WO2018162685A1 - KONTAKTSCHWEIßVORRICHTUNG - Google Patents

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WO2018162685A1
WO2018162685A1 PCT/EP2018/055842 EP2018055842W WO2018162685A1 WO 2018162685 A1 WO2018162685 A1 WO 2018162685A1 EP 2018055842 W EP2018055842 W EP 2018055842W WO 2018162685 A1 WO2018162685 A1 WO 2018162685A1
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WO
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electrode
short
circuit conductor
component
movement
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Application number
PCT/EP2018/055842
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English (en)
French (fr)
Inventor
Christoph Schneider
Original Assignee
Tenneco Gmbh
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Publication date
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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K11/00—Resistance welding; Severing by resistance heating
    • B23K11/08—Seam welding not restricted to one of the preceding subgroups
    • B23K11/093—Seam welding not restricted to one of the preceding subgroups for curved planar seams
    • B23K11/0935—Seam welding not restricted to one of the preceding subgroups for curved planar seams of tube sections
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K11/00—Resistance welding; Severing by resistance heating
    • B23K11/08—Seam welding not restricted to one of the preceding subgroups
    • B23K11/093—Seam welding not restricted to one of the preceding subgroups for curved planar seams

Definitions

  • the invention relates to a contact welding device for the simultaneous welding together of at least three components by means of a current pulse having a first electrode with a first contact surface for abutment for a first component and a second electrode with a second contact surface for abutment with a second component Electrode is separated from the second electrode and the first electrode to the anode or cathode can be formed and the second electrode to the anode or cathode can be formed, wherein a short-circuit conductor is provided with at least one third contact surface for abutment for at least the third component, wherein a movement direction R13 is provided, in which the first electrode is movable relative to the short-circuit conductor, and a movement direction R23 is provided, in which the second electrode is movable relative to the short-circuit conductor, wherein the movement in the direction of movement R13, a distance a1 between de The first contact surface and the third contact surface can be reduced, wherein a distance a2 between the second contact surface and the short-circuit
  • the invention relates to an exhaust device comprising a housing shell, a first housing cover and a second housing cover, wherein the housing shell is cohesively connected to the first housing cover via a first weld and the housing jacket is materially connected to the second housing cover via a second weld.
  • the invention relates to a method for welding three components to a workpiece by means of a contact welding device.
  • a contact welding device is known. This has two electrodes, between which two components are welded. The two electrodes are movable relative to each other to generate a deformation before the welding operation. Before the welding process, the Electrodes moved axially into one another and thereby radially compress the components, where they finally abut radially on the contact surface of the second electrode.
  • a contact welding device from US Pat. No. 7,476,824 B2 is already known. This consists of two electrodes, wherein one of the electrodes is movable in an axial direction relative to the second. In this case, the two electrodes on several segments or sections, between which two components are axially pressed and welded.
  • US 2004/0258583 A1 discloses a method for welding a housing cover and a housing jacket of an exhaust system by means of the resistance welding method. Between the housing cover and the housing shell is in the area where they close to each other, an angle of 10 ° to 45 °.
  • DD 234 248 A1 discloses a multiple-point welding machine for welding sheet metal constructions. During the welding process, two electrode collectives are lowered, with the circuit initially being conducted from the first electrode collective via the weldments to be processed to sub-electrodes with current bridges and further via the weld parts to the second electrode collective.
  • the object of the invention is to design and arrange a contact welding device such that an efficient welding of several components is made possible.
  • the object is achieved according to the invention in that the first electrode and the second electrode are arranged opposite to the short-circuit conductor, wherein - The direction of movement R13 is at least partially directed against the direction of movement R23 or both directions of movement are parallel and opposite to each other or
  • the direction of movement R13 is aligned at right angles to the direction of movement R23.
  • the directions of movement R13, R23 result from the geometry of the components to be connected, the geometry of the contact welding device and the desired welding kinematics.
  • At least one of the electrodes or else only one of the electrodes, for example the second electrode, is supported so that it can be moved actively, so that a contact force can be generated between the three components to be connected.
  • This investment force can be achieved by the weight of the electrode or by a separate drive.
  • the short-circuit conductor is mounted only passively movable, so that a setting movement in the welding process is possible. This ensures that three components can be welded together at the same time, while only the two electrodes are directly applied with voltage and the short-circuit conductor only indirectly.
  • the short-circuit conductor ensures an electrical coupling or connection between the electrodes with very low electrical resistance and enables an optimal current flow.
  • the middle second component is bridged, because the essential parts of the second component are protected from the high current during the contact welding. This prevents the component from being damaged. This is advantageous, especially if the component has a relatively high electrical resistance. In addition, an optimum welding process with maximum power for both welding zones or welds is ensured because the losses over the short-circuit conductor are low.
  • the individual electrodes and the short-circuit conductor are independent of each other in one or more parts.
  • the object is achieved in that the first weld and the second weld are made by means of a contact welding device and that the housing shell end in a region e1 of the first weld and in a region e2 of the second weld having a radially extending deformation V1, V2.
  • the deformation V1, V2 points radially outward or inward relative to the cylinder center axis.
  • a contact welding device as described for the production of the first and the second weld seam is used.
  • the radial deformation of the edge is based on a relative movement between the partially wedge-shaped components to be joined in the weld zone. This relative movement has both an axial and a radial component. The latter leads to the said radial deformation. Overall, this relative movement, together with the application force, leads to an optimal material connection during the welding process.
  • the object is achieved in that the method comprises the following steps: a) positioning a first component on the first electrode; b) positioning a second component on the first component; c) positioning a short-circuit conductor on the second component; d) positioning a third component on the second component; e) positioning a second electrode on the third component; f) applying a force F between the first electrode and the short-circuit conductor and a force F between the second electrode and the short-circuit conductor, wherein a movement direction R13 is provided, in which the first electrode is moved relative to the short-circuit conductor, and a direction of movement R23 is provided, in which the second electrode is moved relative to the short-circuit conductor, wherein the direction of movement R13 is at least partially directed counter to the direction of movement R23; for which purpose the first electrode and the short-circuit conductor can be actively moved relative to one another and / or the second electrode and the short-circuit conductor can be actively moved relative to each other; g) applying a voltage and
  • Another advantage of this method is the simple construction of the welding assembly together with the components to be welded, because a juxtaposition of these elements is possible borrowed.
  • the first electrode can be fixed and the first component is placed.
  • the second component is placed on top and then the short-circuit conductor is applied to the second component, whereby it only has to be secured against slipping / falling over.
  • the third component is placed on the second component and then placed the second electrode. Gravity alone ensures a stable construction.
  • An advantage here is that for the welding process an increased force F only has to be exerted on one electrode or the second electrode, wherein the short-circuit conductor only has to be guided and the other electrode thus the first electrode is fixed.
  • the top electrode is heavy enough, its weight is sufficient. Thus, only one of the electrodes must be actively moved and the short-circuit conductor must be stored only trackable.
  • the force F is aligned parallel to the directions of movement R13, R23. It may also be advantageous for this purpose if the short-circuit conductor has a free space in which the third component can be placed, wherein the third contact surface is annular, round, oval, polygonal or angular with respect to a cross section Q.
  • the third contact surface may be annular in relation to the central axis.
  • the ring shape of the third contact surface is by no means to be understood as limiting the shape of a cross section of the third contact surface.
  • the third contact surface can also be round, elliptical, polygonal, square or angular in this cross section. Decisive with respect to the shape is that the third contact surface can be applied to the component to be welded and encloses the component over the full circumference.
  • a height of the contact surface is necessary.
  • the first contact surface has at least one 1a_zone with a 1a_normal vector and if the third contact surface has a 3a_zone with a 3a_normal vector and if the second contact surface has at least one 2a_zone with a 2a_normal vector, the angle .alpha.
  • the 1a_normal vector and the 3a_Normalenvektor between 130 ° and 170 ° or is between 145 ° and 155 ° or 150 ° and / or if the angle ß between the 2a_Normalenvektor and the 3a_Normalenvektor and / or the 3b_Normalenvektor between 130 ° and 170 ° or between 145 ° and 155 ° or 150 °.
  • angle ⁇ is equal to angle ⁇ , most preferably allowing a tolerance of 5 ° with respect to the above condition.
  • both angles ⁇ , ⁇ can be formed independently of each other. If axial forces are transmitted to the components to be welded via the electrodes or the short-circuit conductor, they generate a radial component of force due to the angles ⁇ and ⁇ .
  • the radial direction refers to the central axis of the short-circuit electrode.
  • the directions of movement R13, R23 are parallel to the cylinder center axis, but this is by no means mandatory.
  • the radial component of the force deforms the component and thereby increases the contact force of the same on the corresponding contact surface of the short-circuit electrode.
  • the corresponding angle is smaller than the claimed range, the radial force becomes smaller and the welding operation is less effective.
  • the number of zones is arbitrary. If the number of zones is large, the shape will approach the circular shape.
  • the first contact surface has a second 1b_Zone with a 1b_normal vector and if the second contact surface has a second 2b_Zone with a 2b_Normalenvektor, which shows 1 b_Normalenvektor in the direction of movement R13 and / or the 2b_Normalenvektor in the direction of movement R23 shows.
  • the short-circuit conductor is formed as a cylinder with a cylinder center axis, wherein the cylinder in the circumferential direction U in a first cylinder segment and at least in a second cylinder segment is divisible, wherein the cylinder segments each have two connecting surfaces on which the cylinder segments contacted are.
  • the first contact surface is annular and / or the second contact surface is annular. It is also advantageous if the direction of movement R13 and / or the direction of movement R23 are parallel to the cylinder center axis. Since the cylinder consists of divisible cylinder segments, it is possible to insert a component into the free space and thus to receive or clamp the component when closing or in the closed cylinder.
  • the short-circuit conductor has a 3a_Zone and at least one 3b_Zone, wherein the 3a_Zone and 3b_Zone are simultaneously applied to a single component.
  • the 3a_Zone is parallel or even coaxial with the 3b_Zone.
  • 3b_Zone On the 3b_Zone is a 3b_Normalenvektor, which is in this case parallel to the 3a_Normalenvektor. However, it can also be provided that the 3b_normal vector is independent of the 3a_normal vector and then show both vectors in different directions. The ratio of both vectors may also vary over the circumference.
  • the third contact surface or the 3a_Zone and the 3b_Zone have a reduced inner diameter Di in relation to the remaining inner surface Ai of the short-circuit conductor.
  • the 3a_Zone and 3b_Zone are provided with respect to the cylinder center axis at a distance a3 to each other at different ends of the short-circuit conductor. This ensures that the short-circuit conductor contributes to the short circuit over its entire length. This is accompanied by a far-reaching protection of the component and a space-saving design of the contact welding device.
  • the electrical resistance of the individual electrodes and of the short-circuit conductor differs by a maximum of a factor of 1, 3 to 2.
  • the factor may also be 1 to 10 or about 2 to 8, but also 3 to 5.
  • the first electrode is identical in construction to the second electrode or if at least one of the electrodes and the short-circuit conductor are made of the same material. Preferably, both electrodes are of the same material. This is crucial because the material determines the size of the electrical resistance.
  • the first housing cover has a first passage and / or the second housing cover has a second passage. The passage allows in particular the guidance of an exhaust pipe through the exhaust device. This is accompanied by an annular configuration of the respective electrodes.
  • step c) at least two cylinder segments of the short-circuit conductor are positioned on the second component, wherein the cylinder segments and the second component are contacted with one another.
  • the second component stands on the first component, a simple, sequential construction of the individual segments around the component is possible.
  • the contact between the short-circuit conductor and the second component is optimized by applying a normal force FN with a radial component RF between the first electrode and the short-circuit conductor and between the second electrode and the short-circuit conductor.
  • the normal force FN runs parallel to a 1a_normal vector or a 2a_normal vector and results from the force F.
  • the force F is optimized by a radial component RF of a force FN parallel to the respective normal vectors 1a, 2a of the respective zone 1a, 2a.
  • Figure 1 shows a cross section of the contact welding device
  • Figure 2a is a detail of Figure 1;
  • FIG. 2b shows a further detail detail from FIG. 1;
  • Figure 3 is a schematic diagram of a cylindrical short-circuit conductor;
  • FIG. 4 a shows an exhaust device before the contact welding process
  • FIG. 4b shows an exhaust device after the contact welding process
  • FIG. 5a shows cross sections of an embodiment of the short-circuiting electrode
  • FIG. 5b cross sections of a further embodiment of the short-circuiting electrode
  • FIG. 5c cross sections of another embodiment of the short-circuiting electrode
  • FIG. 6 is a schematic representation of an alternative embodiment.
  • a contact welding device 10 according to FIG. 1 comprises a first electrode 1, a second electrode 2 and a short-circuit conductor 3.
  • the contact welding device 1 is used to weld an exhaust device 5 comprising a first housing cover 5.1, a housing shell 5.2 and a second housing cover 5.3.
  • the first housing cover 5.1 has a passage 5.6 and an annular fold 5.1a.
  • the fold 5.1a divides the first housing cover 5.1 in two areas.
  • the inner area lies between the draft 5.6 and the fold 5.1a.
  • the inner area is flat and ring-shaped.
  • the fold 5.1a is cone-shaped.
  • the housing shell 5.2 is cylindrical in shape.
  • the second housing cover 5.3 also has a passage 5.7 and an annular fold 5.3a.
  • the housing shell 5.2 is on the fold 5.1a of the housing cover 5.1.
  • the inner diameter of the fold 5.1a is smaller than the inner diameter of the housing shell 5.2.
  • the second housing cover 5.3 is in a similar manner with the fold 5.3a on the housing shell 5.2.
  • the diameter of the bevel 5.3a is also smaller than the inner diameter of the housing shell 5.2.
  • the first housing cover 5.1 is of the same shape as the second housing cover 5.3.
  • the sheet thickness of the first housing cover 5.1, the second housing cover 5.3 and the housing shell 5.2 is the same.
  • the first electrode 1 is annular and has a central passage 1.6 which is coaxial with the passage 5.6.
  • the first electrode 1 further has a first contact surface 1.1, which is formed according to the housing cover 5.1.
  • the first contact surface 1.1 has a 1a_Zone 1.2 and 1b_Zone 1.4. Both zones 1.2, 1.4 are angled against each other. The bend corresponds to the fold 5.1a.
  • the first contact surface 1.1 is thus congruent with a surface of the first housing cover 5.1. About the first contact surface 1.1, the first electrode 1 and the housing cover 5.1 are brought to bear.
  • the second electrode 2 is annular and has a central passage 2.6, which is arranged coaxially to a passage 5.7. Furthermore, the second electrode 2 has a second contact surface 2.1.
  • the second contact surface 2.1 has a 2a_Zone 2.2 and a 2b_Zone 2.4. Both zones 2.2, 2.4 are angled against each other. The bend corresponds to the fold 5.3a.
  • the second contact surface 2.1 is congruent to a surface of the second housing cover 5.3. At the second contact surface 2.1, the second electrode 2 and the second component 5.3 are brought to bear.
  • the short-circuit conductor 3 receives the housing shell 5.2 in a free space 3.10.
  • the short-circuit conductor 3 has a third contact surface 3.1, which in turn is divided into an annular 3a_Zone 3.2 and an annular 3b_Zone 3.4. Both zones 3.2, 3.4 have a distance a3 to each other.
  • the third contact surface 3.1 and thus the 3a_Zone 3.2 and 3b_Zone 3.4 are brought to the housing shell 5.2 to the plant.
  • the third contact surface 3.1 or the 3a_Zone and the 3b_Zone, which bear against the housing shell 5.2 have a reduced inner diameter Di in relation to the diameter of the remaining inner surface Ai of the short-circuit conductor 3.
  • the short-circuit conductor 3 has a cylinder center axis 3.5. Coaxially to this cylinder centerline 3.5 are the passage 1.6 and the draft 2.6.
  • the zones 3.4, 3.2 are each provided at the end of the short-circuit conductor 3. The zones 3.2, 3.4 project radially inwards towards the housing jacket 5.2 and extend coaxially to the cylinder center axis 3.5.
  • the 3a_Zone 3.2 is perpendicular to the 1b_Zone 1.4.
  • the 3b_Zone 3.4 is perpendicular to the 2b_Zone 2.4.
  • the first electrode 1 and the short-circuit conductor 3 are movable relative to each other in a direction of movement R13.
  • the second electrode 2 and the short-circuit conductor 3 are movable relative to each other in a direction of movement R23. To generate the movements, it is sufficient if, for example, the second electrode 2 is actively moved and moves the short-circuit conductor 3 as long as the first electrode 1 is fixed.
  • the directions of movement R13 and R23 are parallel to the cylinder center axis 3.5, being aligned in opposite directions.
  • the third contact surface 3.1 of the short-circuit conductor 3 has a 3a_normal vector 3.3 or a 3b_normal vector 3.9, which in each case runs at right angles to the directions of movement R13, R23.
  • the 2a_Zone 2.2 has a 2a_Normalenvektor 2.3.
  • the third contact surface 3.1 has a 3a_zone 3.2 and a 3b_zone 3.4, the respective zone 3.2, 3.4 being assigned a 3a_normal vector 3.3 or a 3b_normal vector 3.9.
  • On the 2b_Zone 2.4 is a 2b_Normalenvektor 2.5, which runs parallel and in the direction of movement R23.
  • the 2a_Zone 2.2 or the second electrode 2 and the third contact surface 3.1 or the short-circuit conductor 3 have a distance a2, which is reduced during the welding process.
  • the 3b_normal vector 3.9 and the 2a_normal vector 2.3 include an angle ⁇ .
  • the angle ß is 135 °.
  • the 2a_Zone 2.2 and the 2b_Zone 2.4 are angled against each other at an angle (270 ° - ß).
  • a force F runs in the direction and parallel to the direction of movement R23.
  • the force F is the cause of normal forces FN, which run parallel to the 2a normal vector 2.3.
  • This normal force FN has a radial grain component RF whose amount depends on the angle ⁇ . The larger the angle ⁇ , the larger the radial component RF.
  • the 1a_zone 1.2 of the first contact surface 1.1 has a 1a_normal vector 1.3.
  • the third contact surface 3.1 in particular the 3a_Zone 3.2, has a 3a_normal vector 3.3.
  • the first electrode 1 further has the 1b_Zone 1.4, on which a 1 b_Normalenvektor 1.5 stands, which runs parallel and rectified to the direction of movement R13.
  • a1 Between the 1a_Zone 1.2 or the first electrode 1 and the third contact surface 3.1 or the short-circuit conductor 3 there is a distance a1, which is also reduced during the welding process.
  • the 1a_normal vector 1.3 and the 3a_normal vector 3.3 include an angle.
  • the angle ⁇ has 135 °.
  • the angle ⁇ corresponds to the angle ß.
  • the 1a_Zone 1.2 and 1b_Zone 1.4 are angled against each other at an angle (270 ° -).
  • the force F is parallel and in the direction of the direction of movement R23. It results in the normal forces FN, which run parallel to the 1 a_normal vector 1.3.
  • This normal force FN has a radial component RF whose magnitude depends on the angle.
  • the larger the angle ⁇ the larger the radial component RF.
  • the short-circuit conductor 3 is according to Figure 3, a ring cylinder.
  • the short-circuit conductor 3 has a first cylinder segment 3.6 and a second cylinder segment 3.7, which are contacted in the circumferential direction U against each other at connecting surfaces 3.8.
  • the short-circuit conductor 3 has a cylinder center axis 3.5.
  • the connecting surfaces 3.8 extend in the axial direction to the cylinder center axis 3.5.
  • the exhaust device 5 is not yet welded.
  • the relative position between the two housing covers 5.1, 5.3 and the housing shell 5.2 is similar to that shown in FIG. In FIG. 4b, the exhaust gas device 5 after the welding process illustrated.
  • a weld seam 5.5 between the second housing cover 5.3 and the housing shell 5.2 and a weld seam 5.4 between the first housing cover 5.1 and the housing shell 5.2 is provided.
  • the housing shell 5.2 shows a deformation V1 in a region e1 of the weld seam 5.4 and a deformation V2 in a region e2 of the weld seam 5.5.
  • the deformations V1, V2 are due to the radial force RF and point in the radial direction to the outside.
  • the deformations V1, V2 occur during the welding process, when the housing cover 5.1, 5.3 are pressed by the electrodes 1, 2 against the edge of the housing shell 5.2.
  • the reason for this is in addition to the contact force, the wedge effect of the conical edge fold 5.1a, 5.3a of the lid edge.
  • FIG. 5 a a cross section Q of the cylindrical short conductor 3 at the level of the third contact surface 3. 1 or through the third contact surface 3. 1 is shown.
  • the third contact surface 3.1 is in accordance with the component to be inserted in the cross section round and the outer wall 3.11 as well.
  • the third contact surface 3.1 is elliptical in cross-section and the outer wall 3.11 is square in contrast thereto.
  • the shape of the outer wall 3.11 is basically independent of the shape of the contact surface 3.1.
  • both the third contact surface 3.1 and the outer wall 3.11 are square in cross-section. Other combinations of contact surface shape and outer wall shape are also possible.
  • a corresponding surface shape results for the contact surface 3.1 and the outer wall 3.11, such as annular or cylindrical for a circular cross-section Q.
  • a contact welding device 10 is described with an architecture of the electrodes 1, 2 and the short-circuit conductor 3 such that the directions of movement R13, R23 run at a right angle to one another.
  • the short-circuit conductor 3 has a 3a_zone 3.2 and also a 3b_zone 3.4.
  • the components 3.1, 3.2, 3.3 are welded together at weld points S. LIST OF REFERENCE NUMBERS

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Resistance Welding (AREA)

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Kontaktschweißvorrichtung 10 zum gleichzeitigen Verschweißen von zumindest drei Bauteilen 5.1, 5.2, 5.3 miteinander mittels eines Stromimpulses aufweisend eine erste Elektrode 1 mit einer ersten Kontaktfläche 1.1 zur Anlage für ein erstes Bauteil 5.1 und eine zweite Elektrode 2 mit einer zweiten Kontaktfläche 2.1 zur Anlage für ein zweites Bauteil 5.2, wobei die erste Elektrode 1 von der zweiten Elektrode 2 separiert ist und die erste Elektrode 1 zur Anode oder Kathode ausbildbar ist und die zweite Elektrode 2 zur Anode oder Kathode ausbildbar ist. Dabei ist ein Kurzschlussleiter 3 mit mindestens einer dritten Kontaktfläche 3.1 zur Anlage für zumindest ein drittes Bauteil 5.3 vorgesehen, wobei eine Bewegungsrichtung R13 vorgesehen ist, in die die erste Elektrode 1 relativ zum Kurzschlussleiter 3 bewegbar ist und eine Bewegungsrichtung R23, in die die zweite Elektrode 2 relativ zum Kurzschlussleiter 3 bewegbar ist, wobei über die Bewegung in Bewegungsrichtung R13 ein Abstand a1 zwischen der ersten Kontaktfläche 1.1 und der dritten Kontaktfläche 3.1 verringerbar ist, wobei über die Bewegung in Bewegungsrichtung R23 ein Abstand a2 zwischen der zweiten Kontaktfläche 2.1 und dem Kurzschlussleiter 3 verringerbar ist. Dabei sind die erste Elektrode 1 und die zweite Elektrode 2 gegenüberliegend zum Kurzschlussleiter 3 angeordnet sind, wobei - die Bewegungsrichtung R13 zumindest teilweise entgegen der Bewegungsrichtung R23 gerichtet ist oder - die Bewegungsrichtung R13 rechtwinklig zu der Bewegungsrichtung R23 ausgerichtet ist.

Description

Kontaktschweißvorrichtung
Die Erfindung bezieht sich auf eine Kontaktschweißvorrichtung zum gleichzeitigen Verschweißen von zumindest drei Bauteilen miteinander mittels eines Stromimpulses aufweisend eine erste Elektrode mit einer ersten Kontaktfläche zur Anlage für ein erstes Bauteil und eine zweite Elektrode mit einer zweiten Kontaktfläche zur Anlage für ein zweites Bauteil, wobei die erste Elektrode von der zweiten Elektrode separiert ist und die erste Elektrode zur Anode oder Kathode ausbildbar ist und die zweite Elektrode zur Anode oder Kathode ausbildbar ist, wobei ein Kurzschlussleiter mit mindestens einer dritten Kontaktfläche zur Anlage für zumindest das dritte Bauteil vorgesehen ist, wobei eine Bewegungsrichtung R13 vorgesehen ist, in die die erste Elektrode relativ zum Kurzschlussleiter bewegbar ist, und eine Bewegungsrichtung R23 vorgesehen ist, in die die zweite Elektrode relativ zum Kurzschlussleiter bewegbar ist, wobei über die Bewegung in Bewegungsrichtung R13 ein Abstand a1 zwischen der ersten Kontaktfläche und der dritten Kontaktfläche verringerbar ist, wobei über die Bewegung in Bewegungsrichtung R23 ein Abstand a2 zwischen der zweiten Kontaktfläche und dem Kurzschlussleiter verringerbar ist.
Weiterhin bezieht sich die Erfindung auf eine Abgasvorrichtung aufweisend einen Gehäusemantel, einen ersten Gehäusedeckel und einen zweiten Gehäusedeckel, wobei der Gehäusemantel stoffschlüssig mit dem ersten Gehäusedeckel über eine erste Schweißnaht verbunden ist und der Gehäusemantel stoffschlüssig mit dem zweiten Gehäusedeckel über eine zweite Schweißnaht verbunden ist.
Ferner bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zum Verschweißen von drei Bauteilen zu einem Werkstück mittels einer Kontaktschweißvorrichtung.
Aus der US 6,791 ,051 B2 ist eine Kontaktschweißvorrichtung bekannt. Diese weist zwei Elektroden auf, zwischen denen zwei Bauteile verschweißt werden. Die zwei Elektroden sind relativ zueinander bewegbar, um vor dem Schweißvorgang eine Umformung zu generieren. Vor dem Schweißvorgang werden die Elektroden axial ineinander gefahren und dadurch die Bauteile radial verpresst, wobei sie schließlich an der Kontaktfläche der zweiten Elektrode radial anliegen.
Ferner ist bereits eine Kontaktschweißvorrichtung aus der US 7,476,824 B2 be- kannt. Diese besteht aus zwei Elektroden, wobei eine der Elektroden in eine axiale Richtung relativ zu der zweiten bewegbar ist. Dabei weisen die beiden Elektroden mehrere Segmente bzw. Abschnitte auf, zwischen denen jeweils zwei Bauteile axial verpresst und verschweißt werden.
Die DE 10 2006 005 920 A1 zeigt Widerstandsschweißvorrichtungen mit zwei Elektroden, die relativ zueinander bewegbar sind. Die relativen Begegungsrichtungen sind dabei parallel entgegengesetzt oder in einem Winkel von 90° zueinander.
In der US 2004/0258583 A1 ist ein Verfahren zum Verschweißen eines Gehäusedeckels und eines Gehäusemantels einer Abgasanlage mittels des Widerstandsschweißverfahrens offenbart. Zwischen dem Gehäusedeckel und dem Gehäusemantel liegt in dem Bereich, in dem beide aneinander schließen, ein Winkel von 10° bis 45°.
Die DD 234 248 A1 offenbart eine Mehrfach-Doppelpunktschweißmaschine zum Verschweißen von Blechkonstruktionen. Während des Schweißvorgangs werden zwei Elektrodenkollektive abgesenkt, wobei der Stromkreis zunächst vom ersten Elektrodenkollektiv über die zu bearbeitenden Schweißteile hin zu Unterelektroden mit Strombrücken und weiter über die Schweißteile zum zweiten Elektrodenkollektiv geleitet wird.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kontaktschweißvorrichtung der- art auszubilden und anzuordnen, dass ein effizientes Verschweißen mehrerer Bauteile ermöglicht wird.
Gelöst wird die Aufgabe erfindungsgemäß dadurch, dass die erste Elektrode und die zweite Elektrode gegenüberliegend zum Kurzschlussleiter angeordnet sind, wobei - die Bewegungsrichtung R13 zumindest teilweise entgegen der Bewegungsrichtung R23 gerichtet ist bzw. beide Bewegungsrichtungen parallel und zueinander entgegengerichtet sind oder
- die Bewegungsrichtung R13 rechtwinklig zu der Bewegungsrichtung R23 aus- gerichtet ist. Die Bewegungsrichtungen R13, R23 ergeben sich aus der Geometrie der zu verbindenden Bauteile, der Geometrie der Kontaktschwei ßvorrich- tung und der gewünschten Schweißkinematik.
Vorteilhafterweise ist mindestens eine der Elektroden oder auch nur eine der Elektroden wie beispielsweise die zweite Elektrode aktiv bewegbar gelagert, sodass eine Anlagekraft zwischen den drei zu verbindenden Bauteilen generierbar ist. Diese Anlagekraft kann durch das Gewicht der Elektrode oder durch einen separaten Antrieb erreicht werden. Diesbezüglich ist es auch von großem Vorteil, wenn der Kurzschlussleiter nur passiv bewegbar gelagert ist, sodass eine Setzbewegung beim Schweißvorgang möglich ist. Hierdurch wird erreicht, dass drei Bauteile gleichzeitig miteinander verschweißt werden können, während nur die beiden Elektroden unmittelbar mit Spannung beaufschlagt werden und der Kurzschlussleiter nur mittelbar. Der Kurzschlussleiter sorgt für eine elektrische Kopplung bzw. Verbindung zwischen den Elektroden mit sehr geringem elektrischen Widerstand und ermöglicht einen optimalen Stromfluss. Durch den Kurzschlussleiter wird das mittlere zweite Bauteil überbrückt, denn die wesentlichen Teile des zweiten Bauteils werden vor dem hohen Strom während des Kontaktschweißens geschützt. Auf diese Weise wird verhindert, dass das Bauteil Schaden nimmt. Dies ist von Vorteil, gerade wenn das Bauteil einen relativ hohen elektrischen Widerstand aufweist. Zudem wird ein optimaler Schweißvorgang mit maximaler Leistung für beide Schweißzonen bzw. Schweißnähte gewährleistet, weil die Verluste über den Kurzschlussleiter gering sind. Dabei sind die einzelnen Elektroden und der Kurzschlussleiter unabhängig voneinander einteilig oder mehrteilig.
Ferner wird die Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die erste Schweißnaht und die zweite Schweißnaht mittels einer Kontaktschweißvorrichtung hergestellt sind und dass der Gehäusemantel endseitig in einem Bereich e1 der ersten Schweißnaht und in einem Bereich e2 der zweiten Schweißnaht eine in radialer Richtung verlaufende Verformung V1 , V2 aufweist. Die Verformung V1 , V2 weist dabei radial in Bezug auf die Zylindermittelachse nach außen oder nach innen. Von Vorteil ist es auch, wenn eine Kontaktschweißvorrichtung wie beschrieben zur Herstellung der ersten und der zweiten Schweiß- naht zur Anwendung kommt. Der radialen Verformung des Randes liegt eine Relativbewegung zwischen den zu verbindenden, teilweise keilförmigen Bauteilen in der Schweißzone zugrunde. Diese Relativbewegung hat sowohl eine axiale als auch eine radiale Komponente. Letztere führt zu der genannten radialen Verformung. Insgesamt führt diese Relativbewegung zusammen mit der Anla- gekraft zu einer optimalen Materialverbindung während des Schweißprozesses.
Sonstige Vorteile des Kontaktschweißens einer Abgasvorrichtung wie beschrieben, insbesondere gegenüber anderen Schweißverfahren, sind die sehr kurzen Taktzeiten von 2 bis 3 Sekunden bei einer Schweißzeit von unter 30 Millisekunden. Weiterhin werden nur kleine Kontaktflächen benötigt, wodurch Material eingespart werden kann. Für das Schweißen wird kein zusätzliches Material, insbesondere kein zusätzliches Füllmaterial bzw. Gas benötigt. Weiterhin können durch das Kontaktschweißen relativ dünne Materialien miteinander verschweißt werden, wodurch insbesondere in Bezug auf die Abgasvorrichtung Material und Gewicht eingespart werden kann. Weiterhin ist höchste Bauteil- Sauberkeit gewährleistet, was vorteilhaft auch gerade in Bezug auf Wartungsintervalle ist. Außerdem ist der Wärmeeintrag während des Schweißvorgangs in den Bauteilen relativ gering und somit ist die thermische Verformung der Bauteile minimiert. Das Kontaktschweißverfahren benötigt einen relativ geringen Gesamtenergiebedarf. Beim Kontaktschweißen wird im Materialgefüge eine Grobkornbildung weitestgehend vermieden, was gerade beim Verschweißen von ferritischen Materialien vorteilhaft für die Haltbarkeit ist.
Außerdem wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass das Verfahren folgende Schritte aufweist: a) Positionieren eines ersten Bauteils an der ersten Elektrode; b) Positionieren eines zweiten Bauteils an dem ersten Bauteil; c) Positionieren eines Kurzschlussleiters an dem zweiten Bauteil; d) Positionieren eines dritten Bauteils an dem zweiten Bauteil; e) Positionieren einer zweiten Elektrode an dem dritten Bauteil; f) Anlegen einer Kraft F zwischen der ersten Elektrode und dem Kurzschlussleiter und einer Kraft F zwischen der zweiten Elektrode und dem Kurzschlussleiter, wobei eine Bewegungsrichtung R13 vorgesehen ist, in die die erste Elektrode relativ zum Kurzschlussleiter bewegt wird, und eine Bewegungsrichtung R23 vorgesehen ist, in die die zweite Elektrode relativ zum Kurzschlussleiter bewegt wird, wobei die Bewegungsrichtung R13 zumindest teilweise entgegen der Bewegungsrichtung R23 gerichtet ist; wobei zu diesem Zweck die erste Elektrode und der Kurzschlussleiter relativ zueinander aktiv bewegt werden können und/oder die zweite Elektrode und der Kurzschlussleiter relativ zueinander aktiv bewegt werden können; g) Anlegen einer Spannung und Erzeugung eines Stromimpulses zwischen der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode, wobei die erste Elektrode und der Kurzschlussleiter relativ zueinander nachgeführt werden und die zweite Elektrode und der Kurzschlussleiter relativ zueinander nachgeführt werden, um die mit dem Stromimpuls und der Kraft einhergehende Verformung der Bauteile zu kompensieren bzw. die Setzbewegung zu gewährleisten; h) Entnahme des Werkstücks; wobei die Schritte a) bis e) alternativ in einer anderen Reihenfolge durchgeführt werden.
Das Verfahren besitzt die bereits diskutierten Vorteile. Ein weiterer Vorteil dieses Verfahrens ist der einfache Aufbau der Schweißanordnung mitsamt den zu verschweißenden Bauteilen, weil ein Aufeinanderstellen dieser Elemente mög- lieh ist. Dazu kann die erste Elektrode fixiert sein und das erste Bauteil wird aufgelegt. Anschließend wird das zweite Bauteil aufgelegt und dann der Kurzschlussleiter an das zweite Bauteil angelegt, wobei er nur gegen Verrutschen/Umfallen gesichert sein muss. Dann wird das dritte Bauteil auf das zweite Bauteil aufgelegt und anschließend die zweite Elektrode aufgesetzt. Allein durch die Schwerkraft wird somit ein stabiler Aufbau gewährleistet. Ein Vorteil ist dabei, dass für den Schweißprozess eine erhöhte Kraft F nur auf eine Elektrode bzw. die zweite Elektrode ausgeübt werden muss, wobei der Kurzschlussleiter nur geführt werden muss und die andere Elektrode also die erste Elektrode fixiert ist. Wenn die oberste Elektrode schwer genug ist, ist die Gewichtskraft derselben ausreichend. Somit muss nur eine der Elektroden aktiv bewegt werden und der Kurzschlussleiter muss nur nachführbar gelagert sein. Die Kraft F ist parallel zu den Bewegungsrichtungen R13, R23 ausgerichtet. Vorteilhaft kann es hierzu auch sein, wenn der Kurzschlussleiter einen Freiraum aufweist, in dem das dritte Bauteil platzierbar ist, wobei die dritte Kontaktfläche mit Bezug auf einen Querschnitt Q ringförmig, rund, oval, polygonal oder eckig ausgebildet ist. Die dritte Kontaktfläche kann in Bezug auf die Mittelachse ring- förmig ausgebildet sein. Die Ringform der dritten Kontaktfläche ist keinesfalls beschränkend auf die Form eines Querschnitts der dritten Kontaktfläche zu verstehen. Die dritte Kontaktfläche kann in diesem Querschnitt auch rund, elliptisch, polygonal, quadratisch oder eckig ausgebildet sein. Entscheidend in Bezug auf die Form ist, dass die dritte Kontaktfläche an das zu verschweißende Bauteil anlegbar ist und das Bauteil über den vollen Umfang umschließt. Hierbei ist vor dem Hintergrund des Erfordernisses einer "Fläche" zusätzlich zur Querschnittsform über den Umfang eine Höhe der Kontaktfläche notwendig.
Ferner kann es vorteilhaft sein, wenn die erste Kontaktfläche zumindest eine 1a_Zone mit einem 1a_Normalenvektor und wenn die dritte Kontaktfläche eine 3a_Zone mit einem 3a_Normalenvektor aufweist und wenn die zweite Kontaktfläche zumindest eine 2a_Zone mit einem 2a_Normalenvektor aufweist, wobei der Winkel α zwischen dem 1 a_Normalenvektor und dem 3a_Normalenvektor zwischen 130° und 170° beträgt oder zwischen 145° und 155° beträgt oder 150° beträgt und/oder wenn der Winkel ß zwischen dem 2a_Normalenvektor und dem 3a_Normalenvektor und/oder dem 3b_Normalenvektor zwischen 130° und 170° beträgt oder zwischen 145° und 155° beträgt oder 150° beträgt. Vorteilhafterweise ist Winkel α gleich Winkel ß, wobei am vorteilhaftesten in Bezug auf die voranstehende Bedingung eine Toleranz von 5° zugelassen wird. Es können aber auch beide Winkel α, ß unabhängig voneinander ausgebildet sein. Werden über die Elektroden oder den Kurzschlussleiter axiale Kräfte auf die zu verschweißenden Bauteile übertragen, so generieren diese aufgrund der Winkel α und ß jeweils eine radiale Kraftkomponente. Die radiale Richtung bezieht sich dabei auf die Mittelachse der Kurzschlusselektrode. Für die folgende Diskussion wird angenommen, dass die Bewegungsrichtungen R13, R23 parallel zu der Zylindermittelachse verlaufen, dies ist aber keinesfalls zwingend. Mittels der Winkel α bzw. ß lässt sich die radiale Kraftkomponente steuern, wodurch ein optimaler Kontakt zwischen beiden Bauteilen erzielt werden kann. Zudem wird eine Optimierung des Kontaktes erreicht, da die radiale Komponente der Kraft das Bauteil verformt und dabei die Auflagekraft desselben auf der entsprechenden Kontaktfläche der Kurzschlusselektrode vergrößert. Ist der ent- sprechende Winkel dagegen kleiner als der beanspruchte Bereich, dann wird die radiale Kraft kleiner und der Schweißvorgang ist weniger effektiv. Die Anzahl der Zonen ist beliebig. Bei großer Anzahl von Zonen nähert sich die Form der Kreisform.
Vorteilhaft kann es auch sein, wenn die erste Kontaktfläche eine zweite 1b_Zone mit einem 1b_Normalenvektor aufweist und wenn die zweite Kontaktfläche eine zweite 2b_Zone mit einem 2b_Normalenvektor aufweist, wobei der 1 b_Normalenvektor in Richtung der Bewegungsrichtung R13 zeigt und/oder der 2b_Normalenvektor in Richtung der Bewegungsrichtung R23 zeigt. Durch das Ausbilden verschiedenster Zonen ist es möglich, den Kontakt zwischen den entsprechenden Bauteilen und der Kontaktfläche weiter zu optimieren, insbesondere dann, wenn die Geometrie der einzelnen Elektroden und/oder des Kurzschlussleiters den Bauteilen angepasst ist. Die hier beschriebene Zonenvariante eignet sich in besonderem Maße für das Verschweißen der erfindungsgemäßen Abgasvorrichtung.
Dabei kann es vorteilhafterweise vorgesehen sein, dass der Kurzschlussleiter als Zylinder mit einer Zylindermittelachse ausgebildet ist, wobei der Zylinder in Umfangsrichtung U in ein erstes Zylindersegment und zumindest in ein zweites Zylindersegment teilbar ist, wobei die Zylindersegmente jeweils zwei Verbindungsflächen aufweisen, an denen die Zylindersegmente kontaktierbar sind. Vorteilhafterweise ist die erste Kontaktfläche ringförmig ausgebildet und/oder die zweite Kontaktfläche ist ringförmig ausgebildet. Ferner ist vorteilhaft, wenn die Bewegungsrichtung R13 und/oder die Bewegungsrichtung R23 parallel zur Zylindermittelachse sind. Da der Zylinder aus teilbaren Zylindersegmenten besteht, ist es möglich, ein Bauteil in den Freiraum einzulegen und somit beim Verschließen bzw. in dem geschlossenen Zylinder das Bauteil aufzunehmen bzw. einzuspannen. Durch das Vorspannen der Zylindersegmente, mithin das Vorspannen der dritten Kontaktfläche wird der elektrische Kontakt zwischen dem Kurzschlussleiter und dem Bauteil verbessert. Da die Zylindersegmente miteinander kontaktierbar sind, kann der gesamte Zylinder von Strom durchflössen werden, damit ist der Widerstand der Kurzschlusselektrode minimiert, auch im Übergang zwischen beiden Segmenten. Von besonderer Bedeutung kann für die vorliegende Erfindung sein, wenn der Kurzschlussleiter eine 3a_Zone und mindestens eine 3b_Zone aufweist, wobei die 3a_Zone und die 3b_Zone gleichzeitig an ein einzelnes Bauteil anlegbar sind. Die 3a_Zone ist parallel oder auch nur koaxial zur 3b_Zone. Auf der 3b_Zone steht ein 3b_Normalenvektor, welcher in diesem Fall parallel zum 3a_Normalenvektor ist. Es kann aber auch vorgesehen sein, dass der 3b_Normalenvektor unabhängig vom 3a_Normalenvektor ist und beide Vektoren dann in unterschiedliche Richtungen zeigen. Das Verhältnis beider Vektoren kann über den Umfang auch variieren. Die dritte Kontaktfläche bzw. die 3a_Zone und die 3b_Zone weisen einen verminderten Innendurchmesser Di auf im Verhältnis zur übrigen Innenfläche Ai des Kurzschlussleiters.
Im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Ausbildung und Anordnung kann es von Vorteil sein, wenn die 3a_Zone und die 3b_Zone mit Bezug zur Zylindermittelachse mit einem Abstand a3 zueinander an unterschiedlichen Enden des Kurzschlussleiters vorgesehen sind. Dadurch ist gewährleistet, dass der Kurzschlussleiter über seine gesamte Länge zum Kurzschluss beiträgt. Damit einher gehen ein weitreichender Schutz des Bauteils und ein platzsparender Aufbau der Kontaktschweißvorrichtung.
Vorteilhaft kann es ferner sein, wenn sich der elektrische Widerstand der einzelnen Elektroden und des Kurzschlussleiters maximal um Faktor 1 ,3 bis 2 un- terscheidet. Dabei kann der Faktor aber auch 1 bis 10 oder etwa 2 bis 8, aber auch 3 bis 5 betragen. Vorteilhaft kann auch sein, wenn die erste Elektrode baugleich mit der zweiten Elektrode ist oder wenn zumindest eine der Elektroden und der Kurzschlussleiter aus dem gleichen Material sind. Vorzugsweise sind beide Elektroden aus dem gleichen Material. Dies ist entscheidend, da das Material die Größe des elektrischen Widerstands bestimmt. Außerdem kann es vorteilhaft sein, wenn der erste Gehäusedeckel einen ersten Durchzug und/oder der zweite Gehäusedeckel einen zweiten Durchzug aufweist. Der Durchzug erlaubt insbesondere das Führen eines Abgasrohrs durch die Abgasvorrichtung. Damit einher geht eine ringförmige Ausgestaltung der je- weiligen Elektroden.
Schließlich kann es von Vorteil sein, wenn im Verfahrensschritt c) zumindest zwei Zylindersegmente des Kurzschlussleiters an dem zweiten Bauteil positioniert werden, wobei die Zylindersegmente und das zweite Bauteil miteinander kontaktiert werden. Wenn das zweite Bauteil dabei auf dem ersten Bauteil auf- steht, ist ein einfacher, sequentieller Aufbau der einzelnen Segmente um das Bauteil herum möglich.
Vorteilhaft kann es hierzu auch sein, wenn im Verfahrensschritt f) ein Optimieren des Kontakts zwischen dem Kurzschlussleiter und dem zweiten Bauteil erfolgt durch Anwenden einer Normalkraft FN mit einer radialen Komponente RF zwischen der ersten Elektrode und dem Kurzschlussleiter sowie zwischen der zweiten Elektrode und dem Kurzschlussleiter. Die Normalkraft FN verläuft parallel zu einem 1a_Normalenvektor bzw. einem 2a_Normalenvektor und resultiert aus der Kraft F.
Ein optimierter Kontakt zwischen Bauteil und Elektrode führt zu einer geringen Wärmeentwicklung im Bauteil und damit einem geringen Energie- bzw. Spannungsverlust am Kontakt. Die Kraft F wird optimiert durch eine radiale Komponente RF einer Kraft FN parallel zu den jeweiligen Normalenvektoren 1a, 2a der jeweiligen Zone 1a, 2a.
Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung sind in den Patentansprüchen und in der Beschreibung erläutert und in den Figuren dargestellt. Es zeigen:
Figur 1 einen Querschnitt der Kontaktschweißvorrichtung;
Figur 2a einen Detailausschnitt aus Figur 1 ;
Figur 2b einen weiteren Detailausschnitt aus Figur 1 ; Figur 3 eine Prinzipskizze eines zylinderförmigen Kurzschlussleiters;
Figur 4a eine Abgasvorrichtung vor dem Kontaktschweißvorgang;
Figur 4b eine Abgasvorrichtung nach dem Kontaktschweißvorgang;
Figur 5a Querschnitte einer Ausführungsform der Kurzschlusselektrode; Figur 5b Querschnitte einer weiteren Ausführungsform der Kurzschlusselektrode;
Figur 5c Querschnitte einer anderen Ausführungsform der Kurzschlusselektrode;
Figur 6 eine schematische Darstellung einer alternativen Ausführungsform. Eine Kontaktschweißvorrichtung 10 nach Figur 1 umfasst eine erste Elektrode 1 , eine zweite Elektrode 2 und einen Kurzschlussleiter 3. Mithilfe der Kontaktschweißvorrichtung 1 wird eine Abgasvorrichtung 5, umfassend einen ersten Gehäusedeckel 5.1 , einen Gehäusemantel 5.2 und einen zweiten Gehäusedeckel 5.3, geschweißt. Der erste Gehäusedeckel 5.1 weist einen Durchzug 5.6 und eine ringförmige Abkantung 5.1a auf. Die Abkantung 5.1a teilt den ersten Gehäusedeckel 5.1 in zwei Bereiche auf. Der innere Bereich liegt zwischen dem Durchzug 5.6 und der Abkantung 5.1a. Der innere Bereich ist flach und ringförmig. Die Abkantung 5.1a ist kegelringförmig. Der Gehäusemantel 5.2 ist zylindrischer Form. Der zweite Gehäusedeckel 5.3 weist ebenfalls einen Durchzug 5.7 und eine ringförmige Abkantung 5.3a auf.
Der Gehäusemantel 5.2 steht auf der Abkantung 5.1a des Gehäusedeckels 5.1 auf. Der Innendurchmesser der Abkantung 5.1a ist kleiner als der Innendurchmesser des Gehäusemantels 5.2.
Der zweite Gehäusedeckel 5.3 liegt in entsprechender Weise mit der Abkantung 5.3a auf dem Gehäusemantel 5.2 auf. Der Durchmesser der Abkantung 5.3a ist ebenfalls kleiner als der Innendurchmesser des Gehäusemantels 5.2. Der erste Gehäusedeckel 5.1 ist von gleicher Form wie der zweite Gehäusedeckel 5.3. Die Blechstärke des ersten Gehäusedeckels 5.1 , des zweiten Gehäusedeckels 5.3 und des Gehäusemantels 5.2 ist gleich.
Die erste Elektrode 1 ist ringförmig und weist einen zentralen Durchzug 1.6 auf, der koaxial zu dem Durchzug 5.6 liegt. Die erste Elektrode 1 hat ferner eine erste Kontaktfläche 1.1 , die dem Gehäusedeckel 5.1 nach ausgebildet ist. Die erste Kontaktfläche 1.1 weist eine 1a_Zone 1.2 sowie eine 1b_Zone 1.4 auf. Beide Zonen 1.2, 1.4 sind gegeneinander abgewinkelt. Die Abwinklung entspricht der Abkantung 5.1a. Die erste Kontaktfläche 1.1 ist somit kongruent zu einer Ober- fläche des ersten Gehäusedeckels 5.1. Über die erste Kontaktfläche 1.1 sind die erste Elektrode 1 und der Gehäusedeckel 5.1 zur Anlage gebracht.
Auch die zweite Elektrode 2 ist ringförmig und weist einen zentralen Durchzug 2.6 auf, der koaxial zu einem Durchzug 5.7 angeordnet ist. Weiterhin weist die zweite Elektrode 2 eine zweite Kontaktfläche 2.1 auf. Die zweite Kontaktfläche 2.1 weist eine 2a_Zone 2.2 sowie eine 2b_Zone 2.4 auf. Beide Zonen 2.2, 2.4 sind gegeneinander abgewinkelt. Die Abwinklung entspricht der Abkantung 5.3a. Die zweite Kontaktfläche 2.1 ist kongruent zu einer Oberfläche des zweiten Gehäusedeckels 5.3. An der zweiten Kontaktfläche 2.1 sind die zweite Elektrode 2 und das zweite Bauteil 5.3 zur Anlage gebracht.
Der Kurzschlussleiter 3 nimmt in einem Freiraum 3.10 den Gehäusemantel 5.2 auf. Der Kurzschlussleiter 3 weist eine dritte Kontaktfläche 3.1 auf, die wiederum in eine kreisringförmige 3a_Zone 3.2 und eine kreisringförmige 3b_Zone 3.4 aufgeteilt ist. Beide Zonen 3.2, 3.4 haben einen Abstand a3 zueinander. Die dritte Kontaktfläche 3.1 und damit die 3a_Zone 3.2 und die 3b_Zone 3.4 sind an den Gehäusemantel 5.2 zur Anlage gebracht. Die dritte Kontaktfläche 3.1 bzw. die 3a_Zone und die 3b_Zone, die gegen den Gehäusemantel 5.2 anliegen, weisen einen verminderten Innendurchmesser Di auf im Verhältnis zum Durchmesser der übrigen Innenfläche Ai des Kurzschlussleiters 3. Weiterhin weist der Kurzschlussleiter 3 eine Zylindermittelachse 3.5 auf. Koaxial zu dieser Zylindermittelachse 3.5 liegen der Durchzug 1.6 und der Durchzug 2.6. Die Zonen 3.4, 3.2 sind jeweils endseitig an dem Kurzschlussleiter 3 vorgesehen. Die Zonen 3.2, 3.4 stehen radial nach innen zum Gehäusemantel 5.2 hervor und verlaufen koaxial zur Zylindermittelachse 3.5. Die 3a_Zone 3.2 ist rechtwinklig zur 1b_Zone 1.4. Die 3b_Zone 3.4 ist rechtwinklig zur 2b_Zone 2.4. Die erste Elektrode 1 und der Kurzschlussleiter 3 sind relativ zueinander in einer Bewegungsrichtung R13 bewegbar. Die zweite Elektrode 2 und der Kurzschlussleiter 3 sind relativ zueinander in einer Bewegungsrichtung R23 bewegbar. Zur Erzeugung der Bewegungen reicht es aus, wenn zum Beispiel die zweite Elektrode 2 aktiv bewegt wird und den Kurzschlussleiter 3 mit bewegt, solange die erste Elektrode 1 fixiert ist. Die Bewegungsrichtungen R13 und R23 verlaufen parallel zu der Zylindermittelachse 3.5, wobei sie in einander entgegengesetzte Richtungen ausgerichtet sind.
Gemäß Figur 2a weist die dritte Kontaktfläche 3.1 des Kurzschlussleiters 3 einen 3a_Normalenvektor 3.3 bzw. einen 3b_Normalenvektor 3.9 auf, der jeweils rechtwinklig zu den Bewegungsrichtungen R13, R23 verläuft. Ferner weist die 2a_Zone 2.2 einen 2a_Normalenvektor 2.3 auf. Nach Figur 1 bis Figur 2b weist die dritte Kontaktfläche 3.1 eine 3a_Zone 3.2 und eine 3b_Zone 3.4 auf, wobei der jeweiligen Zone 3.2, 3.4 ein 3a_Normalenvektor 3.3 bzw. ein 3b_Normalenvektor 3.9 zugewiesen ist. Auf der 2b_Zone 2.4 steht ein 2b_Normalenvektor 2.5, der parallel und in Richtung der Bewegungsrichtung R23 verläuft. Die 2a_Zone 2.2 bzw. die zweite Elektrode 2 und die dritte Kontaktfläche 3.1 bzw. der Kurzschlussleiter 3 weisen einen Abstand a2 auf, der beim Schweißvorgang verringert wird.
Der 3b_Normalenvektor 3.9 und der 2a_Normalenvektor 2.3 schließen einen Winkel ß ein. Der Winkel ß beträgt 135°. Die 2a_Zone 2.2 und die 2b_Zone 2.4 sind gegeneinander im Winkel (270° - ß) abgewinkelt.
Eine Kraft F verläuft in Richtung und parallel zu der Bewegungsrichtung R23. Die Kraft F ist ursächlich für Normalkräfte FN, die parallel zu dem 2a Normalenvektor 2.3 verlaufen. Diese Normalkraft FN hat eine radiale Korn- ponente RF, deren Betrag von dem Winkel ß abhängig ist. Je größer der Winkel ß ist, desto größer ist auch die radiale Komponente RF.
Gemäß Figur 2b weist die 1a_Zone 1.2 der ersten Kontaktfläche 1.1 einen 1a_Normalenvektor 1.3 auf. Die dritte Kontaktfläche 3.1 , insbesondere die 3a_Zone 3.2, weist einen 3a_Normaienvektor 3.3 auf. Die erste Elektrode 1 weist weiterhin die 1b_Zone 1.4 auf, auf der ein 1 b_Normalenvektor 1.5 steht, welcher parallel und gleichgerichtet zur Bewegungsrichtung R13 verläuft. Zwischen der 1a_Zone 1.2 bzw. der ersten Elektrode 1 und der dritten Kontaktfläche 3.1 bzw. dem Kurzschlussleiter 3 besteht ein Abstand a1 , der ebenfalls beim Schweißvorgang verringert wird.
Der 1a_Normalenvektor 1.3 und der 3a_Normalenvektor 3.3 schließen einen Winkel ein. Der Winkel α hat 135°. Damit entspricht der Winkel α dem Winkel ß. Die 1a_Zone 1.2 und die 1b_Zone 1.4 sind gegeneinander im Winkel (270° - ) abgewinkelt . Die Kraft F verläuft parallel und in Richtung der Bewegungsrichtung R23. Sie resultiert in die Normalkräfte FN, die parallel zu dem 1 a_Normalenvektor 1.3 verlaufen. Diese Normalkraft FN hat eine radiale Komponente RF, deren Betrag von dem Winkel abhängig ist. Je größer der Winkel α ist, desto größer ist auch die radiale Komponente RF. Der Kurzschlussleiter 3 ist gemäß Figur 3 ein Ringzylinder. In der gezeigten Ausführungsform weist der Kurzschlussleiter 3 ein erstes Zylindersegment 3.6 und ein zweites Zylindersegment 3.7 auf, die in Umfangsrichtung U gegeneinander an Verbindungsflächen 3.8 kontaktiert sind. Der Kurzschlussleiter 3 hat eine Zylindermittelachse 3.5. Die Verbindungsflächen 3.8 verlaufen in axialer Richtung zur Zylindermittelachse 3.5.
Nach der Explosionsdarstellung gemäß Figur 4a ist die Abgasvorrichtung 5 noch nicht verschweißt. Die relative Lage zwischen beiden Gehäusedeckeln 5.1 , 5.3 und dem Gehäusemantel 5.2 ist ähnlich zu der in Figur 1 gezeigten. In Figur 4b ist die Abgasvorrichtung 5 nach dem Schweißvor- gang dargestellt. In den zwei vergrößerten Ausschnitten ist eine Schweißnaht 5.5 zwischen dem zweiten Gehäusedeckel 5.3 und dem Gehäusemantel 5.2 sowie eine Schweißnaht 5.4 zwischen dem ersten Gehäusedeckel 5.1 und dem Gehäusemantel 5.2 vorgesehen. Nach dem Schweißvorgang zeigt insbesondere der Gehäusemantel 5.2 in einem Bereich e1 der Schweißnaht 5.4 eine Verformung V1 und in einem Bereich e2 der Schweißnaht 5.5 eine Verformung V2. Die Verformungen V1 , V2 sind zurückzuführen auf die radiale Kraft RF und weisen in radialer Richtung nach außen. Die Verformungen V1 , V2 entstehen während des Schweißvorgangs, wenn die Gehäusedeckel 5.1 , 5.3 durch die Elektroden 1 , 2 gegen den Rand des Gehäusemantels 5.2 gedrückt werden. Ursächlich hierfür ist ergänzend zur Anlagekraft die Keilwirkung der kegelringförmigen Abkantung 5.1a, 5.3a des Deckelrandes.
Gemäß Figur 5a ist dargestellt ein Querschnitt Q des zylinderförmigen Kurz- Schlussleiters 3 auf Höhe der dritten Kontaktfläche 3.1 bzw. durch die dritte Kontaktfläche 3.1. Die dritte Kontaktfläche 3.1 ist dabei entsprechend des einzulegenden Bauteils im Querschnitt rund und die Außenwand 3.11 ebenso. Gemäß Fig. 5b ist die dritte Kontaktfläche 3.1 im Querschnitt elliptisch ausgebildet und die Außenwand 3.11 im Unterschied dazu quadratisch. Die Form der Außenwand 3.11 ist grundsätzlich unabhängig von der Form der Kontaktfläche 3.1. Nach Fig. 5c sind sowohl die dritte Kontaktfläche 3.1 als auch die Außenwand 3.11 im Querschnitt quadratisch. Weitere Kombinationen von Kontaktflächenform und Außenwandform sind ebenfalls möglich. Vor dem Hintergrund des vorstehend beschriebenen Querschnitts ergibt sich eine entsprechende Flächenform für die Kontaktfläche 3.1 und die Außenwand 3.11 , wie beispielsweise kreisringförmig oder zylinderförmig für einen kreisrunden Querschnitt Q.
Gemäß Figur 6 ist eine Kontaktschweißvorrichtung 10 beschrieben mit einer Architektur der Elektroden 1 , 2 und des Kurzschlussleiters 3 derart, dass die Bewegungsrichtungen R13, R23 in einem rechten Winkel zueinander verlaufen. Der Kurzschlussleiter 3 weist eine 3a_Zone 3.2 und auch eine 3b_Zone 3.4 auf. Die Bauteile 3.1 , 3.2, 3.3 werden jeweils an Schweißpunkten S miteinander verschweißt. Bezugszeichenliste
erste Elektrode
erste Kontaktfläche
1 a_Zone
1 a_Normalenvektor
1 b_Zone
1 b_Normalenvektor
Durchzug
zweite Elektrode
zweite Kontaktfläche
2a_Zone
2a_Normalenvektor
2b_Zone
2b_Normalenvektor
Durchzug
Kurzschlussleiter
dritte Kontaktfläche
3a_Zone
3a_Normalenvektor
3b_Zone
Mittelachse, Zylindermittelachse erstes Zylindersegment
zweites Zylindersegment
Verbindungsfläche
3b_Normalenvektor
Freiraum
Außenwand
Werkstück, Abgasvorrichtung
erstes Bauteil, erster Gehäusedeckel
Abkantung 5.2 zweites Bauteil, Gehäusemantel
5.3 drittes Bauteil, zweiter Gehäusedeckel
5.3a Abkantung
5.4 erste Schweißnaht
5.5 zweite Schweißnaht
5.6 Durchzug
5.7 Durchzug
10 Kontaktschweißvorrichtung
α Winkel
ß Winkel
a1 Abstand
a2 Abstand
a3 Abstand
Ai Innenfläche
Di Innendurchmesser
e1 Bereich der ersten Schweißnaht
e2 Bereich der zweiten Schweißnaht
F Kraft
FN Normalkraft
Q Querschnitt des Kurzschlussleiters, der 3. Kontaktfläche
R13 Bewegungsrichtung
R23 Bewegungsrichtung
RF radiale Komponente
S Schweißpunkt
U Umfangsrichtung
V1 , V2 Verformung

Claims

Patentansprüche
1. Kontaktschweißvorrichtung (10) zum gleichzeitigen Verschweißen von zumindest drei Bauteilen (5.1 , 5.2, 5.3) miteinander mittels eines Stromimpulses aufweisend eine erste Elektrode (1) mit einer ersten Kontaktfläche (1.1) zur Anlage für das erste Bauteil (5.1) und eine zweite Elektrode (2) mit einer zweiten Kontaktfläche (2.1) zur Anlage für das zweite Bauteil (5.2), wobei die erste Elektrode (1) von der zweiten Elektrode (2) separiert ist und die erste Elektrode (1) zur Anode oder Kathode ausbildbar ist und die zweite Elektrode (2) zur Anode oder Kathode ausbildbar ist, wobei ein Kurzschlussleiter (3) mit mindestens einer dritten Kontaktfläche (3.1) zur Anlage für zumindest das dritte Bauteil (5.3) vorgesehen ist, wobei eine Bewegungsrichtung R13 vorgesehen ist, in die die erste Elektrode (1) relativ zum Kurzschlussleiter (3) bewegbar ist, und eine Bewegungsrichtung R23 vorgesehen ist, in die die zweite Elektrode (2) relativ zum Kurzschlussleiter (3) bewegbar ist, wobei über die Bewegung in Bewegungsrichtung R13 ein Abstand a1 zwischen der ersten Kontaktfläche (1.1) und der dritten Kontaktfläche (3.1) verringerbar ist, wobei über die Bewegung in Bewegungsrichtung R23 ein Abstand a2 zwischen der zweiten Kontaktfläche (2.1) und dem Kurzschlussleiter (3) verringerbar ist,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t ,
dass die erste Elektrode (1) und die zweite Elektrode (2) gegenüberliegend zum Kurzschlussleiter (3) angeordnet sind, wobei
- die Bewegungsrichtung R13 zumindest teilweise entgegen der Bewegungsrichtung R23 gerichtet ist oder
- die Bewegungsrichtung R13 rechtwinklig zu der Bewegungsrichtung R23 ausgerichtet ist.
2. Kontaktschweißvorrichtung (10) nach Anspruch 1 ,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t ,
dass der Kurzschlussleiter (3) einen Freiraum (3.10) aufweist, in dem das dritte Bauteil (5.3) platzierbar ist, wobei ein Querschnitt Q der dritten Kontaktfläche (3.1) ringförmig, rund, oval, polygonal oder eckig ausgebildet ist.
3. Kontaktschweißvorrichtung (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
dass die erste Kontaktfläche (1.1) zumindest eine 1a_Zone (1.2) mit einem 1a_NormaIenvektor (1.3) und dass die dritte Kontaktfläche (3.1) eine 3a_Zone (3.2) mit einem 3a_Normalenvektor (3.3) aufweist und dass die zweite Kontaktfläche (2.1) zumindest eine 2a_Zone (2.2) mit einem
2a_Normalenvektor (2.3) aufweist, wobei ein Winkel α zwischen dem 1a_Normalenvektor (1.3) und dem 3a_Normalenvektor (3.3) zwischen 130° und 170° beträgt oder zwischen 145° und 155° beträgt oder 150° beträgt und/oder dass ein Winkel ß zwischen dem 2a_Normalenvektor (2.3) und dem 3a_Normalenvektor (3.3) zwischen 130° und 170° beträgt oder zwischen 145° und 155° beträgt oder 150° beträgt.
4. Kontaktschweißvorrichtung (10) nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die erste Kontaktfläche (1.1) eine 1b_Zone (1.4) mit einem
1b_Normalenvektor (1.5) aufweist und dass die zweite Kontaktfläche (2.1) eine 2b_Zone (2.4) mit einem 2b_Normalenvektor (2.5) aufweist, wobei der 1b_Normalenvektor (1.5) in Richtung der Bewegungsrichtung R13 zeigt und/oder der 2b_Normalenvektor (2.5) in Richtung der Bewegungsrichtung R23 zeigt.
5. Kontaktschweißvorrichtung (10) nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Kurzschlussleiter (3) als Zylinder mit einer Zylindermittelachse (3.5) ausgebildet ist, wobei der Zylinder in Umfangsrichtung U in ein erstes Zylindersegment (3.6) und zumindest in ein zweites Zylindersegment (3.7) teilbar ist, wobei die Zylindersegmente (3.6, 3.7) jeweils zwei Verbindungsflächen (3.8) aufweisen, an denen die Zylindersegmente (3.6, 3.7) kontaktierbar sind.
6. Kontaktschweißvorrichtung (10) nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Kurzschlussleiter (3) die 3a_Zone (3.2) und mindestens eine 3b_Zone (3.4) aufweist, wobei die 3a_Zone (3.2) und die 3b_Zone (3.4) gleichzeitig an das dritte Bauteil (5.3) anlegbar sind.
7. Kontaktschweißvorrichtung (10) nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet,
dass die 3a_Zone (3.2) und die 3b_Zone (3.4) mit Bezug zur Zylindermittelachse (3.5) mit einem Abstand a3 zueinander an unterschiedlichen Enden des Kurzschlussleiters (3) vorgesehen sind.
8. Kontaktschweißvorrichtung (10) nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass sich der elektrische Widerstand der einzelnen Elektroden (1 , 2) und des Kurzschlussleiters (3) maximal um Faktor 1,3 bis 2 unterscheidet.
9. Abgasvorrichtung (5) aufweisend einen Gehäusemantel (5.2), einen ersten Gehäusedeckel (5.1) und einen zweiten Gehäusedeckel (5.3), wobei der Gehäusemantel (5.2) stoffschlüssig mit dem ersten Gehäusedeckel (5.1) über eine erste Schweißnaht (5.4) verbunden ist und der
Gehäusemantel (5.2) stoffschlüssig mit dem zweiten Gehäusedeckel (5.3) über eine zweite Schweißnaht (5.5) verbunden ist,
dadurch gekennzeichnet,
dass die erste Schweißnaht (5.4) und die zweite Schweißnaht (5.5) mittels einer Kontaktschweißvorrichtung (10) hergestellt sind und dass der Gehäusemantel (5.2) endseitig in einem Bereich e1 der ersten Schweißnaht (5.4) und in einem Bereich e2 der zweiten Schweißnaht (5.5) eine in radialer Richtung verlaufende Verformung V1, V2 aufweist.
10. Abgasvorrichtung (5) nach Anspruch 9,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t ,
dass der erste Gehäusedeckel (5.1) einen ersten Durchzug (5.6) und/oder der zweite Gehäusedeckel (5.2) einen zweiten Durchzug (5.7) aufweist.
11. Verfahren zum Verschweißen von drei Bauteilen (5.1 , 5.2, 5.3) zu einem Werkstück (5) mittels einer Kontaktschweißvorrichtung (10), wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist:
a) Positionieren eines ersten Bauteils (5.1) an der ersten Elektrode (1); b) Positionieren eines zweiten Bauteils (5.2) an dem ersten Bauteil (5.1); c) Positionieren eines Kurzschlussleiters (3) an dem zweiten Bauteil (5.2); d) Positionieren eines dritten Bauteils (5.3) an dem zweiten Bauteil (5.2); e) Positionieren einer zweiten Elektrode (2) an dem dritten Bauteil (5.3); f) Anlegen einer Kraft F zwischen der ersten Elektrode (1) und dem Kurzschlussleiter (3) und einer Kraft F zwischen der zweiten Elektrode (2) und dem Kurzschlussleiter (3), wobei eine Bewegungsrichtung R13 vorgesehen ist, in die die erste Elektrode (1) relativ zum Kurzschlussleiter (3) bewegt wird, und eine Bewegungsrichtung R23 vorgesehen ist, in die die zweite Elektrode (2) relativ zum Kurzschlussleiter (3) bewegt wird, wobei die Bewegungsrichtung R13 zumindest teilweise entgegen der Bewegungsrichtung R23 gerichtet ist oder rechtwinklig dazu ausgerichtet ist; g) Anlegen einer Spannung und Erzeugung eines Stromimpulses zwischen der ersten Elektrode (1) und der zweiten Elektrode (2), wobei die erste Elektrode (1) und der Kurzschlussleiter (3) relativ zueinander nachgeführt werden und die zweite Elektrode (2) und der Kurzschlussleiter (3) relativ zueinander nachgeführt werden, um die mit dem Stromimpuls und der Kraft F einhergehende Verformung der Bauteile (5.1 , 5.2, 5.3) zu kompensieren;
h) Entnahme des Werkstücks (5);
wobei die Schritte a) bis e) alternativ in einer anderen Reihenfolge durchgeführt werden.
12. Verfahren zum Verschweißen von drei Bauteilen (5.1, 5.2, 5.3) nach Anspruch 11,
dadurch gekennzeichnet,
dass im Verfahrensschritt c) zumindest zwei Zylindersegmente (3.6, 3.7) des Kurzschlussleiters (3) an dem zweiten Bauteil (5.2) positioniert werden, wobei die Zylindersegmente (3.6, 3.7) und das zweite Bauteil (5.2) miteinander kontaktiert werden.
13. Verfahren zum Verschweißen von drei Bauteilen nach Anspruch 11 oder 12,
dadurch gekennzeichnet,
dass im Verfahrensschritt f) ein Optimieren des Kontakts zwischen dem Kurzschlussleiter (3) und dem zweiten Bauteil (5.2) erfolgt durch Anwenden einer Normalkraft FN mit einer radialen Komponente RF zwischen der ersten Elektrode (1) und dem Kurzschlussleiter (3) sowie zwischen der zweiten Elektrode (2) und dem Kurzschlussleiter (3).
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