CN111278594B - 栓柱焊枪 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于将焊接栓柱(420)沿焊接方向(410)焊接到基材上的紧固***(400)，该紧固***包括限定该焊接方向的焊枪(440)，以及该焊接栓柱，其中，该焊枪具有用于在焊接过程期间固持该焊接栓柱的固持装置(444)，以及外轮廓，其中，该焊接栓柱包括接触表面(425)，该接触表面被设置用于在该焊接过程之前和/或期间与基材相接触，并且其中，能够从该接触表面开始到该外轮廓上画切线(460)，当该焊接栓柱被该固持装置固持并且该接触表面与该基材接触时，该切线与该焊接方向围成小于60°的角。

Description

栓柱焊枪

技术领域

概括地说，本发明涉及一种用于将焊接栓柱沿焊接方向焊接到基材的紧固***。

背景技术

存在多种已知装置和方法，在不同的应用中，通过这些装置和方法将多种不同栓柱紧固到基材上。例如，使得栓柱与基材接触并且向其施加电流。出于此目的，用导电的栓柱固持器固持栓柱。

一旦电流在栓柱与基材之间流动，就将栓柱从基材提起以形成电弧。释放出的能量使得栓柱和基材的材料部分液化。然后断开电流并且将栓柱沉降入液化的材料中，同时此材料冷却并且变成固体。于是栓柱就以整体结合的方式连接至基材。

为了提供使栓柱和基材的材料在足够短的时间内液化所必需的能量，存在已知装置，这些装置产生非常高强度的电流并且使用相应规制的电缆将该电流馈送至栓柱。为了避免液化的材料氧化，已知的是，用惰性气体包围栓柱与基材之间的接触面积。

例如在建筑或造船应用的情况下中，使用了用于将物体拧紧到其上的多种不同尺寸的螺柱，以便将物体紧固到基材上。紧固方法的一些参数(例如持续时间和电流的电功率)由使用者在装置上设定并且使得其与所使用的栓柱相适配。使用者最后借助于视觉检查来评估栓柱与基材之间的连接品质。因此，连接品质还取决于使用者的经验和能力。然而，当栓柱抵靠基材放置时，栓柱对使用者来说是不可见的。

发明内容

本发明的目的是提供一种使得将栓柱紧固至基材更容易和/或有所改进的装置和/或方法。

此目的在以下情况下得以实现，即，一种用于将焊接栓柱沿焊接方向焊接到基材上的紧固***，该紧固***包括限定该焊接方向的焊枪，以及该焊接栓柱，其中，该焊枪具有用于在焊接过程期间固持该焊接栓柱的固持装置，以及外轮廓，其中，该焊接栓柱包括接触表面，该接触表面被设置用于在该焊接过程之前和/或期间与基材相接触，并且其中，能够从该接触表面开始到该外轮廓上画切线，当该焊接栓柱被该固持装置固持并且该接触表面与该基材接触时，该切线与该焊接方向围成小于60°、优选地小于45°、特别优选地小于30°的角。焊枪优选地具有壳体，该壳体限定外轮廓或外轮廓的一部分。

有利实施例的特征在于，该焊枪具有固持弹簧以及具有支承表面的支承元件，该固持弹簧作用在该固持装置上，并且在于，能够反抗该固持弹簧的弹簧力使得该固持装置与该焊接栓柱一起相对于该支承元件与该焊接方向相反地移动，直到该焊接栓柱的接触表面和该支承表面被布置在沿该焊接方向的相同高度处。

有利实施例的特征在于，该焊枪具有接触压力元件，该接触压力元件具有接触压力表面和接触压力弹簧，该接触压力弹簧作用在该接触压力元件上，并且其中，能够反抗该接触压力弹簧的弹簧力使得该接触压力元件相对于该支承元件与该焊接方向相反地移动，直到该焊接栓柱的接触表面和该接触压力表面被布置在沿该焊接方向的相同高度处。如在该焊接方向上看到的，该接触压力表面优选地被布置在该接触表面与该支承表面之间。

本申请的另一方面的特征在于，该支承元件在与该焊接方向相关的圆周方向上基本上封闭并且具有弯曲的出口通道。出口通道优选地具有多个弯曲部。

具体实施方式

以下将基于示例性实施例并参考附图更详细地解释本发明。在附图中：

图1示意性地示出了焊接装置，

图2以部分纵向截面图示出了焊接组件，

图3以部分纵向截面图示出了焊接组件，

图4示出了紧固***，并且

图5示出了支承元件。

图1中，示意性地表示了用于将焊接栓柱20焊接到基材30的焊接装置10。焊接栓柱20的材料和基材30的材料是导电的、特别是金属的。焊接装置10包括：带有形成为按钮开关的触发开关41的焊枪40、焊接单元50、第一电缆61、带有连接端子63的第二电缆62、形成为例如电力电缆的供电电缆64、通信电线65、形成为气瓶的气体储器70、管状气体供应管线71、以及气体软管72。

第一电缆61用于通过焊接单元50向焊接栓柱20供应电流。第二电缆62用于当连接端子63被夹在基材30上时，将基材30电连接至焊接单元50。当焊接栓柱20与基材30相接触时，回路闭合，使得可以通过焊接单元50将例如直流或交流形式的焊接电流施加到焊接栓柱20上。出于此目的，焊枪40包括焊接电流接触元件(图1中未示出)。焊接单元50包括用于将来自供电电缆64的电流转化为焊接电流的装置(未示出)，该装置包括例如电容器、晶闸管、带有隔离栅电极的双极型晶体管或属于功率电子器件的其他部件、以及还有带有微处理器的相关联的控制单元，以便以期望的电压和电流强度提供焊接电流。

气体供应管线71和气体软管72用于向焊接栓柱20与基材30之间的接触区域供应来自气体储器70的惰性气体，以便保护接触区域在焊接操作期间不会因为周围氧气而氧化。为了控制到接触区域的气体流，气体储器70、气体供应管线71、焊接单元50、气体软管72或焊枪40包括阀，特别是可控阀(未示出)。

焊接单元50具有带有致动元件52的输入装置51、以及还有带有视觉显示元件54和无线传输单元的输出装置53。输入装置51用于由焊接装置10的使用者输入要使用焊接装置10进行的焊接方法的参数，例如焊接电流的电压、电流强度、功率和持续时间、栓柱的位置和速度等。输出装置53用于向使用者输出信息，例如关于焊接方法的参数的信息、关于焊接方法的检测到的排放量或其他变量的信息、关于焊接操作的品质的信息、关于改进焊接操作的措施的信息、关于焊接栓柱的检测到的特征的信息或从上述变量推导出的信息，和/或针对清洁和/或维护焊接装置10(特别是焊枪40)的建议或指导。

通信线65用于在焊枪40、特别是焊枪40的控制装置(图1中未示出)与焊接单元50、特别是控制单元和/或输入装置51和/或输出装置53之间进行通信。例如借助于这种通信来完成关于焊接操作的参数的信息交换，以便例如实现或利于使得焊接电流与焊接栓柱20的移动相同步。在未示出的示例性实施例的情况下，焊枪与焊接单元之间的通信通过无线电或借助于承载焊接电流的第一电缆无线地进行。

焊枪40具有带有开口46的壳体42，带有触发开关41的手柄43从该壳体伸出。焊枪40还具有栓柱固持器44，焊接栓柱20在焊接操作期间被固持在该栓柱固持器上。出于此目的，栓柱固持器包括例如两个、三个、四个或更多个弹性臂(未详细示出)，焊接栓柱20***并且借助于夹紧配合固持在这些弹性臂之间。为了向焊接栓柱20施加焊接电流，焊枪40还具有例如以这些弹性臂中的一个或多个弹性臂形式的集成在栓柱固持器44中的焊接电流接触元件。

焊枪40还具有用于控制焊枪的和焊接单元50的这些不同部件和装置的控制装置99。控制装置99旨在控制焊接操作的一个或多个参数。出于此目的，控制装置99包括多种不同电子部件，例如一个或多个微处理器、一个或多个临时或永久性数据存储器等。

焊枪40还具有形成为第一提升磁体的栓柱提升装置，当栓柱提升装置被启用时，该栓柱提升装置使得背离开口46的力向后(图1中向上)作用于栓柱固持器44。经由信号线(未示出)，控制装置99与栓柱提升装置通信以便控制栓柱提升装置，特别是使其启用和解除启用。

焊枪40还具有形成为弹簧元件或第二提升磁体的栓柱沉降装置，当栓柱沉降装置启用时，该栓柱沉降装置将朝向开口46的力向前(图1中向下)作用于栓柱固持器44。经由信号线(未示出)，控制装置99与栓柱沉降装置通信以便控制栓柱沉降装置，特别是使其启用和解除启用。如果栓柱沉降装置采用弹簧元件的形式，那么当栓柱固持器通过栓柱提升装置向后移动时，此弹簧元件优选地张紧，其结果是，一旦栓柱提升装置解除启用，弹簧元件就使栓柱固持器向前移动。

在利用焊接设备10的焊接过程中，首先提供基材30和栓柱20。在进一步步骤中，使用者经由输入装置来输入例如关于随后的焊接操作的期望参数的信息。在进一步步骤中，通过焊接单元50借助于第一电缆61和第二电缆62向焊接栓柱20施加焊接栓柱20与基材30之间的焊接电流。在进一步步骤中，借助于栓柱提升装置将焊接栓柱20从基材提起，同时维持焊接电流在焊接螺20与基材30之间流动，在焊接栓柱20与基材30之间形成电弧。特别地，由于电弧所产生的热量，焊接栓柱20和/或基材30的材料于是部分地液化。在进一步步骤中，借助于栓柱沉降装置将焊接栓柱20沉降入焊接栓柱20的或基材30的液化的材料。焊接栓柱20的或基材30的液化的材料接着凝固，使得焊接栓柱20以整体结合方式连接至基材30。

图2展示了具有焊接栓柱220和栓柱固持器244的焊接组件200。焊接栓柱220具有：柄部240，该柄部限定纵向方向230并且设置有设计为外螺纹的附接器件250、被设置用于在焊接过程期间液化的在端处的焊接区域260、以及固持器件270，该固持器件设计为呈圆周延伸的凹陷、优选地凹槽，并且该固持器件沿纵向方向230布置在焊接区域260与附接器件250之间。栓柱固持器244具有固持装置280，该固持装置被设计为呈圆周延伸的突出部，并且固持器件270与该固持装置相接合以便在例如使用焊接装置10(图1)的焊接过程期间固持焊接栓柱220。

栓柱固持器244是用于将焊接栓柱220焊接到基材的焊枪(未具体示出)的一部分，例如该焊枪的设计与焊枪40(图1)类似。固持装置280被布置在焊枪的前端处，其结果是例如，当栓柱沉降装置使得栓柱固持器244向前移动时，焊接栓柱220朝向基材向前移动。在固持装置280后方，焊枪、特别是栓柱固持器244具有用于焊接栓柱的附接器件250的、基本上被设计为空腔的插座290。

借助于这种布置，一方面，保护附接器件250免于被固持装置280损伤，另一发面，确保了无论其柄部240和/或附接器件250的长度是多少，固持装置280都将焊接栓柱固持在期望位置上。此外，可以将单一栓柱固持器用于具有不同附接器件、特别是具有不同尺寸的附接器件的焊接栓柱。

图3展示了具有第二焊接栓柱320和图2的栓柱固持器244的第二焊接组件300。第二焊接栓柱320同样地具有柄部340，该柄部限定纵向方向330并且设置有设计为外螺纹的附接器件350、被设置用于在焊接过程期间液化的在端处的焊接区域360、以及第二固持器件370，该第二固持器件被设计为呈圆周延伸的凹陷、沿纵向方向330布置在焊接区域360与附接器件350之间并且具有与图2示出的焊接栓柱220的固持器件270相同的形状和相同的尺寸。

焊接栓柱320的附接器件350相比于焊接栓柱220的附接器件250具有较小直径并且因此当焊接栓柱350被固持装置280固持成与固持器件370接合时同样地被接纳在插座290中。焊接栓柱220和第二焊接栓柱320因而是根据本申请的紧固***的一部分。在此，焊接栓柱220的焊接区域260的形状和尺寸与第二焊接栓柱320的焊接区域360相同。这使得可以使用相同的焊接参数(例如焊接电流强度、电压、焊接电流持续时间等)将具有不同的附接器件、特别是不同尺寸的附接器件的焊接栓柱焊接到基材。

图4展示了被提供用于将焊接栓柱420沿焊接方向410焊接到基材430的紧固***400。除了焊接栓柱420，紧固***400还包括焊枪440，该焊枪限定焊接方向430并且具有壳体450和手柄460。焊枪具有固持装置444，该固持装置被设计为栓柱固持器并且具有栓柱插座(未具体示出)以便在焊接过程期间固持焊接栓柱420，焊接栓柱420可以***该插座中并且优选地通过夹紧作用而固持住。焊接栓柱420的接触表面425在焊接过程之前和/或期间与基材430相接触。可以从接触表面425开始到焊枪440的外轮廓上画切线460，该切线与焊接方向410围成20°的角。这使得紧固***400的使用者能够清楚地看到焊接栓柱420与基材430的接触点，至少直到接触表面425与基材430相接触之前都是如此。

焊枪440具有固持弹簧470以及支承元件480，该固持弹簧在焊接方向410上作用于固持装置444，该支承元件具有面向焊接方向410的支承表面481。可以反抗固持弹簧470的弹簧力使得固持装置444与焊接栓柱420一起相对于支承元件480与焊接方向410相反地移动接触压力路程A，直到焊接栓柱420的接触表面425和支承表面481被布置在沿焊接方向410的相同高度处。接触压力路程A是从接触表面425与基材430相接触时开始，在焊接过程开始之前焊枪440仍然必须在焊接方向410上移动的距离。

焊枪具有接触压力元件490，该接触压力元件具有围绕支承元件480的引导环491、以及两个、三个或更多个接触压力臂492，每个接触压力臂具有接触压力表面493。接触压力臂492刚性地连接至引导环491，该引导环可以在焊接方向410上移动并且在此过程期间由支承元件480引导。焊枪还具有至少一个接触压力弹簧495，在考虑的示例中具有两个此类弹簧，这些弹簧使得接触压力元件490、在考虑的示例中引导环491在焊接方向410上承受弹簧力。

可以反抗接触压力弹簧495的弹簧力使得接触压力元件490相对于支承元件480与焊接方向410相反地移动，直到焊接栓柱420的接触表面425和接触压力表面493被布置在沿焊接方向410的相同高度处。如在焊接方向410上看到的，接触压力表面493被布置在接触表面425与支承表面481之间。这确保了，在将紧固***400放置在基材430上的过程中，焊接栓柱420的接触表面425首先与基材430接触，然后是接触压力元件490的接触压力表面493、并且最后是支承元件480的支承表面481。一旦支承元件480搁置在基材430上，使用者就可以借助于触发元件498开始焊接过程。

焊接栓柱420的可见性使得使用者更容易将接触表面425放置在基材430上、在期望的焊接点处或借助于焊枪440、特别是其手柄460来矫正接触表面425的位置。由于使用者可以在接触压力臂492之间看到，因此可以从接触表面425开始到支承元件480、或如考虑的示例中到引导环491画决定视角的切线。一旦接触压力表面493搁置在基材430上，焊枪440就被尤其防止滑动地支撑在期望位置上。出于此目的，接触压力表面493优选地由弹性体构成。

接触压力弹簧495用于在已经将焊枪440从基材430拿起之后，例如在焊接过程之后使得接触压力元件490复位。固持弹簧470用于作为沉降装置在已经将焊枪440从基材拿起之后和/或在焊接过程期间将固持装置444复位，这使得之前由被设计为提升磁体的提升装置499从基材移开的焊接栓柱浸到焊接熔池中。

图5展示了具有用于支承基材530的支承表面581的支承元件500。支承元件500是用于将焊接栓柱520沿焊接方向510焊接到基材530的焊枪(未进一步示出)的一部分。支承元件500在与焊接方向510相关的圆周方向上基本上封闭并且具有例如用于围绕焊接栓柱520流动的保护气体的出口通道540。图5示出了出口通道540具有两个拐弯，因而减小、特别是避免热辐射逃逸或热材料逃逸的风险。出口通道540具有用于支撑在基材530上的支撑脚550，该支撑脚例如包括弹性体或由弹性体构成。

本发明已经基于用于将第一物体紧固到第二物体的***的示例以及焊枪的示例进行了描述。在这种情况下，描述的实施例的特征还可以按照期望在单一紧固装置内彼此结合。应注意的是，根据本发明的装置还适用于其他目的。

Claims (7)

1.一种用于将焊接栓柱沿焊接方向焊接到基材上的紧固***，该紧固***包括限定该焊接方向的焊枪，以及该焊接栓柱，其中所述焊接方向与所述基材的表面垂直，其中，该焊枪具有用于在焊接过程期间固持该焊接栓柱的固持装置，和带有支承表面的支承元件，以及接触压力元件，该接触压力元件具有围绕所述支承元件的引导环以及多个接触压力臂,其中所述支承元件围绕所述固持装置 并且所述接触压力臂刚性连接至所述引导环，其中，该焊接栓柱包括接触表面，该接触表面被设置用于在该焊接过程之前和/或期间与基材相接触，并且其中，能够从该接触表面开始到该引导环画切线，当该焊接栓柱被该固持装置固持并且该接触表面与该基材接触时，该切线与该焊接方向围成小于30°的角。

2.如权利要求1所述的紧固***，其中，当该焊接栓柱被该固持装置固持并且该接触表面与该基材接触时，该切线与该焊接方向围成小于20°的角。

3.如前述权利要求中任一项所述的紧固***，其中，该焊枪具有固持弹簧，该固持弹簧作用在该固持装置上，并且其中，能够反抗该固持弹簧的弹簧力使得该固持装置与该焊接栓柱一起相对于该支承元件与该焊接方向相反地移动，直到该焊接栓柱的接触表面和该支承表面被布置在沿该焊接方向的相同高度处。

4.如权利要求3所述的紧固***，其中，该接触压力元件具有接触压力表面和接触压力弹簧，其中，每个接触压力臂均具有接触压力表面且所述接触压力弹簧使得所述引导环在焊接方向上承受弹簧力，该接触压力弹簧作用在该接触压力元件上，并且其中，能够反抗该接触压力弹簧的弹簧力使得该接触压力元件相对于该支承元件与该焊接方向相反地移动，直到该焊接栓柱的接触表面、该接触压力表面和该支承表面被布置在沿该焊接方向的相同高度处。

5.如权利要求4所述的紧固***，其中，如在该焊接方向上看到的，该接触压力表面被布置在该接触表面与该支承表面之间。

6.如权利要求1或2所述的紧固***，其中，该支承元件在与该焊接方向相关的圆周方向上基本上封闭并且具有弯曲的出口通道。

7.根据权利要求6所述的紧固***，其中，所述出口通道具有多个弯曲部。

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