwichblechs, welches eine zwischen metallischen Deckschichten angeordnete thermoplastische Kunststoffschicht aufweist, mit mindestens einem weiteren Bauteil offenbart, mit einer ersten, auf der Seite des Sandwichblechs anordenbaren Schweißelektrode und mit einer zweiten, auf der Seite des weiteren Bauteils anordenbaren Schweißelektrode, mit Mitteln zur Bereitstellung eines eine erste Stromquelle aufweisenden ersten
Stromkreises, welche einen Schweißstrom zumindest über die erste und die zweite Schweißelektrode führen, mit Mitteln zur Verdrängung der thermoplastischen
Kunststoffschicht des Sandwichblechs aus dem zu schweißenden Bereich des
Sandwichblechs, ein zweiter Stromkreis vorgesehen ist, wobei der zweite Stromkreis einen zwischen der ersten Schweißelektrode und dem Sandwichblech anordenbaren elektrischen Leiter umfasst.
Der erste und der zweite Stromkreis können dabei eine gemeinsame Stromquelle aufweisen. Hierzu kann der zweite Stromkreis beispielsweise die erste Stromquelle, den elektrischen Leiter, die erste Schweißelektrode und mit dem elektrischen Leiter verbundene zweite elektrische Leitungen aufweisen.
Ausgestaltungen des Verfahrens und der Vorrichtung können dabei wie zuvor beschrieben sein. Beispielsweise kann als zwischen der ersten Schweißelektrode und dem Sandwichblech angeordneter elektrischer Leiter ein Leiterband verwendet werden.
Beispielsweise kann der elektrische Leiter einen ersten Bereich mit einem ersten spezifischen elektrischen Widerstand und einen zweiten Bereich mit einem zweiten spezifischen elektrischen Widerstand, welcher größer als der erste spezifische elektrische Widerstand ist, zum Erwärmen des zu schweißenden Bereich des
Sandwichblechs aufweisen. Im Weiteren soll die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der Zeichnung näher erläutert werden. Die Zeichnung zeigt in
Fig. la,b eine schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Durchführung eines ersten
Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Verfahrens während des Vorwärmens;
Fig. 2 eine schematische Darstellung des Ausführungsbeispiels aus Fig. 1
während des Schweißens;
Fig. 3 eine schematische Darstellung des Ausführungsbeispiels aus Fig. 1
während eines Mehrpunktwiderstandsschweißens; Fig. 4a,b eine schematische Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Durchführung eines weiteren Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Verfahrens während des Vorwärmens; Fig. 5 eine schematische Darstellung des Ausführungsbeispiels aus Fig. 4
während des Schweißens und
Fig. 6 eine schematische Darstellung einer weiteren Vorrichtung zur
Durchführung eines weiteren Verfahrens.
Fig. la zeigt eine schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 zur Durchführung eines ersten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Verfahrens während des Vorwärmens. Die Vorrichtung 1 dient zum Widerstandsschweißen eines Sandwichblechs 2 mit mindestens einem weiteren beispielsweise metallischen Bauteil 4. Das Sandwichblech 2 weist eine zwischen metallischen Deckschichten 2a, 2b angeordnete thermoplastische
Kunststoffschicht 2c auf. Die Vorrichtung weist eine erste, auf der Seite des Sandwichblechs 2 angeordnete Schweißelektrode 6 und eine zweite, auf der Seite des weiteren metallischen Bauteils 3 angeordnete Schweißelektrode 8 auf.
Weiterhin sind mit der ersten Stromquelle 10 und den ersten elektrischen Leitungen 12 Mittel zur Bereitstellung eines ersten Stromkreises vorgesehen. Dadurch kann ein Stromfluss zum Schweißen Is über die erste und die zweite Schweißelektrode 6, 8 geführt werden (dargestellt in Fig. 2).
Zudem dient die erste Schweißelektrode 6 als Mittel zur Verdrängung der
thermoplastischen Kunststoffschicht 2c des Sandwichblechs 2 aus dem zu
schweißenden Bereich des Sandwichblechs 2. Ebenfalls können Mittel zur
Kraftbeaufschlagung, wie etwa eine Schweißzange, vorgesehen sein (nicht dargestellt).
Zudem ist ein zweiter Stromkreis vorgesehen, welcher einen zwischen der ersten Schweißelektrode 6 und dem Sandwichblech 2 angeordneten elektrischen Leiter 14, eine zweite Stromquelle 16 und zweite elektrische Leitungen 18 umfasst. Der als zwischen der ersten Schweißelektrode 6 und dem Sandwichblech 2 angeordnete elektrische Leiter 14 ist dabei als Leiterband ausgebildet und mittels einer
Bandhalterung 22 zwischen der ersten Schweißelektrode 6 und dem Sandwichblech 2 angeordnet. Dabei kontaktiert das elektrische Leiterband 14 die erste Schweißelektrode 6 und das Sandwichblech 2 unmittelbar. Das elektrische Leiterband 14 weist einen ersten Bereich 14a mit einem ersten spezifischen elektrischen Widerstand und einen zweiten Bereich 14b mit einem zweiten spezifischen elektrischen Widerstand zum Erwärmen des zu schweißende Bereich des Sandwichblechs 2 auf. Der erste Bereich 14a ist beispielsweise aus Kupfer und der zweite Bereich 14b aus Wolfram. Dadurch ist der zweite spezifische elektrische Widerstand größer als der erste spezifische elektrische Widerstand. Schließlich weist das elektrische Leiterband 14 einen Bereich 14c zur Isolation des ersten Bereichs 14a gegenüber der Schweißelektrode 6 auf.
Fig. lb zeigt eine Vergrößerung des Leiterbands 14 im Bereich der Kontaktierung mit der ersten Schweißelektrode 6.
Da der zweite Bereich 14b im Kontaktbereich der ersten Schweißelektrode 6 mit dem Sandwichblech 2 angeordnet ist, kann der zu schweißende Bereich des Sandwichblechs 2 besonders effizient erwärmt werden, sodass die thermoplastische Kunststoffschicht 2c schnell aufweicht und durch Zusammendrücken der Deckschichten 2a, 2b aus dem Schweißbereich verdrängt wird. Dies erfolgt durch einen Stromfluss zum Vorwärmen Iv in dem zweiten Stromkreis, welcher in Fig. la durch die Pfeile dargestellt ist. Die elektrische Energie wird dabei durch den elektrischen Widerstand des zweiten Bereichs 14b und den Übergangswiderstand zwischen dem ersten Bereich 14a und dem zweiten Bereich 14b in Wärme umgewandelt.
Weiterhin ist eine Steuerung 20 vorgesehen, welche eine Trigger-Schaltung umfasst und an die erste und die zweite Stromquelle 10, 16 gekoppelt ist. Dabei ist die Steuerung derart eingerichtet, dass zunächst die zweite Stromquelle 16 aktiviert wird, sodass der Stromfluss zum Vorwärmen Iv in dem zweiten Stromkreis erfolgt.
Dass die thermoplastische Kunststoffschicht 2c aufgeweicht und verdrängt ist, sodass die Deckschichten 2a, 2b metallischen Kontakt haben, wird durch die Berücksichtigung eines dafür repräsentativen Messwerts festgestellt. Dies kann beispielsweise ein Abfall des elektrischen Widerstands zwischen den Schweißelektroden 6, 8 oder ein der Dicke der thermoplastischen Kunststoffschicht 2c entsprechender von der ersten
Schweißelektrode 6 zurückgelegter Weg sein.
Wird durch die Steuerung 20 festgestellt, dass die thermoplastische Kunststoffschicht 2c aus dem Schweißbereich verdrängt ist (wie in Fig. 2 dargestellt), wird die zweite Stromquelle 16 deaktiviert und die erste Stromquelle 10 aktiviert, sodass der Stromfluss zum Schweißen Is in dem ersten Stromkreis erfolgt.
Fig. 2 zeigt eine schematische Darstellung des Ausführungsbeispiels aus Fig. 1 während des Schweißens. Durch die Steuerung 20 wurde die zweite Stromquelle 16 deaktiviert und die erste Stromquelle 10 aktiviert. Der Schweißstrom Is, wie durch die Pfeile in Fig. 2 dargestellt, fließt in dem ersten Stromkreis über die elektrischen Leitungen 12, die erste und zweite Schweißelektrode 6, 8, das weiter Bauteil 4 und das Sandwichblech 2. Die Deckschichten 2a, 2b werden hierdurch mit dem weiteren Bauteil 4 durch den elektrischen Stromfluss zum Schweißen Is verschweißt. Fig. 3 zeigt eine schematische Darstellung des Ausführungsbeispiels aus Fig. 1 während eines Mehrpunktwiderstandsschweißens. Im Unterschied zu dem in den Fig. 1 und 2 dargestellten Fall, ist in Fig. 3 bereits eine Schweißverbindung 24 erfolgt. Dadurch, dass ein zweiter Stromkreis mit einer zweiten Stromquelle 16 vorgesehen ist, hat die durch die Schweißverbindung 24 entstehende elektrische Verbindung zwischen der ersten und der zweiten Schweißelektrode 6, 8 keine unerwünschten Zweigströme während des Vorwärmens zur Folge. Vielmehr erfolgt der Stromfluss zum Vorwärmen Iv wie bereits in Fig. 1 dargestellt.
Fig. 4a zeigt eine schematische Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Durchführung eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Verfahrens während des Vorwärmens. Die Vorrichtung und das damit durchgeführte Verfahren sind ähnlich zu der Vorrichtung 1 und dem damit durchgeführten Verfahren. Insofern wird zunächst auf die Beschreibung zu den Fig. 1 bis 3 verwiesen.
Die Vorrichtung 1' weist wiederum einen elektrischen Leiter 14' auf, der als Leiterband ausgebildet und mittels der Bandhalterung 22' zwischen der ersten Schweißelektrode 6 und dem Sandwichblech 2 diese unmittelbar kontaktierend angeordnet ist. Das elektrische Leiterband 14' weist wiederum einen ersten Bereich 14a', einen zweiten Bereich 14b' mit einem höheren spezifischen elektrischen Widerstand zum Erwärmen des zu schweißende Bereichs und einen Bereich 14c' zur Isolation des ersten Bereichs 14a' gegenüber der Schweißelektrode 6 auf.
Fig. 4b zeigt eine Vergrößerung des Leiterbands 14' im Bereich der Kontaktierung mit der ersten Schweißelektrode 6.
Im Unterschied zur Vorrichtung 1 sind die Bereiche des elektrischen Leiterbands 14' der Vorrichtung 1' jedoch abweichend angeordnet. Im Kontaktbereich des elektrischen
Leiters 14' mit dem Sandwichblech 2 ist ausschließlich der zweite Bereich 14b' mit dem höheren elektrischen spezifischen Widerstand angeordnet, welcher in Kontakt mit der ersten Schweißelektrode 6 und dem Sandwichblech 2 ist. Daran schließt sich auf jeder Seite der erste Bereich 14a' an. Der isolierende Bereich 14c' verhindert im Bereich der Elektrodenkappe der ersten Schweißelektrode 6 einen direkten elektrischen Kontakt zwischen dem ersten Bereich 14a' und der ersten Schweißelektrode 6. Im Unterschied zum Leiterband 14 weist das Leiterband 14' jedoch im Bereich der Bandhalterung 22' keinen isolierenden Bereich 14c' auf, da die Bandhalterung 22' bereits einen Bereich 26 zur Isolierung der Schweißelektrode 6 gegenüber dem elektrischen Leiterband 14' aufweist. Wie bereits beschrieben, kann durch die Anordnung des zweiten Bereichs 14b' im Kontaktbereich der ersten Schweißelektrode 6 mit dem Sandwichblech 2 der zu schweißende Bereich des Sandwichblechs 2 besonders effizient erwärmt werden, sodass die thermoplastische Kunststoffschicht 2c schnell aufweicht und durch
Zusammendrücken der Deckschichten 2a, 2b aus dem Schweißbereich verdrängt wird. Dies erfolgt durch einen Stromfluss zum Vorwärmen Iv in dem zweiten Stromkreis, welcher durch die Pfeile in Fig. 4a dargestellt ist.
Anschließend kann, wie in Fig. 5 mittels der Pfeile dargestellt und wie bereits in
Zusammengang mit Fig. 2 beschrieben, das Verschweißen des Sandwichblechs 2 mit dem weiteren Bauteil 4 mittels des Stroms zum Verschweißen Is erfolgen.
Fig. 6 zeigt eine schematische Darstellung einer weiteren Vorrichtung 1" zur
Durchführung eines weiteren Verfahrens. Die Vorrichtung 1" ist ähnlich zur Vorrichtung 1' aufgebaut und es wird das gleiche elektrische Leiterband 14' verwendet. Im
Unterschied zu der in Fig. 4 beschriebenen Vorrichtung 1' weist die Vorrichtung 1" jedoch keine zweite Stromquelle auf. Stattdessen wird der Vorwärmstrom Iv auch durch die erste Stromquelle 10 bereitgestellt. Dazu ist eine elektrische Brücke 28 vorgesehen, welche die erste Stromquelle 10 unter Überbrückung der zweiten Schweißelektrode 8, des weiteren Bauteils 4 und des Sandwichblechs 2 über die Bandhalterung 22" mit dem Leiterband 14' verbindet. Somit umfasst der zweite Stromkreis zum Vorwärmen die erste Stromquelle 10, einen Teil der ersten elektrischen Leitungen 12, die erste Schweißelektrode 6, das elektrische Leiterband 14' und die elektrische Brücke 28. Der Vorwärmstrom kann dann wie durch die Pfeile in Fig. 6 gezeigt fließen.

Claims

Patentansprüche
Verfahren zum Widerstandsschweißen eines Sandwichblechs mit mindestens einem weiteren Bauteil, wobei das Sandwichblech zwei metallische
Deckschichten und eine zwischen den metallischen Deckschichten angeordnete thermoplastische Kunststoffschicht aufweist, wobei 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 zum Schweißen in einem eine erste Stromquelle aufweisenden ersten Stromkreis über eine erste, auf der Seite des Sandwichblechs angeordnete Schweißelektrode und eine zweite, auf der Seite des weiteren Bauteils angeordnete Schweißelektrode miteinander verschweißt werden,
dadurch gekennzeichnet, dass
der zu schweißende Bereich des Sandwichblechs durch einen Stromfluss zum Vorwärmen in einem zweiten Stromkreis erwärmt wird, wobei der zweite Stromkreis einen zwischen der ersten Schweißelektrode und dem Sandwichblech angeordneten elektrischen Leiter und eine zweite Stromquelle umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass
zunächst die zweite Stromquelle aktiviert wird, sodass der Stromfluss zum Vorwärmen in dem zweiten Stromkreis erfolgt, und anschließend die erste Stromquelle aktiviert wird, sodass der Stromfluss zum Schweißen in dem ersten Stromkreis erfolgt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass für eine Aktivierung der ersten Stromquelle und/oder Deaktivierung der zweiten Stromquelle ein für die Verdrängung der thermoplastischen Kunststoffschicht aus dem Schweißbereich repräsentativer Messwert berücksichtigt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet, dass
der für die Verdrängung der thermoplastischen Kunststoffschicht aus dem Schweißbereich repräsentative Messwert auf einer elektrischen Eigenschaft zumindest des Sandwichblechs beruht.
5. Verfahren nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet, dass
der für die Verdrängung der thermoplastischen Kunststoffschicht aus dem Schweißbereich repräsentative Messwert auf einer Position einer
Schweißelektrode beruht.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, dass
als zwischen der ersten Schweißelektrode und dem Sandwichblech angeordneter elektrischer Leiter ein Leiterband verwendet wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Leiterband mit einer Bandhalterung zwischen der ersten Schweißelektrode und dem Sandwichblech angeordnet wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
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 8,
dadurch gekennzeichnet, dass
der elektrische Leiter einen ersten Bereich mit einem ersten spezifischen elektrischen Widerstand und einen zweiten Bereich mit einem zweiten spezifischen elektrischen Widerstand, welcher größer als der erste spezifische elektrische Widerstand ist, zum Erwärmen des zu schweißende Bereich des Sandwichblechs aufweist.
Verfahren nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet, dass
der zweite Bereich im Kontaktbereich der ersten Schweißelektrode mit dem Sandwichblech angeordnet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10,
dadurch gekennzeichnet, dass
der elektrische Leiter einen Bereich zur Isolation, insbesondere zur Isolation des ersten Bereichs gegenüber der ersten Schweißelektrode aufweist.
Vorrichtung zum Widerstandsschweißen eines Sandwichblechs (2), welches eine zwischen metallischen Deckschichten (2a, 2b) angeordnete thermoplastische Kunststoffschicht (2c) aufweist, mit mindestens einem weiteren Bauteil (4), mit einer ersten, auf der Seite des Sandwichblechs anordenbaren
Schweißelektrode (6),
mit einer zweiten, auf der Seite des weiteren Bauteils anordenbaren
Schweißelektrode (8),
mit Mitteln (10, 12) zur Bereitstellung eines eine erste Stromquelle (20) aufweisenden ersten Stromkreises, welche einen Stromfluss zum Schweißen (Is) zumindest über die erste und die zweite Schweißelektrode (6, 8) führen, und mit Mitteln (6) zur Verdrängung der thermoplastischen 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 einen zwischen der ersten Schweißelektrode (6) und dem Sandwichblech (2) anordenbaren elektrischen Leiter (14) und eine zweite Stromquelle (16) umfasst.
13. Vorrichtung nach Anspruch 12,
dadurch gekennzeichnet, dass
eine Steuerung (20) vorgesehen ist, welche mit der ersten und der zweiten Stromquelle (10, 16) gekoppelt und derart konfiguriert ist, dass zunächst die zweite Stromquelle (16) aktiviert wird, sodass der Stromfluss zum Vorwärmen (Iv) in dem zweiten Stromkreis erfolgt, und anschließend die erste Stromquelle (10) aktiviert wird, sodass der Stromfluss zum Schweißen (Is) in dem ersten Stromkreis erfolgt.
14. Vorrichtung nach Anspruch 13,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Steuerung (20) eingerichtet ist, für eine Aktivierung der ersten Stromquelle (10) und/oder Deaktivierung der zweiten Stromquelle (16) einen für die
Verdrängung der thermoplastischen Kunststoffschicht (2c) aus dem
Schweißbereich repräsentativen Messwert zu berücksichtigen.
15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 14,
dadurch gekennzeichnet, dass
der zwischen der ersten Schweißelektrode (6) und dem Sandwichblech (2) angeordnete elektrische Leiter (14) ein Leiterband ist.
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