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Die Erfindung betrifft eine Widerstands-Schweißvorrichtung der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art.
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Derartige Schweißvorrichtungen sind allgemein bekannt. Sie weisen eine erste Hauptelektrode und eine zweite Hauptelektrode zum Einleiten eines Schweißstromes in zu verschweißende Werkstücke auf, wobei die beiden Hauptelektroden beispielsweise und insbesondere durch Elektroden einer Schweißzange gebildet sein können.
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Beim Widerstandsschweißen von Mehrblechanordnungen unterschiedlicher Werkstoffkombinationen, insbesondere bei Verwendung unterschiedlicher Stähle, unterschiedlicher Blechdicke und -beschichtungen weisen herkömmliche Schweißvorrichtungen Nachteile auf. Ein besonderer Nachteil besteht darin, daß bei bestimmten Werkstoffkombinationen ein prozeßsicheres Schweißen nur eingeschränkt möglich und eine den gebotenen qualitativen Anforderungen genügende Schweißverbindung nur schwer erreichbar ist. Gründe dafür bestehen u. a. in den unterschiedlichen physikalischen Eigenschaften, insbesondere hinsichtlich der elektrischen Leitfähigkeit der Werkstoffe, und den chemischen Zusammensetzungen, sowie den Oberflächengegebenheiten, beispielsweise im Falle einer Oberflächenveredelung, sowie in der Passungsproblematik. Beim 2- oder 3-Blechschweißen verschiebt sich die Schweißlinse von den Blechen mit höherer elektrischer Leitfähigkeit hin zu den Blechen mit geringerer Leitfähigkeit, in denen mehr elektrische Energie in Wärme umgewandelt wird. Beim 3-Blechschweißen kann dies beispielsweise dazu führen, daß zwischen einem dünnen äußeren Blech und einem dicken mittleren Blech keine Schweißverbindung entsteht.
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Durch
JP 06246462 ist eine Schweißvorrichtung bekannt, bei der auf der Seite des dünneren Bleches eine zusätzliche Metallplatte verwendet wird, wodurch die Widerstände und damit die dissipierte Wärme auf dieser Seite erhöht werden. Das aus dieser Druckschrift bekannte Verfahren ist aufgrund der für jeden Schweißpunkt erforderlichen zusätzlichen Metallplatte aufwendig und schwierig im Handling. Für die Erzeugung von Serienschweißungen, insbesondere in der Automobilindustrie, ist es daher nicht geeignet.
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Eine ähnliche Schweißvorrichtung ist auch aus
DE 10 2010 023 853 bekannt. Es wird ebenfalls ein zusätzliches Schweißelement eingesetzt, so daß sich ähnliche Nachteile ergeben wie bei der
JP 06246462 .
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Aus der
JP 2003251468 ist es bekannt, Elektroden mit unterschiedlichen Kappen, Größen bzw. Kontaktflächen zu verwenden. Aufgrund der unterschiedlichen Elektroden ist die Herstellung einer entsprechenden Schweißvorrichtung aufwendig. Außerdem ergeben sich hinsichtlich der Verwendung einer Zange Einschränkungen. Außerdem sind die Verwendungsmöglichkeiten des Verfahrens beim Verschweißen von beschichteten und relativ dünnen Blechen aus relativ weichem Stahl eingeschränkt.
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Durch
DE 10 2007 020 211 ist eine Schweißvorrichtung mit mehreren Elektroden bekannt, die jedoch auf einen schnellen Wechsel der Elektroden vor bzw. nach einem Schweißvorgang abzielt. Für unterschiedliche Schweißaufgaben werden unterschiedliche Elektrodenformen eingesetzt. Hinsichtlich der Verwendung von zwei Hauptelektroden zur Durchführung des Schweißvorganges entspricht die in der Druckschrift offenbarte Vorrichtung herkömmlichen Schweißvorrichtungen bzw. -verfahren.
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Durch
EP 1 590 086 ist eine Schweißzange mit mehrreren Elektrodenpaaren bekannt, die nebeneinander positioniert sind. Mit der aus der Druckschrift bekannten Schweißzange wird jeweils eine Schweißung mit einem Elektrodenpaar ausgeführt, wie dies bei direkten Schweißvorgängen der Standard ist. Die Schweißpunkte entstehen aufeinanderfolgend und sind nebeneinander angeordnet. Für jedes Elektrodenpaar entsteht räumlich getrennt ein Schweißpunkt. Die Verwendung einer entsprechenden Schweißvorrichtung beim Widerstandsschweißen von Mehrblechanordnungen unterschiedlicher Materialkombinationen sind jedoch ebenfalls eingeschränkt.
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Durch
WO 2010/066414 ist eine Widerstands-Schweißvorrichtung bekannt, die zwei Hauptelektroden aufweist, die beispielsweise durch die Elektroden einer Schweißzange gebildet werden können. Eine als Hilfselektrode fungierende dritte Elektrode wird beispielsweise an eines der miteinander zu verschweißenden Werkstücke angeklemmt. Beim Verschweißen von drei oder mehreren Blechen miteinander wird zunächst in einer ersten Schweißphase eines der äußeren Bleche mit dem mittleren Blech indirekt verschweißt. In einer zweiten Phase werden alle drei Bleche direkt miteinander verschweißt, oder es wird das andere der äußeren Bleche indirekt mit dem mittleren Blech verschweißt. Die Umschaltung der Stromzufuhr zu den Elektroden zwischen den verschiedenen Schweißphasen wird elektrisch durch die Schweißsteuerung oder einen elektronischen Schalter realisiert. In der ersten Schweißphase wird an die erste und zweite Elektrode eine Schweißspannung angelegt, während die dritte Elektrode spannungslos bleibt. In der zweiten Phase wird an die dritte und die zweite oder erste Elektrode eine Spannung angelegt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Widerstands-Schweißvorrichtung der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art anzugeben, die insbesondere für das Mehrblech-Schweißen geeignet ist und die relativ einfach und kostengünstig herstellbar ist.
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Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 angegebene Erfindung gelöst.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist hinsichtlich des Mehrblech-Schweißens die gleichen Vorteile und Funktionalitäten auf, wie die aus der
WO 2010/066414 bekannte Vorrichtung. Erfindungsgemäß ist wenigstens eine Hauptelektrode Teil einer Elektrodenanordnung, die wenigstens eine der Hauptelektrode zugeordnete Zusatzelektrode aufweist. Erfindungsgemäß sind ferner Verstellmittel zur Positionsverstellung der Hauptelektrode und der zugeordneten Zusatzelektrode relativ zueinander derart vorgesehen, daß sich in einer ersten Schweißstufe die Zusatzelektrode und in einer zweiten Schweißstufe die Hauptelektrode in Kontakt mit einem der zu verschweißenden Werkstücke befindet. Beispielsweise und insbesondere kann in einer ersten Schweißstufe mittels wenigstens einer der ersten Hauptelektrode zugeordneten Zusatzelektrode sowie der zweiten Hauptelektrode eine indirekte Schweißung ausgeführt werden, wobei sich die erste Hauptelektrode außer Eingriff von den zu verschweißenden Werkstücken befindet. Nach Abschluß der ersten Schweißstufe wird zur Durchführung einer zweiten Schweißstufe die Position der ersten Hauptelektrode und der ersten Zusatzelektrode derart verstellt, daß sich die erste Zusatzelektrode außer Eingriff von den zu verschweißenden Werkstücken befindet, während sich die erste Hauptelektrode nunmehr in Eingriff mit den zu verschweißenden Werkstücken befindet. In dieser Position der Elektroden kann dann in der zweiten Schweißstufe eine direkte Schweißung ausgeführt werden.
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Es ist erfindungsgemäß selbstverständlich auch möglich, in der ersten Schweißstufe eine direkte Schweißung und in der zweiten Schweißstufe eine indirekte Schweißung auszuführen. Erfindungsgemäß sind ferner auch zeitlich aufeinanderfolgend oder ggf. zeitgleich beliebige Kombinationen von direkten und indirekten Schweißungen möglich.
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Form, Größe, Anzahl, räumliche Anordnung und Material der Elektroden sind entsprechend den jeweiligen Anforderungen innerhalb weiter Grenzen wählbar. Insbesondere können auch Form, Anordnung und Material der Elektroden und/oder ggf. der Elektrodenkappen der Haupt- und Zusatzelektroden, die nachfolgend auch kurz als Elektroden bezeichnet werden, entsprechend der jeweiligen Schweißaufgabe innerhalb weiter Grenzen gewählt werden. So kann beispielsweise eine Elektrodenkappe mit relativ geringer Kontaktfläche verwendet werden, wenn ein im wesentlichen punktförmiges Anpressendes zu verschweißenden Werkstückes aneinander gewünscht ist. Demgegenüber kann eine Elektrodenkappe mit einer größeren Fläche verwendet werden, wenn ein eher flächiges Anpressen der zu verschweißenden Werkstücke aneinander gewünscht ist.
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Erfindungsgemäß kann somit ein Wechsel zwischen einer direkten und einer indirekten Schweißung durch Positionsverstellung wenigstens einer Elektrode, also durch einen mechanischen Wechsel der für die Schweißung herangezogenen Elektroden bewirkt werden.
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Insgesamt weist die erfindungsgemäße Widerstands-Schweißvorrichtung, die nachfolgend auch kurz als Vorrichtung bezeichnet wird, einen relativ einfachen und robusten Aufbau auf.
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Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sehen vor, daß die Verstellmittel wenigstens einer einer Hauptelektrode zugeordnete Verstelleinrichtung zur Positionsverstellung der Hauptelektrode und/oder wenigstens eine einer Zusatzelektrode zugeordnete Verstelleinrichtung zur Positionsverstellung der Zusatzelektrode aufweisen. Beliebige Kombinationen sind erfindungsgemäß hierbei möglich.
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Eine Verstellung der Position der jeweiligen Elektrode kann einer beliebigen geeigneten Kinematik folgen. Insoweit sieht eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung vor, daß wenigstens eine Verstelleinrichtung zu der linearen Verstellung der zugeordneten Elektrode ausgebildet ist. Entsprechende Linearantriebe stehen als relativ einfache und kostengünstige Standardbauteile zur Verfügung und sind besonders gut dazu geeignet, die zu verschweißenden Werkstücke mit einer definierten Kraft gegeneinander zu pressen.
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Eine andere Weiterbildung der Erfindung sieht vor, daß wenigstens zwei unterschiedlichen Elektroden zugeordnete Verstelleinrichtungen unabhängig voneinander betätigbar sind.
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Eine andere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht eine Steuerungseinrichtung zur Ansteuerung der Verstellmittel, insbesondere wenigstens einer Verstelleinrichtung, und einer Stromquelle zur Erzeugung des Schweißstromes, vor. Die Steuerungseinrichtung kann sämtliche Steuerungsvorgänge ausführen und insbesondere die den Elektroden zugeordneten Verstelleinrichtungen so ansteuern, daß die erforderliche Positionsverstellung der Elektroden ausgeführt wird.
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Falls entsprechend den jeweiligen Anforderungen erforderlich, können jedoch auch wenigstens zwei Verstelleinrichtungen hinsichtlich ihres Verstellweges in Reihe geschaltet sein, wie dies eine andere vorteilhafte Weiterbildung vorsieht.
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Eine andere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, daß die Steuerungseinrichtung zur Betätigung wenigstens einer Verstelleinrichtung derart programmiert ist, daß nach Durchführung der ersten Schweißelektrode die Position wenigstens einer Elektrode zur Durchführung der zweiten Schweißstufe verändert wird. Bei dieser Ausführungsform erfolgen Positionswechsel der Elektroden gesteuert durch die Steuerungseinrichtung automatisch.
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Um einen Wechsel zwischen der ersten Schweißstufe und der zweiten Schweißstufe bei abgeschaltetem oder verringertem Schweißstrom ausführen, sieht eine andere vorteilhafte Weiterbildung vor, daß die Steuerungseinrichtung während des Wechsels zwischen der ersten Schweißposition und der zweiten Schweißposition die Stromquelle zur Reduzierung oder zum Ausschalten des Schweißstromes ansteuert.
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Zweckmäßigerweise sind die erste und die zweite Hauptelektrode Teil einer Schweißzange.
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Gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung ist wenigstens eine Zusatzelektrode als aus wenigstens zwei Einzelektroden bestehende Doppelelektrode ausgebildet, wobei die zugeordnete Hauptelektrode zwischen den Einzelelektroden angeordnet ist.
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Erfindungsgemäß hat die einer Hauptelektrode zugeordnete Zusatzelektrode vorteilhafterweise die gleiche Polung wie die Hauptelektrode.
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Eine andere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, daß wenigstens eine Verstelleinrichtung zur Aufbringung einer definierten Kraft auf die zu verschweißenden Werkstücke ausgebildet ist. Bei dieser Ausführungsform dient die Verstelleinrichtung einerseits einer Positionsverstellung der zugeordneten Elektrode, andererseits jedoch dazu, die Werkstücke mit einer definierten Kraft aneinander zu pressen. Diese Kraft kann, auch während des Schweißvorganges, verändert, beispielsweise auch moduliert, werden. Unter einem Schweißvorgang wird erfindungsgemäß der Vorgang des Bildens einer Schweißverbindung zwischen wenigstens zwei Werkstücken verstanden.
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Eine andere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, daß wenigstens eine Verstelleinrichtung in Abhängigkeit von wenigstens einem Parameter des Schweißprozesses ansteuerbar ist oder angesteuert wird. Der oder die Parameter des Schweißvorganges, in Abhängigkeit von dem bzw. denen die Verstelleinrichtung angesteuert wird, können während des Schweißvorganges gemessen werden. Die Messung kann zu einem beliebigen Zeitpunkt des Schweißvorganges ausgeführt werden, beispielsweise auch vor Beginn des Schweißvorganges. Der Parameter bzw. die Parameter kann bzw. können jedoch auch auf beliebige andere Weise ermittelt werden, beispielsweise durch Auslesen aus einer Tabelle.
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Eine erfindungsgemäß vorgesehene Verstelleinrichtung kann nach einem beliebigen geeigneten Wirkprinzip arbeiten, beispielsweise elektromotorisch, elektromagnetisch, pneumatisch oder hydraulisch.
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Erfindungsgemäß ist es möglich, daß während der ersten Schweißstufe und der zweiten Schweißstufe mit den gleichen Parametern geschweißt wird. Es ist erfindungsgemäß jedoch auch möglich, wenigstens einen Parameter zwischen der ersten Schweißstufe und der zweiten Schweißstufe zu verändern. Die Parameter des Schweißvorganges können beispielsweise Amplitude und/oder Effektivwert und/oder Dauer und/oder Kurvenform und/oder Frequenz und/oder Polarität des Schweißstromes umfassen. Die Parameter können beispielsweise auch eine Schweißspannung und/oder Sekundärspannungen erfassen. Erfindungsgemäß ist es auch möglich, daß die Parameter einen Verstellweg wenigstens einer Verstelleinrichtung und/oder eine auf die zu verschweißenden Werkstücke ausgeübte Kraft und/oder die Temperatur wenigstens einer Elektrode umfassen. Die Parameter können beispielsweise auch ein mittels einer Sensoranordnung ermitteltes Magnetfeld und/oder optische Signale und/oder den Abstand wenigstens einer Elektrode zu den Werkstücken umfassen. Die Parameter können erfindungsgemäß gesteuert werden, wobei erfindungsgemäß unter einer Steuerung auch eine Regelung verstanden wird. Die Parameter können auch online, d. h. während des Schweißvorganges, beeinflußt werden.
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Erfindungsgemäß kann der Schweißstrom beispielsweise Wechselstrom, Gleichstrom, ein Kondensatorentladungs-Strom oder ein pulsierender Gleichstrom sein. Frequenz, Kurvenform oder Tastverhältnisse des Schweißstromes sind entsprechend den jeweiligen Anforderungen innerhalb weiter Grenzen wählbar.
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Die Stromquelle kann beispielsweise einen Inverter, eine Thyristor-Stromquelle, einen Drei-Phasengleichrichter, eine Kondensatorentladungsquelle oder eine Kombination entsprechender Stromquellen aufweisen. Die Anzahl der Stromquellen ist entsprechend den jeweiligen Anforderungen wählbar.
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Erfindungsgemäß kann der Stromquelle eine Steuerungseinrichtung zugeordnet sein, um den Schweißstrom in der jeweils gewünschten Weise zu steuern. Darüber hinaus kann wenigstens einer Verstelleinrichtung eine Steuerungseinrichtung zugeordnet sein, die die Verstelleinrichtung zur Positionsverstellung wenigstens einer Elektrode ansteuert. Hierbei kann jeder Verstelleinrichtung eine separate Steuerungseinrichtung zugeordnet sein. Es ist jedoch auch möglich, daß wenigstens zwei Verstelleinrichtungen eine gemeinsame Steuerungseinrichtung zugeordnet ist. Eine übergeordnete Steuerungseinrichtung kann vorgesehen sein, um einerseits die der Stromquelle zugeordnete Steuerungseinrichtung und andererseits die der oder den Verstelleinrichtungen zugeordnete Steuerungseinrichtung bzw. Steuerungseinrichtungen anzusteuern. Auch in diesem Zusammenhang wird erfindungsgemäß unter einer Steuerung auch eine Regelung verstanden.
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Erfindungsgemäß kann die zeitliche Abfolge der ersten Schweißstufe und der zweiten Schweißstufe so sein, daß zunächst die erste Schweißstufe und daran anschließend die zweite Schweißstufe ausgeführt wird. Es ist jedoch auch möglich, zunächst die zweite Schweißstufe und daran anschließend die erste Schweißstufe auszuführen.
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Ein erfindungsgemäßes Widerstands-Schweißverfahren, das nachfolgend auch kurz als Verfahren bezeichnet wird, ist im Anspruch 14 angegeben. Vorteilhafte und zweckmäßige Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in den Ansprüchen 14 bis 26 angegeben.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert. Dabei bilden alle beschriebenen, in der Zeichnung dargestellten und in den Patentansprüchen dargestellten Merkmale für sich genommen und in beliebiger Kombination miteinander den Gegenstand der Erfindung, unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Patentansprüchen und deren Rückbeziehung sowie unabhängig von ihrer Beschreibung bzw. Darstellung in der Zeichnung.
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Die Zeichnungen enthalten stark schematisierte Prinzipdarstellungen, die zur Erleichterung des Verständnisses detailreduziert sind.
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Es zeigt:
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1 eine schematische blockschaltbildartige Darstellung einer Widerstands-Schweißvorrichtung gemäß dem Stand der Technik,
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2a eine schematische Seitenansicht eines ersten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Vorrichtung,
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2b in gleicher Darstellung wie 2a ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung,
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2c in gleicher Darstellung wie 2a ein drittes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung,
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2d in gleicher Darstellung wie 2a ein viertes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung,
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3 die Vorrichtung gemäß 2a während einer ersten Schweißstufe (3a) und einer zweiten Schweißstufe (3b),
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4 die Vorrichtung gemäß 2b während einer ersten Schweißstufe (4a) und einer zweiten Schweißstufe (4b),
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5 die Vorrichtung gemäß 2c während einer ersten Schweißstufe (5a) und einer zweiten Schweißstufe (5b),
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6 die Vorrichtung gemäß 2d während einer ersten Schweißstufe (6a) und einer zweiten Schweißstufe (6b),
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7 in gleicher Darstellung wie 2a ein fünftes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung,
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8 eine zu 6 ähnliche Darstellung zur Verdeutlichung des Stromflusses während der ersten (8a) und zweiten Schweißstufe (8b),
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9a in gleicher Darstellung wie 2a ein sechstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, die eine Schweißzange aufweist,
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9b ein siebtes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, das eine Abwandlung des Ausführungsbeispieles gemäß 9a darstellt,
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9c ein achtes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, das eine weitere Abwandlung des Ausführungsbeispieles gemäß 9a ist,
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10 ein neuntes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in einer Ansicht von oben (10a), einer Seitenansicht (10b) und einer Ansicht von unten (10c),
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11a das Ausführungsbeispiel gemäß 10 in Kombination mit einer Stromquelle,
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11b eine Abwandlung des Ausführungsbeispieles gemäß 11a,
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11c eine weitere Abwandlung des Ausführungsbeispieles gemäß 11a,
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11d eine weitere Abwandlung des Ausführungsbeispieles gemäß 11a,
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12 in gleicher Darstellung wie 11 eine alternative Verschaltung der Vorrichtung mit einer Stromquelle und
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13 eine Abwandlung des Ausführungsbeispieles gemäß 10.
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In den Figuren der Zeichnung sind gleiche bzw. sich entsprechende Bauteile mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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In 1 ist eine Widerstands-Schweißvorrichtung 102 gemäß dem Stand der Technik dargestellt, die eine Schweißzange 104 aufweist, über deren Elektroden 106, 108 ein Schweißstrom in zu verschweißende Werkstücke eingeleitet wird, die in 1 durch zwei Bleche 110, 112 symbolisiert sind. Die Vorrichtung 102 weist einen Mittelfrequenz(MF)-Inverter 114 mit einem MF-Trafo mit Gleichrichter 116 auf. Der MF-Inverter 114 ist über eine Steuerungseinrichtung 118 ansteuerbar. Zur Steuerung der Schweißzange 104 ist eine Zangensteuerung 120 vorgesehen. Während des Schweißvorganges werden die Bleche 110, 112 mittels der Elektroden 106, 108 der Schweißzange 104 aneinander angepreßt, wobei durch die Elektroden 106, 108 ein Schweißstrom in die Bleche 110, 112 eingeleitet wird, so daß sich in allgemein bekannter Weise im Bereich der Trennebene (Schnittebene) zwischen den Blechen 110, 112 eine Schweißlinse bildet, durch die die Bleche 110, 112 miteinander verschweißt werden.
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In den 2a, 3a und 3b ist ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 2 dargestellt, die eine erste Hauptelektrode 4 und eine zweite Hauptelektrode 6 aufweist. Die Hauptelektroden 4, 6 können beispielsweise durch die Elektroden einer Schweißzange gebildet sein und dienen zum Einleiten eines Schweißstromes in zu verschweißende Werkstücke 8, 10, die in der Zeichnung symbolisch als Bleche dargestellt sind.
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Erfindungsgemäß ist wenigstens eine der Hauptelektroden, bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel die zweite Hauptelektrode 6, Teil einer Elektrodenanordnung, die wenigstens eine der Hauptelektrode 6 zugeordnete Zusatzelektrode 12 aufweist, die bei diesem Ausführungsbeispiel durch als aus wenigstens zwei Einzelelektroden 12', 12'' bestehende Doppelelektrode ausgebildet ist. Die zweite Hauptelektrode 6 ist, wie beispielsweise aus 3a ersichtlich, bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel zwischen den Einzelelektroden 12', 12'' der Zusatzelektrode 12 angeordnet.
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Erfindungsgemäß sind Verstellmittel zur Positionsverstellung der Hauptelektrode 6 und der zugeordneten Zusatzelektrode 12 relativ zueinander derart vorgesehen, daß sich in einer ersten Schweißstufe die Zusatzelekrode 12 und in einer zweiten Schweißstufe die Hauptelektrode 6 in Kontakt mit einem der zu verschweißenden Werkstücke 8, 10 befindet. Die Verstellmittel weisen bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel eine der Zusatzelektrode 12 zugeordnete Verstelleinrichtung 14 auf. Eine Stromquelle zur Einleitung eines Schweißstromes in die Werkstücke 8, 10 kann beispielsweise so ausgebildet sein, wie in 1 für die Vorrichtung 102 gemäß dem Stand der Technik dargestellt.
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Die Funktionsweise der erfindungsgemäßen Vorrichtung 2 ist wie folgt:
In einer ersten Schweißstufe (vgl. 3a) befindet sich die Zusatzelektrode 12 in Kontakt mit dem Werkstück 8, während sich die erste Hauptelektrode 4 in Kontakt mit dem Werkstück 10 befindet. Wie aus 3a ersichtlich, befindet sich die zweite Hauptelektrode 6 außer Eingriff von dem Werkstück 8. Während der ersten Schweißstufe fließt ein Schweißstrom zwischen der ersten Hauptelektrode 4 und den Einzelelektroden 12', 12'' der Zusatzelektrode 12, so daß in der ersten Schweißstufe eine indirekte Schweißung der Werkstücke ausgeführt wird.
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Mittels der Verstelleinrichtung 14 können die Werkstücke 8, 10 während des Schweißvorganges mit einer definierten Kraft gegeneinandergepreßt werden.
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Nach Durchführung der ersten Schweißstufe wird die Position der Elektroden 6, 12 relativ zueinander derart verstellt, daß sich während der zweiten Schweißstufe die zweite Hauptelektrode 6 in Kontakt mit dem Werkstück 8 befindet und sich die Zusatzelektrode 12 außer Eingriff von dem Werkstück 8 befindet, wie dies in 3b dargestellt ist. Hierzu wird die Verstelleinrichtung 14 mittels einer zugeordneten Steuereinrichtung derart angesteuert, daß die Zusatzelektrode 12 in 3a nach links bewegt wird. Die Werkstücke 8, 10 werden zusammen mit der ersten Hauptelektrode 4 ebenfalls in 3a nach links bewegt, bis sich die zweite Hauptelektrode 6 in Kontakt mit dem Werkstück 8 befindet. Über die Elektroden 4, 6 kann wiederum eine definierte Kraft in die Werkstücke 8, 10 eingeleitet werden. Beim Fließen eines Schweißstromes wird in der zweiten Schweißstufe eine direkte Schweißung ausgeführt, wie beispielsweise aus 3b ersichtlich ist.
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In den 2b, 4a und 4b ist ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 2 dargestellt, das sich von dem Ausführungsbeispiel gemäß 2a dadurch unterscheidet, daß der zweiten Hauptelektrode 6 eine Verstelleinrichtung 16 zugeordnet ist, während der Zusatzelektrode 12 keine Verstelleinrichtung zugeordnet ist. 4a zeigt die Position der Elektroden 4, 6, 12 während der ersten Schweißstufe, in der eine indirekte Schweißung ausgeführt wird.
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Um die zweite Schweißstufe (direkte Schweißung) auszuführen, wird die zweite Hauptelektrode 6 mittels der Verstelleinrichtung 16 in 4a nach rechts verstellt, so daß sie in Kontakt mit dem Werkstück 8 gelangt. Zusätzlich werden die Werkstücke 8, 10 zusammen mit der ersten Hauptelektrode 4 in 4a nach rechts bewegt, so daß die Zusatzelektrode 12 außer Eingriff von dem Werkstück 8 gelangt. Falls die Raumkoordinaten, also die räumliche Positionierung der Bleche 8, 10, während des Wechsels der Schweißstufen unverändert bleiben soll, beispielsweise, weil die Werkstücke 8, 10 Bestandteil einer zu verschweißenden Karosserie eines Kraftfahrzeugs sind, wird wie folgt vorgegangen:
Nach Beendigung der ersten Schweißstufe wird die zweite Hauptelektrode 6 mittels der zugeordneten Verstelleinrichtung 16 verstellt, wobei die Verstellung unmittelbar im Anschluß an die erste Schweißstufe oder zeitverzögert erfolgen kann. Hierbei wird die zweite Hauptelektrode 6 in 4a nach rechts bewegt, bis sie in Kontakt mit dem Werkstück 8 gelangt. In dieser Position liegt sowohl die zweite Hauptelektrode 6 als auch die Zusatzelektrode an dem Werkstück 8 an. Um die Zusatzelektrode 12 außer Eingriff von dem Werkstück 8 zu bringen, wird beispielsweise eine Schweißzange, an der die Zusatzelektrode 12 ortsfest angeordnet ist, in 4 nach links bewegt. Da auch die Hauptelektroden 4, 6 an der Schweißzange angeordnet sind, wird bezüglich der Hauptelektroden 4, 6 diese Bewegung der Schweißzange in 4 nach links kompensiert. Hierbei wird die zweite Hauptelektrode 6 mittels der zugeordneten Verstelleinrichtung 16 so verstellt, daß am Ende der Verstellung und nach erfolgter Verschiebung der Schweißzange sich die zweite Hauptelektrode 6 in Kontakt mit dem Werkstück 8 befindet, während die Zusatzelektrode 12 sich außer Eingriff befindet. Außerdem wird bei einer Verschiebung der Schweißzange in 4 nach links die erste Hauptelektrode 4 mittels einer zugeordneten Verstelleinrichtung so nach rechts verstellt, daß die Verschiebung der Schweißzange kompensiert ist. In der dann erreichten und in 4b dargestellten Position befinden sich die Hauptelektroden 4, 6 in Kontakt mit den Werkstücken 10 und 8, so daß in der zweiten Schweißstufe eine direkte Schweißung ausgeführt werden kann. Die zuvor beschriebene Bewegung der Schweißzange mit zugeordneten Verstellungen der Elektroden kann auch bei allen anderen beschriebenen und dargestellten Ausführungsbeispielen vorgenommen werden, wenn die Raumkoordinaten der zu verschweißenden Werkstücke 8, 10 unverändert bleiben sollen.
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Die 2c, 5a und 5b zeigen ein drittes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 2, das die Ausführungsbeispiele gemäß den 2a und 2b kombiniert, indem sowohl der zweiten Hauptelektrode 6 als auch der Zusatzelektrode 12 eine Verstelleinrichtung 16 bzw. 14 zugeordnet ist. Bei dieser Ausführungsform wird zum Wechsel aus der ersten Schweißstufe (5a) in die zweite Schweißstufe (5b) die zweite Hauptelektrode 6 in 5a nach rechts und die Zusatzelektrode 12 in 5a nach links bewegt, so daß die zweite Hauptelektrode 6 in Kontakt mit dem Werkstück 8 und die Zusatzelektrode 12 außer Eingriff von dem Werkstück 8 gelangt. Auf diese Weise erübrigt sich eine Verschiebung der ersten Hauptelektrode 4 sowie der Werkstücke 6, 8 bzw. eine Verschiebung der Schweißzange. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Verstelleinrichtungen 14, 6 gesteuert durch eine Steuerungseinrichtung unabhängig voneinander betätigbar. Die zum Wechsel zwischen der ersten Schweißstufe und der zweiten Schweißstufe erforderlichen Verstellbewegungen der Verstelleinrichtungen 14, 16 können zeitgleich oder zeitlich aufeinanderfolgend durchgeführt werden.
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In den 2d, 6a und 6b ist ein viertes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 2 dargestellt, das sich von dem Ausführungsbeispiel gemäß 2c dadurch unterscheidet, daß die Verstelleinrichtungen 14, 16 hinsichtlich ihres Verstellweges in Reihe geschaltet sind. 6a zeigt die Positionen der Elektroden 4, 6, 12 während der ersten Schweißstufe, und 6b zeigt die Positionen der Elektroden 4, 6, 12 während der zweiten Schweißstufe.
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7 zeigt ein fünftes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 2, das sich von dem Ausführungsbeispiel gemäß 2a, 3a und 3b zunächst dadurch unterscheidet, daß auch der ersten Hauptelektrode 4 eine Zusatzelektrode 18 zugeordnet ist. Außerdem ist der ersten Hauptelektrode 4 eine Verstelleinrichtung 20 zugeordnet. Die Zusatzelektrode 18 und die Verstelleinrichtung 20 sind so aufgebaut und angeordnet, wie dies anhand des Ausführungsbeispiels gemäß 2b für die Zustzelektrode 12 und die Verstelleinrichtung 14 beschrieben worden ist. Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 7 kann mittels der Hauptelektroden 4, 6 eine direkte Schweißung ausgeführt werden. Unter Verwendung der ersten Hauptelektrode 4 sowie der Zusatzelektroden 12', 12'' kann eine indirekte Schweißung ausgeführt werden. Eine indirekte Schweißung kann jedoch auch mittels der zweiten Hauptelektrode 2 und den Zusatzelektroden 18, 18' ausgeführt werden.
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8a verdeutlicht den Stromfluss während der ersten Schweißstufe bei den Ausführungsbeispielen gemäß 2a bis 2d. Die zweite Hauptelektrode 2 und die zugeordneten Zusatzelektroden 12', 12'' sind gleich gepolt, nämlich bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel negativ, während die erste Hauptelektrode 4 gegensätzlich gepolt ist, bei dem Ausführungsbeispiel also positiv. In der ersten Schweißstufe fließt der Schweißstrom von der ersten Hauptelektrode 4 zu den Zusatzelektroden 12, 12', so daß eine indirekte Schweißung ausgeführt wird. 8b verdeutlicht die zweite Schweißstufe, in der der Schweißstrom von der ersten Hauptelektrode 4 zu der zweiten Hauptelektrode 6 fließt, so daß eine direkte Schweißung ausgeführt wird.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist sowohl für das Verschweißen von zwei Werkstücken miteinander, beispielsweise zwei Blechen miteinander, geeignet, wie dies anhand der vorbeschriebenen Ausführungsbeispiele erläutert worden ist. Die erfindungsgemäße Vorrichtung 2 ist jedoch auch zum Verschweißen von mehr als zwei Werkstücken miteinander, insbesondere beim Mehrblechschweißen, einsetzbar, was in den nachfolgenden Ausführungsbeispielen dadurch symbolisiert wird, daß zusätzlich zu den Blechen 8, 10 ein weiteres Blech 19 dargestellt ist.
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9a stellt ein sechstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 2 dar, das sich von dem Ausführungsbeispiel gemäß 2c dadurch unterscheidet, daß nicht nur den Elektroden 6, 12 eine Verstelleinrichtung 14 bzw. 16 zugeordnet ist, sondern auch der ersten Hauptelektrode 4 eine Verstelleinrichtung 20.
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In 9b ist ein siebtes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 2 dargestellt, das sich von dem Ausführungsbeispiel gemäß 9a dadurch unterscheidet, daß die Verstelleinrichtungen 14, 16 hinsichtlich ihres Verstellweges in Reihe geschaltet sind, wie dies bereits für das Ausführungsbeispiel gemäß den 2d, 6a und 6b beschrieben worden ist.
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In 9c ist ein achtes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung dargestellt, das sich von dem Ausführungsbeispiel gemäß 9a dadurch unterscheidet, daß der ersten Hauptelektrode 4 eine Verstelleinrichtung 20 und der zweiten Hauptelektrode eine Verstelleinrichtung 16 zugeordnet ist, während die Zusatzelektrode 12 ortsfest bzw. relativ zu beispielsweise einer Schweißzange nicht verstellbar angeordnet ist. Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 9c vollzieht sich der Wechsel von der ersten Schweißstufe in die zweite Schweißstufe derart, daß die zweite Hauptelektrode 2 zunächst in 9c nach rechts verstellt und in Kontakt mit dem Werkstück 8 gebracht wird. Zusätzlich wird die erste Hauptelektrode 4 und die zweite Hauptelektrode 6 in 9c weiter nach rechts verstellt, so daß die Zusatzelektrode 12 außer Eingriff von dem Werkstück 8 gelangt und sich die Hauptelektroden 4, 6 in Kontakt mit den Werkstücken 10 bzw. 8 befinden. Die zugehörigen Verstellbewegungen der Elektroden 4, 6 können gleichzeitig oder zeitlich aufeindanderfolgend vorgenommen werden. Falls die räumliche Position der Werkstücke 8, 10 während des Wechsels zwischen den Schweißstufen unverändert bleiben soll, kann eine die Elektroden 4, 6, 12 tragende Schweißzange bewegt werden, wie dies für das Ausführungsbeispiel gemäß 2b anhand der 4a und 4b beschrieben worden ist.
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Bei sämtlichen vorgenannten Ausführungsbeispielen wird die Zusatzelektrode 12 bzw. 18 jeweils so gepolt wie die zugeordnete Hauptelektrode 6 bzw. 4.
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In 10 ist ein neuntes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 2 dargestellt, das sich von dem Ausführungsbeispiel gemäß 9c dadurch unterscheidet, daß der ersten Hauptelektrode 4 eine als Doppelelektrode 18', 18'' ausgebildete Zusatzelektrode 18 zugeordnet ist. Der Zusatzelektrode 18', 18'' ist jeweils eine Verstelleinrichtung 22' bzw. 22'' zugeordnet.
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10b zeigt eine Seitenansicht und 10c eine Ansicht von unten des Ausführungsbeispieles gemäß 10a.
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11a zeigt die Vorrichtung 2 gemäß 10a in Kombination mit einer Stromquelle, die im wesentlichen so ausgebildet sein kann, wie dies anhand von 1 für die Vorrichtung 102 gemäß dem Stand der Technik beschrieben worden ist. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist die zweite Hauptelektrode 6 negativ gepolt, während die erste Hauptelektrode 4 und die zugeordnete Zusatzelektrode 18 positiv gepolt sind. Um den Schweißstrom entweder durch die erste Hauptelektrode 4 oder deren Zusatzelektrode 18 (Einzelelektroden 18', 18'') zu leiten, ist ein Schalter 26 vorgesehen. In der ersten Schweißstufe fließt der Schweißstrom durch die Zusatzelektroden 18', 18'' und über die zu verschweißenden Werkstücke 10, 19, 8 zu der zweiten Hauptelektrode 6. 11 zeigt die entsprechende Stellung des Schalters 26. Um die zweite Schweißstufe durchführen zu können, werden die Einzelelektroden 18', 18'' der Zusatzelektrode 18 außer Eingriff von dem Werkstück 10 gebracht und der Schalter 26 in die andere Position bewegt, so daß der Schweißstrom daran anschließend über die erste Hauptelektrode 4, die zu verschweißenden Werkstücke 10, 19, 8 und die zweite Hauptelektrode 6 fließt, so daß eine direkte Schweißung ausgeführt wird.
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11b zeigt das Ausführungsbeispiel gemäß 11a in einer Abwandlung, die darin besteht, daß anstelle eines Transformators 116 zwei Transformatoren 116', 116'' verwendet werden und die Umschaltung zwischen erster und zweiter Schweißstufe primärseitig vorgenommen wird.
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11c zeigt das Ausführungsbeispiel gemäß 11b in einer Abwandlung, die in einer anderen Verschaltung besteht. Als Ergebnis dieser Verschaltung ist die erste Hauptelektrode 4 mit der einen Einzelektrode 18' gleich und die andere Einzelelektrode 18'' entgegengesetzt gepolt.
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11d zeigt eine Abwandlung des Ausführungsbeispieles gemäß 11c, die darin besteht, daß sowohl mit zwei Transformatoren 116', 116'' als auch mit zwei MF-Invertern 114', 114'' gearbeitet wird.
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12 zeigt eine alternative Verschaltung des Ausführungsbeispiels gemäß 11. Hierbei ist die erste Hauptelektrode 4 negativ gepolt, während ihre Zusatzelektroden 20, 20' positiv gepolt sind.
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13 zeigt in einer Seitenansicht (13a), einer Ansicht von oben (13b) und einer Ansicht von unten (13c) eine Abwandlung des Ausführungsbeispieles gemäß 10a. Die Abwandlung besteht darin, daß den Einzelelektroden 18', 18'' der Zusatzelektroden 18 eine gemeinsame Verstelleinrichtung 22 zugeordnet ist.
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Bei sämtlichen beschriebenen Ausführungsbeispielen können die Verstelleinrichtungen so angesteuert werden, daß die zugeordneten Elektroden eine vorbestimmte Kraft auf die zu verschweißenden Werkstücke ausüben. Die so ausgeübte Kraft kann gesteuert oder geregelt werden.
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Die Verstelleinrichtungen sind bei sämtlichen beschriebenen Ausführungsbeispielen als Linearantriebe ausgebildet, die eine Verstellung der zugeordneten Elektrode entlang einer linearen Verstellachse ausführen. Es ist jedoch auch möglich, Antriebe zu verwenden, bei denen die Verstellbewegung einer anderen Kinematik folgt.
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Während des Wechsels zwischen der ersten Schweißstufe und der zweiten Schweißstufe wird vorteilhafterweise die Stromquelle so angesteuert, daß der Schweißstrom reduziert oder abgeschaltet wird. Sobald der Wechsel zwischen den Schweißstufen ausgeführt worden ist, kann der Schweißstrom wieder angeschaltet oder angehoben werden.
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Die Schweißstufen können in beliebiger zeitlicher Abfolge vorgesehen sein, indem beispielsweise zuerst die zweite Schweißstufe und zeitlich darauf folgend die erste Schweißstufe ausgeführt werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- JP 06246462 [0004, 0005]
- DE 102010023853 [0005]
- JP 2003251468 [0006]
- DE 102007020211 [0007]
- EP 1590086 [0008]
- WO 2010/066414 [0009, 0012]