DE102016110813B4

DE102016110813B4 - Method for preventing sticking and contamination of resistance welding electrodes during resistance welding

Info

Publication number: DE102016110813B4
Application number: DE102016110813.8A
Authority: DE
Inventors: Joachim Löffler
Original assignee: Kumatec Sondermaschinenbau & Kunststoffverarbeitung GmbH
Current assignee: Loeffler Joachim Dr De
Priority date: 2016-06-13
Filing date: 2016-06-13
Publication date: 2021-02-11
Anticipated expiration: 2036-06-14
Also published as: DE102016110813A1

Abstract

Verfahren zum Verhindern des Verklebens und der Verschmutzung von Widerstandsschweißelektroden eines Schweißkopfs für eine Einrichtung zum Widerstandsschweißen mit einem Elektrodenhalter (14), einer Elektrode (12), einer Lagereinrichtung, über welche der Elektrodenhalter (14) und die Elektrode (12) in einer Aufnahme des Schweißkopfs (10) gelagert sind, und einer Antriebseinheit, wobei- der Elektrodenhalter (14) über die Lagereinrichtung drehbar um die Längsachse der Elektrode (12) in der Aufnahme gelagert und die Lagereinrichtung ein Nadellager ist,- der Elektrodenhalter (14) und die Elektrode (12) über die Antriebseinheit drehbar sind, und- der Elektrodenhalter (14) und die Elektrode (12) über die Antriebseinheit während des Widerstandsschweißens mit einer Geschwindigkeit zwischen 5 und 20 Umdrehungen pro Minute gedreht werden und diese Drehbewegung keine Wärme in die Verbindung einbringt.Method for preventing sticking and contamination of resistance welding electrodes of a welding head for a device for resistance welding with an electrode holder (14), an electrode (12), a bearing device via which the electrode holder (14) and the electrode (12) are in a receptacle of the Welding head (10), and a drive unit, the electrode holder (14) being rotatably mounted in the receptacle about the longitudinal axis of the electrode (12) via the bearing device and the bearing device being a needle bearing, the electrode holder (14) and the electrode (12) are rotatable via the drive unit, and- the electrode holder (14) and the electrode (12) are rotated via the drive unit during resistance welding at a speed between 5 and 20 revolutions per minute and this rotary movement does not introduce any heat into the connection.

Description

Es wird ein Verfahren zum Verhindern des Verklebens und der Verschmutzung von Widerstandsschweißelektroden beim Widerstandsschweißen beschrieben.A method is described for preventing sticking and contamination of resistance welding electrodes during resistance welding.

Beim Widerstandsschweißen werden zwei elektrisch leitfähige Werkstücke mittels elektrischen Stroms, der über zwei gegenüberliegende Elektroden geführt wird, miteinander verbunden, wobei die Werkstücke in ihrem Verbindungsbereich durch den Stromfluss erwärmt werden und eine Verbindung eingehen.In resistance welding, two electrically conductive workpieces are connected to one another by means of an electric current that is passed over two opposing electrodes, the workpieces being heated in their connection area by the flow of current and forming a connection.

Für das Widerstandsschweißen existieren weitere Arten. Bei der Verbindung zweier Werkstücke über zwei gegenüberliegende, im Wesentlichen stab- oder zylinderförmige Elektroden tritt häufig das Problem auf, dass die Kontaktflächen der Elektroden, insbesondere der Elektrode, über welche der Strom eingebracht wird, verschmutzen. Das Verschmutzen entsteht bspw. durch ein Anhaften des Materials eines der Werkstücke. Nach mehrmaligen Widerstandsschweißen muss dann die Elektrode gereinigt oder ausgetauscht werden. Dies führt zu Ausfallzeiten und zu erhöhten Kosten.There are other types of resistance welding. When two workpieces are connected via two opposite, essentially rod-shaped or cylindrical electrodes, the problem often arises that the contact surfaces of the electrodes, in particular the electrode through which the current is introduced, become dirty. The soiling occurs, for example, when the material of one of the workpieces adheres. After repeated resistance welding, the electrode must then be cleaned or replaced. This leads to downtime and increased costs.

DE 10 2006 035 147 A1 offenbart ein Verfahren und eine Schweißeinrichtung zum elektrischen Impulsschweißen von Werkstücken, wobei die Schweißeinrichtung eine Stromquelle und zustellbare Elektroden aufweist. Die Werkstücke werden zum Schweißen plan aufeinander gelegt und mit mindestens einer Elektrode geschweißt, welche eine verkleinerte stromführende Kontaktfläche zum Werkstück aufweist. Dadurch kann auf die bisher zum Impulsschweißen erforderlichen Schweißbuckel verzichtet werden. Das in DE 10 2006 035 147 A1 offenbarte Verfahren eignet sich insbesondere bei Werkstücken oder Blechen aus metallischen Werkstoffen mit Oxidoberflächen, wobei die an den Kontaktstellen zwischen den Blechen bestehende Oxidschicht den Übergangswiderstand erhöht und für eine Temperaturerhöhung sorgt, die für die Schweißung günstig ist. Die an den außen liegenden Werkstückoberflächen befindliche Oxidschicht kann vor oder während des Schweißvorgangs entfernt werden, wodurch der Stromübergang von den Elektroden auf die Werkstücke verbessert wird. Die Schweißeinrichtung kann hierfür eine Dreheinrichtung oder dergl. aufweisen, mit der über eine Bewegung der angepressten Elektroden die Oxidschicht zerstört und entfernt werden kann. DE 10 2006 035 147 A1 discloses a method and a welding device for electrical pulse welding of workpieces, the welding device having a power source and adjustable electrodes. For welding, the workpieces are placed flat on top of one another and welded with at least one electrode which has a reduced current-carrying contact surface with the workpiece. This means that the welding bumps previously required for pulse welding can be dispensed with. This in DE 10 2006 035 147 A1 The method disclosed is particularly suitable for workpieces or sheets made of metallic materials with oxide surfaces, the oxide layer existing at the contact points between the sheets increasing the contact resistance and ensuring a temperature increase that is favorable for the weld. The oxide layer on the outer workpiece surfaces can be removed before or during the welding process, which improves the current transfer from the electrodes to the workpieces. For this purpose, the welding device can have a rotating device or the like, with which the oxide layer can be destroyed and removed by moving the pressed-on electrodes.

Jedoch ist die Dreheinrichtung von DE 10 2006 035 147 A1 nur eine Möglichkeit, um die Oxidschicht zu entfernen. Anstelle einer Dreheinrichtung kann eine Rütteleinrichtung und dergleichen vorgesehen sein.However, the rotating device is from DE 10 2006 035 147 A1 just one way to remove the oxide layer. Instead of a rotating device, a vibrating device and the like can be provided.

Nachteilig bei der aus dem Stand der Technik bekannten Vorrichtung und dem Verfahren ist jedoch, dass die Dreheinrichtung wartungsintensiv ist. Um eine Isolierung der Stromführenden Elektrode und des Elektrodenhalters zu erreichen, wird beim Stand der Technik eine Kunststoffhülse vorgesehen. Innerhalb der Kunststoffhülse ist der Elektrodenhalter verschiebbar gelagert, um ein Nachsenken des Elektrodenhalters mit der Elektrode zu ermöglichen. Hierbei kommt es jedoch im Laufe der Zeit zu einer Beschädigung des Kunststoffs und damit zu einem großen Spiel zwischen dem Elektrodenhalter und der Kunststoffhülse, die in einer entsprechenden Aufnahme eines Schweißkopfes vorgesehen ist.The disadvantage of the device and method known from the prior art, however, is that the rotating device is maintenance-intensive. In the prior art, a plastic sleeve is provided in order to isolate the current-carrying electrode and the electrode holder. The electrode holder is displaceably mounted within the plastic sleeve in order to enable the electrode holder with the electrode to be lowered. In the course of time, however, the plastic becomes damaged and there is thus a large play between the electrode holder and the plastic sleeve, which is provided in a corresponding receptacle of a welding head.

Vor allem bei einem Nachsenken der Elektrode wird durch die relative Bewegung des Elektrodenhalters zu der Kunststoffhülse die Kunststoffhülse beschädigt. Die Kunststoffhülse muss dann ausgetauscht werden. Dies führt zu erheblichen Stillstandszeiten und zu erhöhten Kosten.Especially when the electrode is lowered, the movement of the electrode holder relative to the plastic sleeve damages the plastic sleeve. The plastic sleeve must then be replaced. This leads to considerable downtime and increased costs.

EP 2 596 897 B1 offenbart eine Punktschweißvorrichtung zur Verwendung im Karosseriebau mit als Schweißelektroden aus-gebildeten Kappen, wobei die Kappen jeweils an einem Schaft auswechselbar angeordnet und gegeneinander oder auf ein Werkstück aufsetzbar sind. Die Kappen sind unter Betriebsdruck oder einem geringen oder erheblich geringeren Anfangsdruck zur Entfernung des Abbrandes um ein begrenztes Maß in entgegengesetzten Richtungen drehbar. Hierzu kann eine als Elektrode ausgebildete Kappe direkt motorisch angetrieben werden, wobei die Kappe über ein Nadellager auf dem zugehörigen Elektrodenhalter angeordnet ist. EP 2 596 897 B1 discloses a spot welding device for use in bodywork with caps designed as welding electrodes, the caps each being arranged interchangeably on a shaft and being placed against one another or on a workpiece. The caps can be rotated a limited amount in opposite directions under operating pressure or at a low or significantly lower initial pressure to remove the burn. For this purpose, a cap designed as an electrode can be driven directly by a motor, the cap being arranged on the associated electrode holder via a needle bearing.

Aus dem Stand der Technik sind aus den Druckschriften WO 2012/026800 A1 , EP 1 430 986 A1 , KR 10 2007 061 937 A und JP 2007-268543 A Schweißvorrichtungen bekannt, die das Widerstandsschweißen und mit dem Reibschweißen kombinieren, um hierdurch zusätzlich Wärme einzubringen. Als Folge dessen kommt es bei diesen Vorrichtungen zu einer starken Verschmutzung der Elektroden.From the prior art are from the publications WO 2012/026800 A1 , EP 1 430 986 A1 , KR 10 2007 061 937 A and JP 2007-268543 A Welding devices are known that combine resistance welding and friction welding in order to introduce additional heat. As a result of this, the electrodes in these devices become very dirty.

Aufgabe ist es daher, ein Verfahren zum Widerstandsschweißen anzugeben, wobei eine Verschmutzung der Elektrode verhindert wird, und wobei ohne Beschädigung einer Lagereinrichtung ein zuverlässiges und spielfreies Verlagern des Elektrodenhalters und der Elektrode bereitgestellt werden.The object is therefore to specify a method for resistance welding, wherein contamination of the electrode is prevented, and wherein a reliable and play-free displacement of the electrode holder and the electrode is provided without damaging a bearing device.

Die Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den in Anspruch 1 angegebenen technischen Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen im Detail angegeben.The object is achieved by a method with the technical features specified in claim 1. Advantageous further developments are given in detail in the subclaims.

Bei einem Verfahren zum Verhindern des Verklebens und der Verschmutzung von Widerstandsschweißelektroden eines Schweißkopfs für eine Einrichtung zum Widerstandsschweißen mit einem Elektrodenhalter, einer Elektrode, einer Lagereinrichtung, über welche der Elektrodenhalter und die Elektrode in einer Aufnahme des Schweißkopfs gelagert sind, und einer Antriebseinheit, das die vorstehend genannte Aufgabe löst,

- ist der Elektrodenhalter über die Lagereinrichtung drehbar um die Längsachse der Elektrode in der Aufnahme gelagert, wobei die Lagereinrichtung ein Nadellager ist,
- sind der Elektrodenhalter und die Elektrode über die Antriebseinheit drehbar, und
- werden der Elektrodenhalter und die Elektrode über die Antriebseinheit während des Widerstandsschweißens mit einer Geschwindigkeit zwischen 5 und 20 Umdrehungen pro

In a method of preventing sticking and contamination of Resistance welding electrodes of a welding head for a device for resistance welding with an electrode holder, an electrode, a bearing device, via which the electrode holder and the electrode are mounted in a receptacle of the welding head, and a drive unit which achieves the above-mentioned object,

- The electrode holder is rotatably mounted about the longitudinal axis of the electrode in the receptacle via the bearing device, the bearing device being a needle bearing,
- the electrode holder and the electrode can be rotated via the drive unit, and
- the electrode holder and the electrode are driven by the drive unit during resistance welding at a speed between 5 and 20 revolutions per

Minute gedreht, wobei diese Drehbewegung keine Wärme in die Verbindung einbringt.Minute rotated, whereby this rotational movement does not bring any heat into the connection.

Über das Nadellager wird eine spielfreie Lagerung des Elektrodenhalters sichergestellt, ohne dass es zu einer Beschädigung der Lagereinrichtung für den Elektrodenhalter kommt. Daher kann der Schweißkopf über einen langen Zeitraum benutzt werden. Die Wartungsintervalle für den Schweißkopf verlängern sich dadurch erheblich. Zusätzlich erlaubt ein Nadellager eine Absenkbewegung des Elektrodenhalters und damit eine relative, koaxiale Bewegung des Elektrodenhalters zu dem Nadellager, ohne dass es zu einer Beschädigung des Nadellagers kommt. Bei konventionellen Lagereinrichtungen für einen Schweißkopf kommt es häufig zu einem Verkanten und damit zu einer Beschädigung der Lagereinrichtung, welche in der Regel als Kunststoffhülse ausgebildet ist. Der Elektrodenhalter besteht aus einem Metall und kann dadurch leicht die Kunststoffhülse beschädigen. Insbesondere treten bei einem Schweißvorgang hohe Temperaturen auf. Die hohen Temperaturen stellen eine zusätzliche Belastung für Kunststoffhülsen aus dem Stand der Technik dar. Ein Nadellager aus Metall hingegen, wird durch hohe Temperaturen nicht so stark beansprucht wie Kunststoffhülsen.A backlash-free mounting of the electrode holder is ensured via the needle bearing, without the bearing device for the electrode holder being damaged. Therefore, the welding head can be used for a long time. The maintenance intervals for the welding head are extended considerably as a result. In addition, a needle bearing allows a lowering movement of the electrode holder and thus a relative, coaxial movement of the electrode holder to the needle bearing without the needle bearing being damaged. In the case of conventional bearing devices for a welding head, the bearing device, which is usually designed as a plastic sleeve, is often tilted and thus damaged. The electrode holder is made of a metal and can easily damage the plastic sleeve. In particular, high temperatures occur during a welding process. The high temperatures represent an additional burden for plastic sleeves from the prior art. A needle roller bearing made of metal, on the other hand, is not as stressed by high temperatures as plastic sleeves.

In Abhängigkeit der Ausbildung des Nadellagers kann bei dem hierin beschriebenen Schweißkopf eine koaxiale Bewegung des Elektrodenhalters relativ zu dem Nadellager durchgeführt werden, ohne dass es zu einer Beschädigung des Nadellagers kommt.Depending on the design of the needle bearing, in the case of the welding head described here, a coaxial movement of the electrode holder relative to the needle bearing can be carried out without the needle bearing being damaged.

Die Lagerung des Elektrodenhalters über das Nadellager stellt damit über einen langen Zeitraum ein spielfreies Absenken des Elektrodenhalters und Verdrehen des Elektrodenhalters mit der Elektrode sicher. Insbesondere ermöglicht der Schweißkopf bei einem Schweißvorgang ein Verdrehen des Elektrodenhalters und der Elektrode, sodass ein Ankleben der Elektrode während des Schweißvorgangs verhindert wird. Gleichzeitig wird durch die Drehbewegung die Elektrode sauber gehalten, wodurch Reinigungsintervalle der Elektrode ebenfalls verlängert werden. Darüber hinaus muss die Elektrode deswegen auch seltener ausgetauscht werden, was sich kostengünstig auswirkt.The positioning of the electrode holder on the needle bearing ensures that the electrode holder is lowered without play and that the electrode holder is rotated with the electrode over a long period of time. In particular, the welding head enables the electrode holder and the electrode to be rotated during a welding process, so that the electrode is prevented from sticking during the welding process. At the same time, the rotation keeps the electrode clean, which also extends the cleaning intervals for the electrode. In addition, the electrode also has to be replaced less often, which is cost-effective.

Die Drehgeschwindigkeit der Elektrode liegt im Bereich zwischen 5 bis 20 U/min. Die Drehbewegung selbst bringt keine Wärme in die Verbindung ein und fällt daher relativ gering aus. Dadurch ergeben sich auch weniger Belastungen für das Nadellager.The speed of rotation of the electrode is in the range between 5 and 20 rpm. The rotary movement itself does not bring any heat into the connection and is therefore relatively small. This also results in less stress on the needle bearing.

Der Schweißkopf kann in weiteren Ausführungsformen eine Isolierung aufweisen, über welche der Elektrodenhalter und die Elektrode gegenüber der Aufnahme des Schweißkopfs elektrisch isoliert sind.In further embodiments, the welding head can have insulation by means of which the electrode holder and the electrode are electrically insulated from the receptacle of the welding head.

Dabei kann die Isolierung durch mindestens eine Komponente des Nadellagers gebildet sein. Das Nadellager besteht in der Regel aus Komponenten aus einem speziell dafür vorgesehenen Metall. Nadellager sind aus dem Stand der Technik bekannt, wobei in Abhängigkeit der Ausbildung des Schweißkopfs, vor allem im Hinblick auf die verwendeten Stromstärken und Abmaße, ein entsprechendes Nadellager gewählt wird. Ebenso ist die Isolierung durch die mindestens eine Komponente des Nadellagers in Abhängigkeit der Stromstärke und der Abmaße des Schweißkopfs bzw. der Elektrode und des Elektrodenhalters zu bestimmen.The insulation can be formed by at least one component of the needle bearing. The needle roller bearing usually consists of components made from a specially designed metal. Needle bearings are known from the prior art, a corresponding needle bearing being selected depending on the design of the welding head, especially with regard to the current strengths and dimensions used. The insulation through the at least one component of the needle bearing is also to be determined as a function of the current strength and the dimensions of the welding head or the electrode and the electrode holder.

Das Nadellager kann einen Innenring, einen Käfig und einen Außenring und über den Käfig zwischen dem Innenring und dem Außenring angeordnete Wälzkörper, sogenannte Nadelrollen, aufweisen, wobei der Außenring aus einem elektrisch isolierenden Material besteht oder mindestens eine elektrisch isolierende Schicht aufweist. Durch die Isolierung über den Außenring des Nadellagers steht die Isolierung nicht direkt mit dem Elektrodenhalter in Kontakt. Die Wärmeeinwirkung auf die Isolierung ist daher geringer als bei einer Isolierung über den Innenring eines Nadellagers.The needle bearing can have an inner ring, a cage and an outer ring and rolling elements, so-called needle rollers, arranged over the cage between the inner ring and the outer ring, the outer ring being made of an electrically insulating material or having at least one electrically insulating layer. Because of the insulation via the outer ring of the needle bearing, the insulation is not in direct contact with the electrode holder. The effect of heat on the insulation is therefore lower than with insulation via the inner ring of a needle roller bearing.

Der Schweißkopf kann weiter eine Senkeinrichtung aufweisen, über welche der Elektrodenhalter und die Elektrode entlang der Längsachse der Elektrode verlagerbar sind. Der Elektrodenhalter ist vorzugsweise über eine Feder an einem Gehäuseteil des Schweißkopfs vorgespannt. Bei einem Schweißvorgang wird der Schweißkopf so in Position gebracht, dass die obere Elektrode auf einem Werkstück aufliegt. Da es bei einem Schweißvorgang zu einem Erweichen des Werkstücks kommt, ist ein Nachsenken erforderlich, um den Schweißvorgang mit den eingestellten Parametern (Stromstärke, Spannung) weiter durchführen zu können. Ohne ein Nachsenken würde sich der Widerstand ändern, wodurch keine ausreichende Erwärmung für die Verbindung der Werkstücke stattfindet. Die vorgespannte Feder bewirkt ein Nachdrücken des Elektrodenhalters, sodass im Wesentlichen die eingebrachte Energiemenge gleich bleibt.The welding head can also have a lowering device by means of which the electrode holder and the electrode can be displaced along the longitudinal axis of the electrode. The electrode holder is preferably pretensioned on a housing part of the welding head via a spring. During a welding process, the welding head is brought into position so that the upper electrode rests on a workpiece. Since the workpiece is softened during a welding process, countersinking is necessary in order to allow the welding process with the set parameters ( Current strength, voltage). Without lowering, the resistance would change, which means that there is insufficient heating for the connection of the workpieces. The pretensioned spring causes the electrode holder to be pushed down so that the amount of energy introduced remains essentially the same.

Für die Stromübertragung zwischen dem Elektrodenhalter, der elektrisch leitend ausgebildet und mit der Elektrode elektrisch leitend verbunden ist, und einem stationären, nicht drehbaren Stromübertragungselement ist in weiteren Ausführungsformen eine Kontaktscheibe bzw. Stromübertragungsscheibe vorgesehen, die aus einer Graphit-Kupfer-Legierung besteht. Die Kontaktscheibe ermöglicht eine zuverlässige Stromübertragung von dem stationären Stromübertragungselement zu dem Elektrodenhalter ohne Beschädigung der Kontaktscheibe über einen langen Zeitraum. Eine reine Kupferscheibe würde auch bei nur geringen Drehgeschwindigkeiten stark abgenutzt werden. Eine Kontaktscheibe aus einer Graphit-Kupfer-Legierung lässt eine Rotation des Elektrodenhalters zu, ohne dass es zu einem Verschmelzen der Komponenten (Stromübertragungselement und Elektrodenhalter) miteinander kommt.For power transmission between the electrode holder, which is designed to be electrically conductive and connected to the electrode, and a stationary, non-rotatable power transmission element, a contact disk or power transmission disk is provided in further embodiments, which consists of a graphite-copper alloy. The contact disk enables a reliable power transmission from the stationary power transmission element to the electrode holder without damaging the contact disk over a long period of time. A pure copper washer would be severely worn even at low rotational speeds. A contact disk made of a graphite-copper alloy allows the electrode holder to rotate without the components (current transmission element and electrode holder) melting together.

Die Kontaktscheibe weist eine Öffnung auf, durch welche ein Antriebselement der Antriebseinheit geführt ist. Das Antriebselement kann zusätzlich eine elektrische Isolierung aufweisen.The contact disk has an opening through which a drive element of the drive unit is guided. The drive element can also have electrical insulation.

Ein Nadellager eignet sich besonders zur drehbaren Lagerung des Elektrodenhalters und für eine koaxiale, relative Bewegung des Elektrodenhalters zu dem Nadellager. Das Nachsenken bei einem Schweißvorgang erfolgt in der Regel in einem Bereich von 1 bis 0,1 mm.A needle bearing is particularly suitable for the rotatable mounting of the electrode holder and for a coaxial, relative movement of the electrode holder to the needle bearing. Lowering during a welding process usually takes place in a range of 1 to 0.1 mm.

Ein Schweißkopf weist weiterhin zusätzlich noch Kühlkanäle für eine Kühlflüssigkeit, bspw. Wasser, auf, über welche die Elektrode und der Elektrodenhalter bei einem Schweißvorgang gekühlt werden. Zusätzlich weist der Schweißkopf eine Zuführung für die Stromversorgung zu der Elektrode auf. Vorzugsweise erfolgt die Zuführung von oben durch eine zentrale Öffnung. Damit an dem Gehäuse des Schweißkopfs keine Spannung anliegt, sind die Gehäuseabschnitte und Lagereinrichtungen entsprechend isoliert. Solche Isolierungen sind wie Kühlkanäle für Elektrodenhalter und Elektrode aus dem Stand der Technik bekannt.A welding head also has cooling channels for a cooling liquid, for example water, via which the electrode and the electrode holder are cooled during a welding process. In addition, the welding head has a feed for the power supply to the electrode. The feed is preferably carried out from above through a central opening. So that no voltage is applied to the housing of the welding head, the housing sections and bearing devices are insulated accordingly. Such insulations, such as cooling channels for electrode holders and electrodes, are known from the prior art.

Vorzugsweise kann das Verdrehen des Elektrodenhalters und der Elektrode mit einer Geschwindigkeit von 6 U/min erfolgen.The electrode holder and the electrode can preferably be rotated at a speed of 6 rpm.

Die Rotationsgeschwindigkeit des Elektrodenhalters und der Elektrode liegt jedoch in der bevorzugten Ausführung zwischen 5 und 20 U/min.The rotational speed of the electrode holder and the electrode is, however, between 5 and 20 rpm in the preferred embodiment.

Weitere Vorteile, Merkmale und Ausgestaltungen ergeben sich aus der nachfolgenden Figurenbeschreibung von nicht einschränkend zu verstehenden Ausführungsbeispielen.Further advantages, features and refinements emerge from the following description of the figures of exemplary embodiments, which are not to be understood as restrictive.

In den Zeichnungen zeigt:

1 eine schematische Darstellung eines Schweißkopfes in perspektivischer Ansicht;
2 eine schematische Schnittansicht des Schweißkopfes von 1;
3 eine weitere schematische Schnittansicht durch Komponenten des Schweißkopfs von 1;
4 eine weitere schematische Schnittansicht durch einen Elektrodenhalter, eine Elektrode und ein Nadellager des Schweißkopfs von 1;
5 eine schematische Schnittansicht durch ein Nadellager des Schweißkopfs von 1;
6 eine weitere schematische Schnittansicht durch ein Nadellager für einen Schweißkopf von 1;
7 eine schematische Draufsicht auf den Schweißkopf von 1; und
8 eine schematische Draufsicht auf einen Elektrodenhalter des Schweißkopfs von 1.

In the drawings shows:

1 a schematic representation of a welding head in a perspective view;
2 a schematic sectional view of the welding head of FIG 1 ;
3 a further schematic sectional view through components of the welding head of FIG 1 ;
4th a further schematic sectional view through an electrode holder, an electrode and a needle bearing of the welding head of FIG 1 ;
5 a schematic sectional view through a needle bearing of the welding head of 1 ;
6th a further schematic sectional view through a needle bearing for a welding head from FIG 1 ;
7th a schematic plan view of the welding head of FIG 1 ; and
8th a schematic plan view of an electrode holder of the welding head of FIG 1 .

In den Zeichnungen mit gleichen Bezugszeichen versehene Komponenten entsprechen im Wesentlichen einander, sofern nichts anderes angegeben ist. Darüber hinaus wird darauf verzichtet, Bestandteile zu beschreiben, welche nicht wesentlich zum Verständnis der hierin offenbarten technischen Lehre.Components provided with the same reference symbols in the drawings essentially correspond to one another, unless otherwise stated. In addition, it is dispensed with describing components which are not essential for understanding the technical teaching disclosed herein.

1 zeigt schematisch eine perspektivische Darstellung eines Schweißkopfs 10. Der Schweißkopf 10 weist ein Gehäuse 16 mit einem oberen Gehäuseteil 29 und einem unteren Gehäuseteil 28 auf. Zusätzlich weist der Schweißkopf 10 noch weitere Gehäuseabschnitte und Verbindungselemente zur Anordnung an einer Schweißvorrichtung auf, über welche eine Verlagerung des Schweißkopfs 10 für ein Widerstandsschweißen erfolgt. 1 shows schematically a perspective view of a welding head 10 . The welding head 10 has a housing 16 with an upper housing part 29 and a lower housing part 28 on. In addition, the welding head 10 still further housing sections and connecting elements for arrangement on a welding device, via which a displacement of the welding head 10 for resistance welding takes place.

In der Darstellung von 1 ist die von unten herausgeführte Elektrode 12 gezeigt. Zusätzlich ist ein Kanal 18 für eine Kühlung mittels einer Kühlflüssigkeit beim Schweißvorgang dargestellt.In the representation of 1 is the electrode that comes out from below 12 shown. Additionally there is a channel 18th shown for cooling by means of a cooling liquid during the welding process.

2 zeigt eine schematische Schnittansicht durch den Schweißkopf 10 von 1. In 2 sind ebenfalls Kanäle 18 dargestellt, über welche eine Kühlung des Elektrodenhalters 14 und der Elektrode 12 mittels einer Kühlflüssigkeit bei einem Schweißvorgang stattfindet. 2 shows a schematic sectional view through the welding head 10 from 1 . In 2 are also channels 18th shown, over which a cooling of the electrode holder 14th and the electrode 12 takes place by means of a cooling liquid during a welding process.

Der Schweißkopf 10 weist einen in dem unteren Gehäuseteil 28 gelagerten Elektrodenhalter 14 sowie eine darin aufgenommene Elektrode 12 auf. Die Stromzufuhr zu der Elektrode 12 erfolgt über eine nicht dargestellte Kontaktscheibe. Der Elektrodenhalter 14 ist über ein Nadellager 30 in einer entsprechenden Aufnahme des unteren Gehäuseteils 28 gelagert. Der Elektrodenhalter 14 weist an seinem oberen Ende eine von einem Ring 42 umgebene Auflagefläche 22 auf. Der gegenüberliegende Gehäuseabschnitt weist eine Anlagefläche 20 auf. Zwischen der Anlagefläche 20 und der Auflagefläche 22 ist eine nicht dargestellte Feder angeordnet. Die dazwischen gelagerte Feder dient zum Nachsenken des Elektrodenhalters 14 und der Elektrode 12 während eines Schweißvorgangs, wenn das Material der zu verbindenden Werkstücke aufgrund der Erwärmung nachgibt. Während eines Schweißvorgangs erwärmen sich die Werkstücke in ihrem Verbindungsbereich stark, wodurch es zu einer Materialerweichung kommt. Das Nachsenken stellt sicher, dass der elektrische Widerstand im Wesentlichen gleich bleibt.The welding head 10 has one in the lower housing part 28 stored electrode holder 14th and an electrode received therein 12 on. The power supply to the electrode 12 takes place via a contact disk, not shown. The electrode holder 14th is about a needle bearing 30th in a corresponding receptacle in the lower housing part 28 stored. The electrode holder 14th has one of a ring at its upper end 42 surrounding support surface 22nd on. The opposite housing section has a contact surface 20th on. Between the contact surface 20th and the support surface 22nd a spring, not shown, is arranged. The spring located in between serves to lower the electrode holder 14th and the electrode 12 during a welding process, when the material of the workpieces to be joined gives way due to heating. During a welding process, the workpieces heat up strongly in their connection area, which leads to material softening. The lowering ensures that the electrical resistance remains essentially the same.

In der Öffnung 26 sind Komponenten einer Antriebseinheit aufgenommen, welche eine Rotation des Elektrodenhalters 14 und der Elektrode 12 während eines Schweißvorgangs durchführen. Diese sind in den Figuren nicht dargestellt. Die Antriebseinheit weist u. a. eine Antriebswelle auf, die über einen Mitnehmer in eine Aufnahme 40 in den Elektrodenhalter 14 greift.In the opening 26th components of a drive unit are added, which enable rotation of the electrode holder 14th and the electrode 12 perform during a welding process. These are not shown in the figures. The drive unit has, among other things, a drive shaft which is inserted into a receptacle via a driver 40 in the electrode holder 14th engages.

3 zeigt eine vergrößerte Darstellung von Komponenten des Schweißkopfs. Über das Nadellager 30 und die nicht dargestellte Antriebseinheit sind der Elektrodenhalter 14 und die Elektrode 12 während eines Schweißvorgangs um die Achse A drehbar und können in Richtung des Pfeils 44 über die Feder (nicht dargestellt) nach unten gedrückt werden. Entsprechend ist der Elektrodenhalter 14 so ausgebildet, dass dieser ein Absenken ausführen kann. 3 shows an enlarged representation of components of the welding head. About the needle bearing 30th and the drive unit not shown are the electrode holder 14th and the electrode 12 during a welding process around the axis A. rotatable and can be moved in the direction of the arrow 44 be pressed down via the spring (not shown). The electrode holder is corresponding 14th designed so that it can lower.

Das Nadellager 30 besteht aus einem Außenring 32, einem Käfig 34, einem Innenring 36 und vier Nadeln 38, die über den Käfig 34 gelagert sind. Der Außenring 32 besteht aus einem Kunststoff und bietet damit eine Isolierung zwischen dem unteren Gehäuseteil 28 und dem Elektrodenhalter 14 sowie der Elektrode 12. Durch die Ausgestaltung des Nadellagers 30 wird ein langlebiger Betrieb des Schweißkopfs 10 sichergestellt. Zusätzlich erlaubt das Nadellager 30 eine relative Verlagerung des Elektrodenhalters 14 in Richtung des Pfeils 44 während eines Schweißvorgangs bzw. während eines Aufsetzens und Anhebens des Schweißkopfs 10.The needle bearing 30th consists of an outer ring 32 , a cage 34 , an inner ring 36 and four needles 38 that is about the cage 34 are stored. The outer ring 32 consists of a plastic and thus provides insulation between the lower part of the housing 28 and the electrode holder 14th as well as the electrode 12 . Due to the design of the needle bearing 30th becomes a long-lasting operation of the welding head 10 ensured. In addition, the needle bearing allows 30th a relative displacement of the electrode holder 14th in the direction of the arrow 44 during a welding process or while the welding head is being placed and lifted 10 .

Eine mögliche Ausgestaltung des Nadellagers 30 ist in den 4 bis 6 dargestellt.One possible configuration of the needle bearing 30th is in the 4th to 6th shown.

Die 7 und 8 zeigen weitere Ansichten, über welche die Rotation des Elektrodenhalters 14 und der Elektrode 12 ersichtlich ist. Der Elektrodenhalter 14 weist hierzu eine Aufnahme 40 auf. In die Aufnahme 40 ragt ein Mitnehmer der Antriebseinheit. Die Zuführung von Strom zu der Kontaktscheibe und ggf. eine Wasserkühlung werden dadurch nicht behindert.The 7th and 8th show additional views over which the rotation of the electrode holder 14th and the electrode 12 can be seen. The electrode holder 14th shows a recording 40 on. In the recording 40 a driver of the drive unit protrudes. The supply of current to the contact disk and possibly water cooling are not hindered by this.

Bei einem Widerstandsschweißen wird zuerst der Schweißkopf 10 so in Position gebracht, dass die Elektrode 12 auf einem ersten Werkstück aufliegt. Unterhalb dieses Werkstücks sind ein weiteres Werkstück und eine entsprechende Gegen-Elektrode angeordnet. Die Elektroden werden bei einem Schweißvorgang zuerst zueinander bewegt und drücken gegen zwei dazwischen angeordnete Werkstücke, wobei bspw. eine Kraft von 2 kN aufgebracht wird. Anschließend erfolgt der eigentliche Schweißvorgang, wobei Strom über die Elektrode 12 und die Werkstücke zu der Gegen-Elektrode fließt. Durch den Widerstand der Werkstücke erwärmen sich diese und gehen eine Verbindung ein. Damit zumindest die Elektrode 12 nicht an einem Werkstück anhaftet oder Bestandteile des Werkstücks an der Elektrode 12 kleben bleiben, wird während des Schweißvorgangs die Elektrode 12 mit einer Geschwindigkeit zwischen 5 und 20, vorzugsweise 6 U/min gedreht.In resistance welding, the welding head is used first 10 positioned so that the electrode 12 rests on a first workpiece. A further workpiece and a corresponding counter-electrode are arranged below this workpiece. During a welding process, the electrodes are first moved towards one another and press against two workpieces arranged between them, whereby, for example, a force of 2 kN is applied. The actual welding process then takes place, with current flowing through the electrode 12 and the workpieces flow to the counter electrode. Due to the resistance of the work pieces, they heat up and form a connection. So at least the electrode 12 does not adhere to a workpiece or components of the workpiece on the electrode 12 stick, the electrode will stick during the welding process 12 rotated at a speed between 5 and 20, preferably 6 rpm.

Zusätzlich ergibt sich beim Widerstandsschweißen durch die Erwärmung der Werkstücke ein Nachgeben dieser, wobei hierzu über die vorgespannte Feder die Elektrode 12 der Aufweichung der Werkstücke Rechnung trägt und eine Ausgleichsbewegung erfolgt. Beim Aufsetzen der Elektrode 12 auf das Werkstück wird die Feder vorgespannt. Die Elektrode 12 und der Elektrodenhalter 14 werden dabei gegen die Kraft der Feder in Richtung des Pfeils 44 nach oben gedrückt. Während des Schweißens erwärmen sich die Werkstücke und gehen in ihrem Verbindungsbereich in einen teigigen Zustand über. Die Feder bewirkt dann ein Nachdrücken des Elektrodenhalters 14 mitsamt der Elektrode 12. Die Auswahl der Feder erfolgt in Abhängigkeit der Anpresskraft, mit welcher die Elektrode 12, und ggf. die Gegen-Elektrode auf die Werkstücke gedrückt werden, sowie der Materialeigenschaften der miteinander zu verbindenden Werkstücke.In addition, resistance welding causes the workpieces to give way due to the heating of the workpieces, the electrode being the pretensioned spring for this purpose 12 takes into account the softening of the workpieces and a compensating movement takes place. When placing the electrode 12 the spring is preloaded on the workpiece. The electrode 12 and the electrode holder 14th are against the force of the spring in the direction of the arrow 44 pushed up. During welding, the workpieces heat up and turn into a doughy state in their connection area. The spring then pushes down the electrode holder 14th including the electrode 12 . The spring is selected depending on the contact pressure with which the electrode is applied 12 , and if necessary the counter-electrode are pressed onto the workpieces, as well as the material properties of the workpieces to be connected to one another.

Hierdurch wird sichergestellt, dass der Widerstand beim Widerstandsschweißen im Wesentlichen konstant gehalten wird. This ensures that the resistance is kept essentially constant during resistance welding.

Dies ist insbesondere wichtig, da Abweichungen des elektrischen Widerstands nicht zu einem definierten Schweißergebnis führen würden.This is particularly important since deviations in the electrical resistance would not lead to a defined welding result.

Insbesondere beim Widerstandsschweißen von Komponenten, bspw. für eine Batterie, wobei ein Nickelschwamm mit einem Nickelband verschweißt werden soll, ist ein definiertes Nachdrücken während des Schweißvorgangs erforderlich. Bei konventionellen Schweißvorrichtungen aus dem Stand der Technik kann ebenfalls ein Nachsenken über eine vorgespannte Federeinrichtung bewirkt werden, jedoch kommt es dabei zu einer Beschädigung der Lagereinrichtung, welche oftmals als Kunststoffhülse ausgebildet ist. Diese Kunststoffhülse muss dann ausgetauscht werden, was zu langen Stillstandszeiten führt und Kosten verursacht.In particular, when resistance welding components, for example for a battery, where a nickel sponge is to be welded to a nickel strip, a defined pressing down is required during the welding process. In the case of conventional welding devices from the prior art, lowering can also be effected via a pretensioned spring device, but this results in damage to the bearing device, which is often designed as a plastic sleeve. This plastic sleeve then has to be replaced, which leads to long downtimes and costs.

Bei dem hierin beschriebenen Schweißkopf kann ein Nachsenken des Elektrodenhalters 14 durchgeführt werden, ohne dass die Lagereinrichtung, nämlich das Nadellager 30, beschädigt wird. Zusätzlich ermöglicht das Nadellager 30 eine spielfreie Rotation während des Schweißvorgangs, wobei ein Verkleben der Elektrode 12 mit dem Werkstoff des Schweißgegenstands oder ein Anhaften von Komponenten daran an der Elektrode 12 verhindert werden.In the case of the welding head described herein, lowering the electrode holder 14th be carried out without the bearing device, namely the needle bearing 30th damaged. In addition, the needle bearing enables 30th a backlash-free rotation during the welding process, with sticking of the electrode 12 with the material of the welding object or an adhesion of components to it on the electrode 12 be prevented.

BezugszeichenlisteList of reference symbols

1010: SchweißkopfWelding head
1212: Elektrodeelectrode
1414th: ElektrodenhalterElectrode holder
1616: Gehäusecasing
1818th: Kanalchannel
2020th: AnlageflächeContact surface
2222nd: AuflageflächeSupport surface
2424: Kanalchannel
2626th: Öffnungopening
2828: GehäuseteilHousing part
2929: GehäuseteilHousing part
3030th: NadellagerNeedle roller bearings
3232: AußenringOuter ring
3434: KäfigCage
3636: InnenringInner ring
3838: Nadelneedle
4040: Aufnahmeadmission
4242: Ringring
4444: Pfeilarrow
4646: Pfeil arrow
AA.: Achseaxis

Claims

Verfahren zum Verhindern des Verklebens und der Verschmutzung von Widerstandsschweißelektroden eines Schweißkopfs für eine Einrichtung zum Widerstandsschweißen mit einem Elektrodenhalter (14), einer Elektrode (12), einer Lagereinrichtung, über welche der Elektrodenhalter (14) und die Elektrode (12) in einer Aufnahme des Schweißkopfs (10) gelagert sind, und einer Antriebseinheit, wobei - der Elektrodenhalter (14) über die Lagereinrichtung drehbar um die Längsachse der Elektrode (12) in der Aufnahme gelagert und die Lagereinrichtung ein Nadellager ist, - der Elektrodenhalter (14) und die Elektrode (12) über die Antriebseinheit drehbar sind, und - der Elektrodenhalter (14) und die Elektrode (12) über die Antriebseinheit während des Widerstandsschweißens mit einer Geschwindigkeit zwischen 5 und 20 Umdrehungen pro Minute gedreht werden und diese Drehbewegung keine Wärme in die Verbindung einbringt.Method for preventing sticking and contamination of resistance welding electrodes of a welding head for a device for resistance welding with an electrode holder (14), an electrode (12), a bearing device via which the electrode holder (14) and the electrode (12) are in a receptacle of the Welding head (10) are mounted, and a drive unit, wherein - The electrode holder (14) is mounted in the receptacle so as to be rotatable about the longitudinal axis of the electrode (12) via the bearing device and the bearing device is a needle bearing, - The electrode holder (14) and the electrode (12) are rotatable via the drive unit, and - The electrode holder (14) and the electrode (12) are rotated via the drive unit during resistance welding at a speed between 5 and 20 revolutions per minute and this rotational movement does not introduce any heat into the connection.

Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schweißkopf (10) eine Isolierung aufweist, über welche der Elektrodenhalter (14) und die Elektrode (12) gegenüber der Aufnahme des Schweißkopfes (10) elektrisch isoliert werden.Procedure according to Claim 1 wherein the welding head (10) has an insulation by means of which the electrode holder (14) and the electrode (12) are electrically insulated from the receptacle of the welding head (10).

Verfahren nach Anspruch 2, wobei die Isolierung durch mindestens eine Komponente des Nadellagers gebildet wird.Procedure according to Claim 2 , the insulation being formed by at least one component of the needle bearing.

Verfahren nach Anspruch 3, wobei das Nadellager einen Innenring (36), einen Käfig (34) und einen Außenring (32) und über den Käfig (34) zwischen dem Innenring (36) und dem Außenring (32) angeordnete Wälzkörper aufweist, und der Außenring (32) aus einem elektrisch isolierenden Material besteht oder mindestens eine elektrisch isolierende Schicht aufweist.Procedure according to Claim 3 , the needle bearing having an inner ring (36), a cage (34) and an outer ring (32) and rolling elements arranged over the cage (34) between the inner ring (36) and the outer ring (32), and the outer ring (32) consists of an electrically insulating material or has at least one electrically insulating layer.

Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Schweißkopf (10) eine Senkeinrichtung aufweist, über welche der Elektrodenhalter (14) und die Elektrode (12) entlang der Längsachse der Elektrode (12) während des Schweißvorgangs verlagert werden.Method according to one of the Claims 1 to 4th wherein the welding head (10) has a lowering device, via which the electrode holder (14) and the electrode (12) are displaced along the longitudinal axis of the electrode (12) during the welding process.

Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der Schweißkopf (10) eine Kontaktscheibe aufweist, die aus einer Graphit-Kupfer-Legierung besteht und auf dem Elektrodenhalter (14) aufliegt, wobei über die Kontaktscheibe die Stromübertragung von einem stationären Stromübertragungselement zu dem Elektrodenhalter (14) erfolgt.Method according to one of the Claims 1 to 5 , wherein the welding head (10) has a contact disk which consists of a graphite-copper alloy and rests on the electrode holder (14), the current transmission from a stationary current transmission element to the electrode holder (14) taking place via the contact disk.