DE102016206037A1

DE102016206037A1 - Widerstandsschweißvorrichtung und Verfahren zum Fügen von Bauteilen

Info

Publication number: DE102016206037A1
Application number: DE102016206037.6A
Authority: DE
Inventors: Matthias Graul; Chris Frohwein
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2016-04-12
Filing date: 2016-04-12
Publication date: 2017-10-26

Abstract

Gegenstand der Erfindung ist eine Widerstandsschweißvorrichtung (100) zum Fügen von Bauteilen (A, B, C) mit einem ersten Wirkungsbereich (10), in welchem eine erste Schweißelektrode (11) angeordnet ist, einem zweiten Wirkungsbereich (12), in welchem eine zweite Schweißelektrode (13) angeordnet ist, einer Stromquelle (14) zur Erzeugung eines elektrischen Schweißstromes, welcher über die erste Schweißelektrode (11) und die zweite Schweißelektrode (13) in die zu fügenden Bauteile (A, B, C) einbringbar ist, um die zu fügenden Bauteile (A, B, C) unter Ausbildung einer Schweißlinse (17) zu verbinden, und einem regelbaren Zusatzwärmeerzeugungssystem, mittels welchem eine Position der Ausbildung der Schweißlinse (17) in den zu fügenden Bauteilen (A, B, C) beeinflussbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Widerstandsschweißvorrichtung zum Fügen von Bauteilen. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Fügen von Bauteilen mittels einer Widerstandsschweißvorrichtung.
Beim Widerstandsschweißen erzeugt ein elektrischer Widerstand in einer Schweißzone bei einem elektrischen Stromdurchgang eine zum Schweißen erforderliche Wärme. Durch diese Wärme werden die zu verbindenden bzw. zu fügenden Bauteile bis zum Aufschmelzen erhitzt. Nach dem Stromfluss entsteht nach der Wiedererstarrung der Schmelze eine Schweißverbindung. Durch Zusammendrücken der zu fügenden Bauteile während und nach dem Stromfluss wird beim Widerstandsschweißen die Bildung einer innigen Verbindung der Bauteile unterstützt.
Widerstandsschweißvorrichtungen, insbesondere Widerstandspunktschweißvorrichtungen, wie beispielsweise Schweißzangen, verschweißen die Bauteile meist unter Maßabweichungen, da die Raumkoordinaten der Bauteile und/oder der Widerstandsschweißvorrichtung nicht exakt eingestellt wurden und sich die Bauteile nachträglich verschoben haben. Auch die zu verschweißenden Bauteile können nach ihrer Herstellung eine Abweichung vom Soll-Maß aufweisen. Beim Zusammenbau derartiger nicht-maßhaltiger Bauteile wird die Abweichung meist noch verstärkt. Beim Verschweißen werden die Bauteile durch die Widerstandsschweißvorrichtung bzw. durch die mittels der Schweißelektroden aufgebrachten Druckkräfte ins Sollmaß gebracht bzw. in die Soll-Position überführt. Die Bauteile werden durch diese Maßabweichungen lokal umgeformt und unter Spannung miteinander verschweißt. Die Folge sind Schweißspritzer, tiefe Elektrodeneindrücke in den Bauteilen, eine schlechte Schweißpunktfestigkeit und eine Nichtmaßhaltigkeit der aneinander gefügten Bauteile. Insbesondere bei Mehrblechverbindung unterschiedlicher Blechdicken und Güten ist die Fügbarkeit der Bauteile meist begrenzt.
Um die Qualität der Schweißverbindung zu erhöhen, ist es aus der DE 10 2007 062 375 A1 bekannt, die Druckkräfte der beiden Schweißelektroden zeit- und/oder wegabhängig zu erfassen und unabhängig voneinander zu regeln. Hierdurch kann die Verbindungsstelle von beiden Seiten der zufügenden Bauteile mit der jeweils gleichen oder mit unterschiedlichen in einem gewünschten Relativverhältnis stehenden Druckkräften beaufschlagt werden. Der Kontaktdruck an den Kontaktstellen zwischen der jeweiligen Schweißelektrode und dem Bauteil und der Kontaktdruck zwischen den Bauteilen selber können eingestellt und dadurch der Kontaktwiderstand beeinflusst werden. Mittels des Kontaktdrucks bzw. des Kontaktwiderstands kann die Wärmeentwicklung im Bauteil gesteuert und die Bildung des als Schweißlinse ausgebildeten Schweißpunktes beeinflusst werden. Beispielsweise kann die Schweißlinse verschoben werden oder die Anzahl und die Ausbildung der Schweißlinsen können variabel eingestellt werden. Sollen jedoch insbesondere mehrere Blechkombinationen in einer Arbeitsfolge verschweißt werden, ist hiermit noch keine ausreichend gute Qualität der Schweißverbindung erreichbar.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Widerstandsschweißvorrichtung und ein Verfahren zum Fügen von Bauteilen mittels einer Widerstandsschweißvorrichtung zur Verfügung zu stellen, mittels welchen die Qualität der Schweißverbindung der zu fügenden Bauteile, insbesondere bei Bauteilen aus Mehrblechkombinationen, weiter verbessert werden kann.
Die Lösung der erfindungsgemäßen Aufgabe erfolgt mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche. Bevorzugte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Die Widerstandsschweißvorrichtung gemäß der Erfindung weist einen ersten Wirkungsbereich, in welchem eine erste Schweißelektrode angeordnet ist, einen zweiten Wirkungsbereich, in welchem eine zweite Schweißelektrode angeordnet ist, und eine Stromquelle zur Erzeugung eines elektrischen Schweißstromes, welcher über die erste Schweißelektrode und die zweite Schweißelektrode in die zu fügenden Bauteile einbringbar ist, um die zu fügenden Bauteile unter Ausbildung einer Schweißlinse zu verbinden, auf. Ferner weist die Widerstandsschweißvorrichtung ein regelbares Zusatzwärmeerzeugungssystem auf, mittels welchem eine Position der Ausbildung der Schweißlinse in den zu fügenden Bauteilen beeinflussbar ist.
Das Verfahren gemäß der Erfindung zum Fügen von Bauteilen mittels einer Widerstandsschweißvorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass mittels einer Stromquelle ein elektrischer Schweißstrom erzeugt wird, welcher über eine in einem ersten Wirkungsbereich der Widerstandsschweißvorrichtung angeordnete erste Schweißelektrode und über eine in einem zweiten Wirkungsbereich der Widerstandsschweißvorrichtung angeordnete zweite Schweißelektrode in die zu fügenden Bauteile eingebracht wird und die zu fügenden Bauteile unter Ausbildung einer Schweißlinse verbunden werden, wobei eine Position der Ausbildung der Schweißlinse in den zu fügenden Bauteilen durch ein regelbares Zusatzwärmeerzeugungssystem beeinflusst wird.
Mittels des zusätzlich zu den beiden Schweißelektroden vorgesehenen regelbaren Zusatzwärmeerzeugungssystems ist es möglich durch thermischen Einfluss die Position der Schweißlinse in den zu fügenden Bauteilen gezielt zu beeinflussen, wodurch die Qualität der Schweißverbindung der zu fügenden Bauteile, insbesondere bei Mehrblechbauteilen, wesentlich erhöht werden kann. Durch das regelbare Zusatzwärmeerzeugungssystem kann eine sehr gezielte Erwärmung in den zu fügenden Bauteilen erreicht werden. Dadurch, dass das Zusatzwärmeerzeugungssystem regelbar ist, kann die Erwärmung in den zu fügenden Bauteilen sehr genau gesteuert werden, wodurch wiederum eine Verschiebung der Schweißlinse hin zu der jeweils in Abhängigkeit der Bauteildicke und Bauteilgüte optimalen Position in den zu fügenden Bauteilen erreicht werden kann. Da die Verschiebung bzw. Beeinflussung der Position der Schweißlinse rein thermisch erfolgt, entstehen keine Beschädigungen an den zu fügenden Bauteilen, wie dies bei Aufbringung einer Druckkraft der Fall sein kann. Mittels des Zusatzwärmeerzeugungssystems kann damit in Abhängigkeit der Fügeaufgabe eine regelbare Erwärmungsverschiebung an den zu fügenden Bauteilen realisiert werden. Die Erwärmung in den zu fügenden Bauteilen ist dabei vorzugsweise für jeden Schweißpunkt individuell einstellbar. Bei der erfindungsgemäßen Widerstandsschweißvorrichtung sind somit die beiden Schweißelektroden für den eigentlichen Schweißvorgang der zu fügenden Bauteile zuständig und das zusätzlich zu den beiden Schweißelektroden vorgesehene Zusatzwärmeerzeugungssystem dient dazu, eine gezielt steuerbare, zusätzlich zu der Erwärmung durch die Schweißelektroden vorgesehene Erwärmung und damit Temperaturveränderung bzw. Temperaturverschiebung in den zu fügenden Bauteilen zu erreichen, um die Position der Schweißlinse gezielt beeinflussen und damit verschieben zu können. Durch das Vorsehen des regelbaren Zusatzwärmeerzeugungssystems zusätzlich zu den Schweißelektroden können damit als Mehrblechverbindungen ausgebildete Bauteile mit unterschiedlichen Blechdicken und Güten mit einer hohen Qualität gefügt bzw. verschweißt werden. Ferner können mittels des regelbaren Zusatzwärmeerzeugungssystems die Widerstandsverhältnisse gezielt und individuell beeinflusst werden, wodurch die Qualität der Schweißung weiter verbessert werden kann.
Das Zusatzwärmeerzeugungssystem kann vorzugsweise aus mehreren, an unterschiedlichen Positionen innerhalb der Widerstandsschweißvorrichtung angeordneten Vorrichtungselementen ausgebildet sein, wobei die Vorrichtungselemente vorzugsweise unterschiedliche Funktionen erfüllen können, um eine gezielt geregelte Erwärmung der zu fügenden Bauteile und damit eine gezielt geregelte thermische Beeinflussung der Position der sich in den zu fügenden Bauteilen ausbildenden Schweißlinse erreichen zu können.
Das Zusatzwärmeerzeugungssystem weist vorzugsweise eine erste Erwärmungseinheit und eine zweite Erwärmungseinheit auf, wobei die erste Erwärmungseinheit bevorzugt in dem ersten Wirkungsbereich und die zweite Erwärmungseinheit bevorzugt in dem zweiten Wirkungsbereich angeordnet ist. Die erste Erwärmungseinheit kann zusätzlich zu der ersten Schweißelektrode in dem ersten Wirkungsbereich positioniert sein und die zweite Erwärmungseinheit kann zusätzlich der zweiten Schweißelektrode in dem zweiten Wirkungsbereich positioniert sein, wobei in dem jeweiligen Wirkungsbereich die Erwärmungseinheiten jeweils benachbart zu der entsprechenden Schweißelektrode angeordnet sein können. Die beiden Erwärmungseinheiten können getrennt voneinander angesteuert bzw. geregelt werden, so dass die beiden Erwärmungseinheiten zeitgleich, zeitversetzt oder aber auch wechselseitig in Betrieb sein können, um eine Erwärmung der zu fügenden Bauteile zu erreichen. Die beiden Erwärmungseinheiten können derart geregelt werden, dass, wenn die Schweißelektroden nicht in Betrieb sind, die Erwärmungseinheiten in Betrieb sind und eine Erwärmung, insbesondere eine Vorerwärmung, in den zu fügenden Bauteilen erreichen. Ferner können die beiden Erwärmungseinheiten auch derart geregelt werden, dass sie zeitgleich mit den Schweißelektroden in Betrieb sind und damit zusätzlich zu der Erwärmung durch die Schweißelektroden eine Erwärmung in den zu fügenden Bauteilen erzielen können.
Bevorzugt ist es vorgesehen, dass die erste Erwärmungseinheit und/oder die zweite Erwärmungseinheit verfahrbar angeordnet sind. Durch die verfahrbare Anordnung der Erwärmungseinheiten können diese relativ zu den zu fügenden Bauteilen und auch relativ zu der jeweiligen Schweißelektrode bewegt werden, um den Abstand der Erwärmungseinheiten zu den zu fügenden Bauteilen verändern und individuell einstellen zu können. Damit kann die Erwärmung in den zu fügenden Bauteilen durch die Erwärmungseinheiten gezielt und besonders effektiv erfolgen, indem die Erwärmungseinheiten beispielsweise im Betrieb möglichst dicht an die zu fügenden Bauteile heranbewegt werden. Sind die Erwärmungseinheiten nicht in Betrieb können diese von den zu fügenden Bauteilen wegbewegt werden, so dass diese bei weiteren Prozessschritten nicht stören. Die beiden Erwärmungseinheiten sind vorzugsweise getrennt voneinander verfahrbar.
Die Erwärmung durch die Erwärmungseinheiten kann beispielsweise durch Induktion erfolgen. Die erste Erwärmungseinheit und/oder die zweite Erwärmungseinheit können dann beispielsweise als Induktionsspule ausgebildet sein. Bei der Ausbildung der Erwärmungseinheiten als jeweils eine Induktionsspule kann eine schnelle zielgerichtete Erwärmung, insbesondere Vorerwärmung, unmittelbar in den zu fügenden Bauteilen erzeugt werden, wobei dies ohne Wärmeverluste erfolgen kann.
Alternativ kann auch auf andere Arten, wie beispielsweise Wärmestrahlung, beispielsweise in Form von Infrarot, die Erwärmung der zu fügenden Bauteile durch die Erwärmungseinheiten erfolgen. Die Erwärmungseinheiten können dann in Form von Wärmequellen, wie beispielsweise Infrarotstrahler, ausgebildet sein.
Um eine platzsparende Anordnung zu erreichen, ist es bevorzugt vorgesehen, dass die erste Erwärmungseinheit derart angeordnet ist, dass diese die erste Schweißelektrode zumindest bereichsweise umschließt, und/oder dass die zweite Erwärmungseinheit derart angeordnet ist, dass diese die zweite Schweißelektrode zumindest bereichsweise umschließt. Die Erwärmungseinheiten können um die jeweilige Schweißelektrode herum angeordnet sein, so dass die Erwärmungseinheiten die jeweilige Schweißelektrode zum Beispiel kreisförmig oder rechteckförmig umschließen können. Die Erwärmungseinheiten können dabei die jeweilige Schweißelektrode vollständig umschließen oder aber auch nur zu einem Teil umschließen.
Weiter kann es bevorzugt vorgesehen sein, dass in dem ersten Wirkungsbereich ein erster Kühlwasserdurchlauf zum Kühlen der ersten Schweißelektrode und dass in dem zweiten Wirkungsbereich ein zweiter Kühlwasserdurchlauf zum Kühlen der zweiten Schweißelektrode ausgebildet ist, wobei das Zusatzwärmeerzeugungssystem ein erstes in dem ersten Kühlwasserdurchlauf angeordnetes Ventil zum Regeln der Durchlaufmenge an Kühlwasser durch den ersten Kühlwasserdurchlauf und ein zweites in dem zweiten Kühlwasserdurchlauf angeordnetes Ventil zum Regeln der Durchlaufmenge an Kühlwasser durch den zweiten Kühlwasserdurchlauf aufweisen kann. Durch die Anordnung eines Ventils in dem ersten Kühlwasserdurchlauf und eines Ventils in dem zweiten Kühlwasserdurchlauf kann die Durchlaufmenge an Kühlwasser derart gesteuert werden, dass hierüber die Temperatur der jeweiligen Schweißelektrode gezielt gesteuert werden kann. Bei einer sehr geringen oder gar keiner Durchlaufmenge an Kühlwasser kann eine besonders hohe Wärmeeinbringung in die zu fügenden Bauteile über die jeweilige Schweißelektrode erfolgen. Bei einer hohen Durchlaufmenge an Kühlwasser kann die Wärmeeinbringung in die zu fügenden Bauteile über die jeweilige Schweißelektrode reduziert werden.
Bevorzugt sind das erste Ventil und/oder das zweite Ventil elektronisch schaltbar, so dass diese gezielt angesteuert werden können und diese damit beispielsweise in einen Automatisierungsprozess integriert werden können. Besonders bevorzugt sind das erste Ventil und das zweite Ventil getrennt voneinander elektronisch schaltbar, so dass die Durchlaufmenge an Kühlwasser durch den ersten Kühlwasserdurchlauf unabhängig von der Durchlaufmenge an Kühlwasser durch den zweiten Kühlwasserdurchlauf gesteuert und geregelt werden kann.
Das Zusatzwärmeerzeugungssystem kann weiter eine an der ersten Schweißelektrode angeordnete erste Steuereinheit zum Steuern des Schweißstromes in der ersten Schweißelektrode und eine an der zweiten Schweißelektrode angeordnete zweite Steuereinheit zum Steuern des Schweißstromes in der zweiten Schweißelektrode aufweisen. Durch ein Steuern und damit ein Verändern der Stärke des Schweißstromes in den Schweißelektroden kann die Temperatur und damit die Erwärmung der Schweißelektrode gesteuert werden. Die erste Steuereinheit ist vorzugsweise getrennt von der zweiten Steuereinheit regelbar, so dass der Schweißstrom der ersten Schweißelektrode unabhängig von dem Schweißstrom der zweiten Schweißelektrode gesteuert werden kann.
Bevorzugt ist die erste Steuereinheit als eine eine Frequenzmodulation aufweisende Spule ausgebildet und/oder die zweite Steuereinheit ist bevorzugt als eine eine Frequenzmodulation aufweisende Spule ausgebildet. Durch eine eine Frequenzmodulation aufweisende Spule kann ein induktiver Widerstand in der jeweiligen Schweißelektrode erzeugt werden, wobei durch die Erzeugung eines induktiven Widerstandes die Temperatur der Schweißelektrode erhöht werden kann und damit eine Erwärmung der Schweißelektrode erfolgen kann. In Abhängigkeit der Höhe des erzeugten induktiven Widerstandes kann die Höhe der Temperatur bzw. die Stärke der Erwärmung der jeweiligen Schweißelektrode gesteuert werden.
Weitere, die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend anhand der Beschreibung einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung anhand der einzigen Figur näher dargestellt.
Die einzige Figur zeigt eine Widerstandsschweißvorrichtung 100, insbesondere eine Widerstandspunktschweißvorrichtung. Die hier gezeigte Widerstandsschweißvorrichtung 100 ist in Form einer Schweißzange ausgebildet.
Die Widerstandsschweißvorrichtung 100 weist einen ersten Wirkungsbereich 10, in welchem eine erste Schweißelektrode 11 angeordnet ist, und einen zweiten Wirkungsbereich 12, in welchem eine zweite Schweißelektrode 13, angeordnet ist, auf. Die beiden Wirkungsbereiche 10, 12 und auch die in den Wirkungsbereichen 10, 12 angeordneten Schweißelektroden 11, 13 sind gegenüberliegend zueinander positioniert.
Die Widerstandsschweißvorrichtung 100 weist weiter eine Stromquelle 14 zur Erzeugung eines elektrischen Schweißstromes auf. Die Stromquelle 14 kann beispielsweise als ein Transformator zur Ausbildung eines Sekundärstromkreises ausgebildet sein. Die beiden Schweißelektroden 11, 13 sind über Zuleitungen 15, 16 mit der Stromquelle 14 verbunden.
Die Widerstandsschweißvorrichtung 100 dient zum Bilden einer Widerstandsschweißverbindung zwischen mehreren Bauteilen A, B, C, die aufeinander aufliegen und die durch die Schweißelektroden 11, 13 gegeneinander gepresst werden. Bei Betrieb der Schweißvorrichtung 100 erzeugt die Stromquelle 14 einen Schweißstrom, der die erste Schweißelektrode 11, die Bauteile A, B, C und die zweite Schweißelektrode 13 durchfließt, wobei sich in den Bauteilen A, B, C, insbesondere an den Kontaktflächen der Bauteile A, B, C zueinander, eine Schweißlinse 17 bildet. Unter einem Schweißvorgang wird erfindungsgemäß die Bildung einer Widerstandsschweißverbindung, d. h. beispielsweise eines Schweißpunktes oder einer Schweißnaht verstanden. Während des Schweißvorgangs liegt an den Schweißelektroden 11, 13 eine Schweißspannung, die eine Gleichspannung oder eine Wechselspannung sein kann, an.
Zusätzlich zu den beiden Schweißelektroden 11, 13 weist die Widerstandsschweißvorrichtung 100 ein regelbares Zusatzwärmeerzeugungssystem auf, mittels welchem eine Position der Ausbildung der Schweißlinse 17 in den zu fügenden Bauteilen A, B, C beeinflusst, insbesondere verschoben, werden kann.
Das Zusatzwärmeerzeugungssystem weist mehrere, an unterschiedlichen Positionen innerhalb der Widerstandsschweißvorrichtung 100 angeordnete Vorrichtungselemente auf, wobei die Vorrichtungselemente vorzugsweise unterschiedliche Funktionen erfüllen können, um eine Erwärmung bzw. eine thermische Beeinflussung der zu fügenden Bauteile A, B, C erreichen zu können.
Bei der hier gezeigten Ausgestaltung weist das Zusatzwärmeerzeugungssystem zum einen eine erste Erwärmungseinheit 18 und eine zweite Erwärmungseinheit 19 auf, wobei die erste Erwärmungseinheit 18 in dem ersten Wirkungsbereich 10 und die zweite Erwärmungseinheit 19 in dem zweiten Wirkungsbereich 12 angeordnet ist. Die beiden Erwärmungseinheiten 18, 19 sind gegenüberliegend zueinander angeordnet. Die erste Erwärmungseinheit 18 ist benachbart zu der ersten Schweißelektrode 11 und die zweite Erwärmungseinheit 19 ist benachbart zu der zweiten Schweißelektrode 13 angeordnet.
Die beiden Erwärmungseinheiten 18, 19 können beispielsweise zum Vorwärmen der zu fügenden Bauteile eingesetzt werden. Ferner können die Erwärmungseinheiten 18, 19 auch zum Anlassen thermisch empfindlicher Stähle und/oder des Schweißgefüges benutzt werden.
Bei der hier gezeigten Ausgestaltung ist die erste Erwärmungseinheit 18 derart angeordnet, dass diese die erste Schweißelektrode 11 ringförmig umschließt, und die zweite Erwärmungseinheit 19 ist derart angeordnet, dass diese die zweite Schweißelektrode 13 ringförmig umschließt. Sowohl die erste Erwärmungseinheit 18 als auch die zweite Erwärmungseinheit 19 sind hier als eine Induktionsspule ausgebildet ist, mittels welcher innerhalb der Bauteile A, B, C Wärme erzeugt werden kann. Die erste Erwärmungseinheit 18 und die zweite Erwärmungseinheit 19 sind getrennt voneinander regelbar, so dass die beiden Erwärmungseinheiten 18, 19 gleichzeitig oder getrennt voneinander in Betrieb sein können, um Wärme in den Bauteilen A, B, C zu erzeugen. Auch kann die Intensität der Wärmeeinbringung bzw. Wärmeerzeugung der beiden Erwärmungseinheiten 18, 19 getrennt voneinander eingestellt werden, so dass beispielsweise mittels der ersten Erwärmungseinheit 18 mehr Wärme eingebracht bzw. erzeugt wird als mittels der zweiten Erwärmungseinheit 19 oder umgekehrt.
Die erste Erwärmungseinheit 18 und die zweite Erwärmungseinheit 19 sind, wie mit den Pfeilen angedeutet, verfahrbar angeordnet, so dass die beiden Erwärmungseinheiten 18, 19 relativ zu den Bauteilen A, B, C aber auch relativ zu den Schweißelektroden 11, 13 bewegt werden können. Im Betrieb der Erwärmungseinheiten 18, 19 können diese damit möglichst dicht an die Oberfläche der Bauteile A, B, C herangefahren werden, so dass der Abstand zu den zu fügenden Bauteilen A, B, C möglichst gering ist, und bei Nicht-Betrieb der Erwärmungseinheiten 18, 19 können diese von der Oberfläche der Bauteile A, B, C wegbewegt werden, so dass der Abstand zu den zu fügenden Bauteilen A, B, C vergrößert wird. Die Erwärmungseinheiten 18, 19 sind damit höhenvariabel einstellbar. Die Bewegung der Erwärmungseinheiten 18, 19 erfolgt koaxial zu der jeweiligen Schweißelektrode 11, 13.
Die Schweißelektroden 11, 13 können insbesondere während des Betriebes gekühlt werden, wobei hierfür in dem ersten Wirkungsbereich 10 ein erster Kühlwasserdurchlauf 20 zum Kühlen der ersten Schweißelektrode 11 und in dem zweiten Wirkungsbereich 12 ein zweiter Kühlwasserdurchlauf 21 zum Kühlen der zweiten Schweißelektrode 13 ausgebildet ist. Die Kühlwasserdurchläufe 20, 21 weisen jeweils einen Kühlwasservorlauf 22, 23, über welchen das Kühlwasser in den jeweiligen Wirkungsbereich 10, 12 und insbesondere in einen Innenraum der jeweiligen Schweißelektrode 11, 13 einfließt, auf. Weiter weisen die Kühlwasserdurchläufe 20, 21 jeweils einen Kühlwasserrücklauf 24, 25 auf, über welchen das Kühlwasser aus dem jeweiligen Wirkungsbereich 10, 12 und insbesondere aus dem Innenraum der jeweiligen Schweißelektrode 11, 13 herausfließen kann.
Um die Intensität der Kühlung mittels des durch den Kühlwasserdurchlauf 20, 21 fließenden Kühlwassers steuern zu können, weist das Zusatzwärmeerzeugungssystem ein erstes, in dem ersten Kühlwasserdurchlauf 20 angeordnetes Ventil 26 zum Regeln der Durchlaufmenge an Kühlwasser durch den ersten Kühlwasserdurchlauf 20 und ein zweites, in dem zweiten Kühlwasserdurchlauf 21 angeordnetes Ventil 27 zum Regeln der Durchlaufmenge an Kühlwasser durch den zweiten Kühlwasserdurchlauf 21 auf. Die beiden Ventile 26, 27 sind elektronisch schaltbar, wobei die Ventile 26, 27 getrennt voneinander steuer- und regelbar sind.
Die beiden Erwärmungseinheiten 18, 19 sind ebenfalls an die Kühlwasserdurchläufe 20, 21 angebunden, so dass die erste Erwärmungseinheit 18 über den ersten Kühlwasserdurchlauf 20 gekühlt wird und die zweite Erwärmungseinheit 19 über den zweiten Kühlwasserdurchlauf 21 gekühlt wird. Die Kühlung der Erwärmungseinheiten 18, 19 über die Kühlwasserdurchläufe 20, 21 erfolgt vorzugsweise kontinuierlich. Die Anbindung der Erwärmungseinheiten 18, 19 an die Kühlwasserdurchläufe 20, 21 ist daher bei der hier gezeigten Ausgestaltung in Durchflussrichtung des Kühlwasser vor dem jeweiligen Ventil 26, 27 vorgesehen.
Zusätzlich zu den Erwärmungseinheiten 18, 19 und den Ventilen 26, 27 weist das Zusatzwärmeerzeugungssystem eine an der ersten Schweißelektrode 11 angeordnete erste Steuereinheit 28 zum Steuern des Schweißstromes in der ersten Schweißelektrode 11 und eine an der zweiten Schweißelektrode 13 angeordnete zweite Steuereinheit 29 zum Steuern des Schweißstromes in der zweiten Schweißelektrode 13 auf. Durch ein Steuern und damit ein Verändern der Stärke des Schweißstromes in den Schweißelektroden 11, 13 über die Steuereinheiten 28, 29 kann die Temperatur und damit die Erwärmung der jeweiligen Schweißelektrode 11, 13 geregelt werden. Die erste Steuereinheit 28 ist dabei getrennt von der zweiten Steuereinheit 29 regelbar, so dass der Schweißstrom der ersten Schweißelektrode 11 unabhängig von dem Schweißstrom der zweiten Schweißelektrode 13 geregelt werden kann. Sowohl die erste Steuereinheit 28 als auch die zweite Steuereinheit 29 sind hier als eine eine Frequenzmodulation aufweisende Spule ausgebildet. Über die Spulen kann ein induktiver Widerstand in der jeweiligen Schweißelektrode 11, 13 erzeugt werden, wobei durch die Erzeugung eines induktiven Widerstandes die Temperatur der jeweiligen Schweißelektrode 11, 13 erhöht werden kann und damit eine Erwärmung der jeweiligen Schweißelektrode 11, 13 erfolgen kann. In Abhängigkeit der Höhe des erzeugten induktiven Widerstandes kann die Höhe der Temperatur bzw. die Stärke der Erwärmung der jeweiligen Schweißelektrode 11, 13 gesteuert und geregelt werden.
Je nach Fügeaufgabe können die einzelnen Vorrichtungselemente des Zusatzwärmeerzeugungssystems, wie die Erwärmungseinheiten 18, 19, die Ventile 26, 27 und die Steuereinheiten 28, 29, wechselseitig, zeit- und ortsabhängig angesteuert und geregelt werden. Die einzelnen Vorrichtungselemente des Zusatzwärmeerzeugungssystems können getrennt voneinander oder auch gemeinsam, in verschiedenen Kombinationen in Betrieb sein. Beispielsweise können die Erwärmungseinheiten 18, 19 vor dem eigentlichen Schweißvorgang in Betrieb und damit eingeschaltet sein, wobei gleichzeitig das Ventil 26, 27 an den Kühlwasserdurchläufen 20, 21 derart eingestellt sein kann, dass kein Kühlwasser durch den Kühlwasserdurchlauf 20, 21 fließt und damit auch keine Kühlung der Schweißelektroden 11, 13 erfolgen kann.
Gegenüber herkömmlichen Widerstandsschweißvorrichtungen kann bei der erfindungsgemäßen Widerstandsschweißvorrichtung 100 durch das Zusatzwärmeerzeugungssystem die Möglichkeit geschaffen werden, dass eine gezielte, ortsaufgelöste und intensitätsgesteuerte Wärmeführung von außen erfolgen kann, wodurch die Schweißlinse 17 je nach Aufbau, Material und Güte der zu fügenden Bauteile A, B, C innerhalb der Bauteile A, B, C gezielt beeinflusst, insbesondere verschoben, werden kann, so dass auch bei Mehrblechkombinationen eine Schweißverbindung der zu fügenden Bauteile A, B, C mit einer hohen Qualität erreicht werden kann.
Mittels der erfindungsgemäßen Widerstandsschweißvorrichtung 100 ist damit auch eine Vorvernetzung eines Klebstoffes bei kombinierter Fügetechnik, wie zum Beispiel Punktschweißkleben, möglich. Des Weiteren kann die erfindungsgemäße Widerstandsschweißvorrichtung 100 auch zum direkten Schweißen von Sandwichmaterialien verwendet werden, indem das schwer verdrängbare Zwischenmaterial gezielt erwärmt wird und durch die über die Schweißelektroden 11, 13 wirkende Schweißkraft verdrängt wird, so dass ein direkter Strompfad erzeugt werden kann.
Die Erfindung beschränkt sich in ihrer Ausführung nicht auf die vorstehend angegebene bevorzugte Ausgestaltung. Vielmehr ist eine Anzahl von Varianten denkbar, welche von den dargestellten Lösungen auch bei grundsätzlich anders gearteten Ausführungen Gebrauch macht. Sämtliche aus den Ansprüchen der Beschreibung oder den Zeichnungen hervorgehende Merkmale und/oder Vorteile einschließlich konstruktiven Einzelheiten räumlicher Anordnungen und Verfahrensschritte können sowohl für sich als auch in den verschiedensten Kombinationen erfindungswesentlich sein.
Bezugszeichenliste

100: Widerstandsschweißvorrichtung
10: Erster Wirkungsbereich
11: Erste Schweißelektrode
12: Zweiter Wirkungsbereich
13: Zweite Schweißelektrode
14: Stromquelle
15: Zuleitung
16: Zuleitung
17: Schweißlinse
18: Erste Erwärmungseinheit
19: Zweite Erwärmungseinheit
20: Erster Kühlwasserdurchlauf
21: Zweiter Kühlwasserdurchlauf
22: Kühlwasservorlauf
23: Kühlwasservorlauf
24: Kühlwasserrücklauf
25: Kühlwasserrücklauf
26: Erstes Ventil
27: Zweites Ventil
28: Erste Steuereinheit
29: Zweite Steuereinheit
A: Bauteil
B: Bauteil
C: Bauteil

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102007062375 A1 [0004]

Claims

Widerstandsschweißvorrichtung (100) zum Fügen von Bauteilen (A, B, C), mit einem ersten Wirkungsbereich (10), in welchem eine erste Schweißelektrode (11) angeordnet ist, einem zweiten Wirkungsbereich (12), in welchem eine zweite Schweißelektrode (13) angeordnet ist, einer Stromquelle (14) zur Erzeugung eines elektrischen Schweißstromes, welcher über die erste Schweißelektrode (11) und die zweite Schweißelektrode (13) in die zu fügenden Bauteile (A, B, C) einbringbar ist, um die zu fügenden Bauteile (A, B, C) unter Ausbildung einer Schweißlinse (17) zu verbinden, und einem regelbaren Zusatzwärmeerzeugungssystem, mittels welchem eine Position der Ausbildung der Schweißlinse (17) in den zu fügenden Bauteilen (A, B, C) beeinflussbar ist.
Widerstandsschweißvorrichtung (100) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Zusatzwärmeerzeugungssystem eine erste Erwärmungseinheit (18) und eine zweite Erwärmungseinheit (19) aufweist, wobei die erste Erwärmungseinheit (18) in dem ersten Wirkungsbereich (10) und die zweite Erwärmungseinheit (19) in dem zweiten Wirkungsbereich (11) angeordnet ist.
Widerstandsschweißvorrichtung (100) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Erwärmungseinheit (18) und/oder die zweite Erwärmungseinheit (19) verfahrbar angeordnet sind.
Widerstandsschweißvorrichtung (100) nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Erwärmungseinheit (18) derart angeordnet ist, dass sie die erste Schweißelektrode (11) zumindest bereichsweise umschließt, und/oder dass die zweite Erwärmungseinheit (19) derart angeordnet ist, dass sie die zweite Schweißelektrode (13) zumindest bereichsweise umschließt.
Widerstandsschweißvorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Erwärmungseinheit (18) als eine Induktionsspule ausgebildet ist und/oder dass die zweite Erwärmungseinheit (19) als eine Induktionsspule ausgebildet ist.
Widerstandsschweißvorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass in dem ersten Wirkungsbereich (10) ein erster Kühlwasserdurchlauf (20) zum Kühlen der ersten Schweißelektrode (11) und dass in dem zweiten Wirkungsbereich (12) ein zweiter Kühlwasserdurchlauf (21) zum Kühlen der zweiten Schweißelektrode (13) ausgebildet ist, wobei das Zusatzwärmeerzeugungssystem ein erstes in dem ersten Kühlwasserdurchlauf (20) angeordnetes Ventil (26) zum Regeln der Durchlaufmenge an Kühlwasser durch den ersten Kühlwasserdurchlauf (20) und ein zweites in dem zweiten Kühlwasserdurchlauf (21) angeordnetes Ventil (27) zum Regeln der Durchlaufmenge an Kühlwasser durch den zweiten Kühlwasserdurchlauf (21) aufweist.
Widerstandsschweißvorrichtung (100) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Ventil (26) und/oder das zweite Ventil (27) elektronisch schaltbar sind.
Widerstandsschweißvorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Zusatzwärmeerzeugungssystem eine an der ersten Schweißelektrode (11) angeordnete erste Steuereinheit (28) zum Steuern des Schweißstromes in der ersten Schweißelektrode (11) und eine an der zweiten Schweißelektrode (13) angeordnete zweite Steuereinheit (29) zum Steuern des Schweißstromes in der zweiten Schweißelektrode (13) aufweist.
Widerstandsschweißvorrichtung (100) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Steuereinheit (28) als eine eine Frequenzmodulation aufweisende Spule ausgebildet ist und/oder dass die zweite Steuereinheit (29) als eine eine Frequenzmodulation aufweisende Spule ausgebildet ist.
Verfahren zum Fügen von Bauteilen (A, B, C) mittels einer Widerstandsschweißvorrichtung (100), bei welchem mittels einer Stromquelle (14) ein elektrischer Schweißstrom erzeugt wird, welcher über eine in einem ersten Wirkungsbereich (10) der Widerstandsschweißvorrichtung (100) angeordnete erste Schweißelektrode (11) und über eine in einem zweiten Wirkungsbereich (12) der Widerstandsschweißvorrichtung (100) angeordnete zweite Schweißelektrode (13) in die zu fügenden Bauteile (A, B, C) eingebracht wird und die zu fügenden Bauteile (A, B, C) unter Ausbildung einer Schweißlinse (17) verbunden werden, wobei eine Position der Ausbildung der Schweißlinse (17) in den zu fügenden Bauteilen (A, B, C) durch ein regelbares Zusatzwärmeerzeugungssystem beeinflusst wird.