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Die Erfindung betrifft ein Spannelement für eine Spannvorrichtung zum Schweißen von Werkstücken mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 sowie eine Spannvorrichtung.
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Stand der Technik
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Die
DE 10 2006 014 068 A1 offenbart eine Vorrichtung zum Spannen von Bauteilen während eines Verschweißens von zwei- oder mehrlagig angeordneten Blechbauteilen, mit einer Halterung für einen Bearbeitungskopf, insbesondere für einen Laserbearbeitungskopf, die an einen Industrieroboter anbringbar ist, um den Bearbeitungskopf entlang einer Bearbeitungslinie zu führen, einem Anpresselement, das an der Halterung relativ zu dieser bewegbar angebracht ist, und einer wirkungsmäßig zwischen Halterung und Anpresselement vorgesehenen Anpresseinrichtung. Das Anpresselement ist seitlich neben einem zu erzeugenden Schweißpunkt angeordnet.
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Aufgabe
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Spannelement und eine Spannvorrichtung zur Erzeugung optimierter Schweißverbindungen zur Verfügung zu stellen. Insbesondere soll das Spannelement es ermöglichen, mittels MAG-Durchschweißpunkten eine Verbindung von Bauteilen eines Fahrzeugsitzes, insbesondere eines Sitzrahmens mit einer großflächigen Rückwandstruktur dünner Blechdicke, unter dem Aspekt einseitiger Brennerzugänglichkeit und eingeschränkter Schutzgasbeaufschlagung zu ermöglichen.
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Lösung
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Spannelement für eine Spannvorrichtung zum Schweißen von Werkstücken gelöst, das Spannelement aufweisend ein Gehäuse und ein relativ zu dem Gehäuse beweglich angeordnetes Druckstück, wobei eine Gasdüse einer Schweißvorrichtung in das Gehäuse einführbar ist.
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Dadurch, dass eine Gasdüse einer Schweißvorrichtung in das Gehäuse des Spannelements einführbar ist, kann das Spannelement die zu fügenden Werkstücke, umlaufend um den zu erzeugenden Schweißpunkt, gegeneinander spannen. Es lassen sich gegenüber dem Stand der Technik Schweißpunkte erzeugen, deren Qualität und Festigkeit gesteigert ist.
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Das Druckstück ist vorzugsweise ringförmig. In ein ringförmiges Druckstück lässt sich eine Gasdüse in das Druckstück einführen und/oder durchführen. Das Druckstück kann kreisringförmig sein. Das Druckstück kann rotationssymmetrisch sein.
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Besonders vorteilhaft können die Spannelemente in Spannvorrichtungen zum Spannen von wenigstens zwei Werkstücken, die mittels Metall-Aktivgas-Schweißens (MAG-Schweißens) miteinander zu verbinden sind, eingesetzt werden. Dabei kann ein einseitiges Durchschweißen erfolgen. Das MAG-Schweißen ist eine an sich bekannte Form des Schutzgasschweißens, insbesondere für Stahl. Dabei brennt ein Lichtbogen zwischen einer stromführenden Drahtelektrode und einem Werkstück unter Schutzgas. Ein maschinell zugeführter Draht dient als Elektrode und schmilzt im Lichtbogen ab.
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Die Gasdüse kann wenigstens teilweise in das Druckstück einführbar sein. Die Gasdüse kann zentrisch in das Druckstück einführbar sein. Dadurch können Schweißpunkte zentrisch zu einer Auflagefläche des Druckstücks auf einem oberen der zu spannenden und zu fügenden Werkstücke erzeugt werden. Vorteilhafterweise ist ein Schweißdraht durch das Druckstück durchführbar, so dass der Schweißdraht weitgehend senkrecht auf das obere der zu spannenden Werkstücke trifft. Der Schweißdraht ist vorzugsweise zentrisch durch das Druckstück durchführbar.
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Das Druckstück ist vorzugsweise mittels einer Feder wenigstens mittelbar an dem Gehäuse abgestützt. Die Feder kann eine Schraubendruckfeder sein. Die Feder kann das Druckstück vorspannen. Die Feder kann das Druckstück in Richtung einer Längsachse vorspannen. Die Längsachse kann weitgehend senkrecht zu den Oberflächen der zu fügenden Werkstücke ausgerichtet sein. Das Druckstück ist vorzugsweise relativ zu dem Gehäuse entlang der Längsachse verschiebbar. Durch die Verschiebung des Druckstücks in das Gehäuse hinein, wird die Feder gespannt.
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Vorzugsweise kann das Druckstück gegenüber der Längsachse kippbar, das heißt zwischen einer Längsachse des Druckstücks und der Längsachse des Gehäuses kann sich ein Winkel einstellen. Dies kann dadurch erreicht werden, dass das Druckstück mit Spiel relativ zum Gehäuse gelagert ist. Aufgrund der Möglichkeit des Kippens ist eine flächige Auflage des Druckstücks auf das obere der zu spannenden Werkstücke gewährleistet.
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Das Druckstück kann wenigstens ein Loch zum Ausströmen von Gas aufweisen. Das wenigstens eine Loch zum Ausströmen von Gas kann in einer umlaufenden Wand des Druckstücks angeordnet sein, so dass Gas seitlich aus dem Druckstück entweichen kann. Ein Loch kann beispielsweise eine Bohrung oder eine Nut oder sonstige Öffnung sein. Vorzugsweise sind mehrere Löcher, insbesondere gleichmäßig, über den Umfang des Drückstücks verteilt angeordnet. Vorzugsweise besteht das Druckstück aus einem Werkstoff, an dem Schweißspritzer nicht anhaften, insbesondere Wolframkupfer.
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Die Aufgabe wird zudem gelöst durch eine Spannvorrichtung zum Schweißen von Werkstücken, wobei die Spannvorrichtung wenigstens ein erfindungsgemäßes Spannelement aufweist. Vorteilhafterweise ist für jeden der zu erzeugenden Schweißpunkte genau ein Spannelement vorgesehen. Die Anordnung der Spannelemente in der Spannvorrichtung kann umlaufend sein. Die Anordnung der Spannelemente in der Spannvorrichtung kann äquidistant sein. Die Anordnung der Spannelemente in der Spannvorrichtung kann ungleichmäßig verteilt sein.
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Die Spannvorrichtung kann eine Spannelementaufnahme zur Aufnahme mehrerer Spannelemente aufweisen. Die Spannelemente können jeweils im Bereich eines zu erzeugenden Schweißpunktes angeordnet sein. Die Spannelementaufnahme kann plattenförmig sein. Die Spannelementaufnahme kann ein Blech mit dicker Blechstärke sein. Die Spannelementaufnahme kann zugleich ein Werkzeugträger sein. Die Spannelementaufnahme kann ein Lochbild aufweisen, wobei im Bereich eines jeden Loches ein Spannelement angeordnet ist, insbesondere eingesetzt und verschraubt ist. Dazu kann das Gehäuse ein Außengewinde und ein Gegenstück ein Innengewinde aufweisen, so dass das Gegenstück auf das Gehäuse aufschraubbar ist. Durch ein Aufschrauben des Gegenstücks auf das Gehäuse kann ein um ein Loch der Spannelementaufnahme umlaufender Rand der Spannelementaufnahme zwischen Gehäuse und Druckstück eingeklemmt werden.
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Zusammenfassend und mit anderen Worten ausgedrückt, kann mittels der erfindungsgemäßen Spannelemente eine optimierte mechanische Spannvorrichtung zur Herstellung von Metall-Aktivgas (MAG) Schweißverbindungen mittels MAG-Durchschweißpunkten zur Verfügung gestellt werden. Die Spannvorrichtung gewährleistet die spaltarme Positionierung der zu fügenden Bauteile im Fügebereich bei gleichzeitiger Kompensationsmöglichkeit von Ebenheitsabweichungen und der Gewährleistung einer Ausgasung des Schutzgases. Der MAG-Brenner kann inklusive angeflanschter Schutzgasdüse in das Spannelement eintauchen. Aufgrund einer Vielzahl von Spannelementen in einer Spannvorrichtung entsteht eine nahezu gleichmäßig verteilte, jedoch um die Spannelemente lokal beschränkte Flächenpressung, wobei eine Federvorspannung und ein Federweg an die Schweißaufgabe angepasst werden können. Vorzugsweise weist ein erfindungsgemäßes Spannelement eine Ausgasungshilfe auf, welche aus Wolframkupfer gefertigt ist, um die Anhaftung von Schweißspritzern zu minimieren. Mittels der Spannelemente ist die Konstruktion einer Spannvorrichtung zur Herstellung von Schweißverbindungen mittels MAG-Durchschweißpunkten insbesondere zur Verbindung eines Sitzrahmens mit einer großflächigen Rückwandstruktur dünner Blechdicke unter dem Aspekt einseitiger Brennerzugäglichkeit und eingeschränkter Schutzgasbeaufschlagung möglich.
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Figuren und Ausführungsformen der Erfindung
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Im Folgenden ist die Erfindung anhand eines in den Figuren dargestellten vorteilhaften Ausführungsbeispiels näher erläutert. Die Erfindung ist jedoch nicht auf dieses Ausführungsbeispiel beschränkt. Es zeigen:
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1: einen Schnitt durch ein erfindungsgemäßes Spannelement, wobei das Spannelement in einer Spannvorrichtung montiert ist und ein Werkstück spannt,
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2: eine Detaildarstellung des Werkstücks gemäß der Einzelheit II in 1,
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3: eine Explosionsdarstellung des Spannelements aus 1,
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4: einen 1 entsprechenden Schnitt, wobei eine Gasdüse in das Spannelement eingeführt ist,
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5: einen Schnitt durch das erfindungsgemäße Spannelement, wobei ein Druckstück des Spannelements gegenüber einem Gehäuse des Spannelements schräg gestellt ist,
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6: eine Explosionsdarstellung einer erfindungsgemäßen Spannvorrichtung, und
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7: eine perspektivische Darstellung der Spannvorrichtung aus 6.
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1 zeigt einen Schnitt durch ein erfindungsgemäßes Spannelement 100, wobei das Spannelement 100 in einer nur ausschnittsweise dargestellten Spannvorrichtung 200 montiert ist und ein Werkstück 10 spannt.
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2 zeigt eine Detaildarstellung des Schnitts durch das Werkstück 10. Das Werkstück 10 umfasst ein Hohlprofil 12 und ein weitgehend ebenes Blech 14, das mit dem Hohlprofil 12 mittels wenigstens eines MAG-Schweißpunkts, vorzugsweise mehrerer MAG-Schweißpunkte, zu verbinden ist. Die Wandstärke des Hohlprofils 12 ist größer als die Blechstärke des Blechs 14. Die Blechstärke des Blechs 14 ist vorzugsweise kleiner als 1 mm, höchst vorzugsweise kleiner als 0,6 mm. Mittels des Spannelements 100 wird das Blech 14 mit einer Kraft auf das Hohlprofil 12 gespannt, so dass ein Spalt zwischen dem Hohlprofil 12 und dem Blech 14 vermieden ist.
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Das Spannelement 100 hat vorliegend einen weitgehend rotationssymmetrischen Aufbau. Eine Längsachse A definiert eine Rotationsachse und verläuft in einer Grundstellung des Spannelements 100 parallel zu einer Kraftrichtung einer von dem Spannelement 100 erzeugbaren Kraft, die auf eine ringförmige Fläche des Blechs 14 einleitbar ist. Die Längsachse A definiert die nachfolgend verwendeten Richtungsangaben eines Zylinderkoordinatensystems. Insbesondere sind durch die Längsachse A eine Längsrichtung, eine radiale Richtung und eine Umfangsrichtung definiert.
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Das Spannelement 100 weist ein Gehäuse 110 und ein relativ zu dem Gehäuse 110 begrenzt beweglich geführtes Druckstück 120 auf. Das Druckstück 120 ist mittels einer Feder 130, vorliegend einer Druckfeder, vorgespannt. Das Spannelement 100 weist vorliegend zudem ein Gegenstück 140 zur Befestigung des Gehäuses 110 an der Spannvorrichtung 200 und eine Hülse 150 auf.
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Das Gehäuse 110 weist einen weitgehend kreiszylindrischen Grundkörper 112 auf. Eine Mittelachse des Grundkörpers 112 entspricht der Längsachse A. An einem Ende des Grundkörpers 112 weist dieser einen Bund 114 auf, dessen Außendurchmesser größer ist als ein Außendurchmesser des übrigen Grundkörpers 112. An den Bund 114 sind derart zwei parallele Flächen 116 ausgebildet, dass der Bund 114 während der Montage des Spannelements 100 an die Spannvorrichtung 200 mit einem Werkzeug, insbesondere einem Schraubenschlüssel, gedreht oder fixiert werden kann. Von der weitgehend zylindrischen Innenfläche des Grundkörpers 112 steht radial nach innen ein ringförmiges Abstützmittel 118 zum Abstützen der Feder 130 ab, das vorliegend einteilig mit dem Grundkörper 112 des Gehäuses 110 insbesondere in Form eines Bundes ausgebildet ist. In einem von dem Bund 114 abgewandten Endbereich weist das Gehäuse 110 ein Außengewinde 119 auf.
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Das Druckstück 120 weist eine weitgehend rotationssymmetrische Gestalt auf. Innen weist das Druckstück 120 eine konische Öffnung 122 auf. Eine Außenwand des Druckstücks 120 ist in Längsrichtung zweifach gestuft, das heißt, die Außenwand setzt sich aus drei kreiszylindrischen Abschnitten unterschiedlicher Durchmesser zusammen. Ein in Längsrichtung betrachtet mittlerer kreiszylindrischer Abschnitt hat den größten Außendurchmesser der drei kreiszylindrischen Abschnitte, wobei der mittlerer kreiszylindrische Abschnitt einen Abstützbund 124 für die Feder 130 und die Hülse 150 bildet. Umlaufend weist die Wand des Druckstücks 120 mehrere Löcher 126 auf, die die Öffnung 122 in radialer Richtung durch die Außenwand des Druckstücks 120 hindurch führt. Die Löcher 126 dienen einer Entgasung des Spannelements 100 während eines Schweißvorgangs. Ein der Hülse 150 zugewandtes Ende des Druckstücks 120 weist ein Außengewinde 128 auf.
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Das Druckstück 120 ist aus einem Werkstoff gefertigt, an dem Schweißspritzer nicht anhaften, vorliegend aus einem Wolframkupfer.
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Die Hülse 150 weist eine weitgehend hohlzylindrische Geometrie mit einem L-förmigen Wandquerschnitt auf. Die Hülse 150 weist einen nach radial außen weisenden Bund 152 auf. Die Hülse 150 weist ein Innengewinde 154 auf. Das Druckstück 120 ist mit der Hülse 150 verschraubt. Dazu wirkt das Innengewinde 154 mit dem Außengewinde 128 zusammen.
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Das Gegenstück 140 weist eine weitgehend hohlzylindrische Geometrie mit einem L-förmigen Wandquerschnitt auf. Das Gegenstück 140 weist einen radial nach innen weisenden Bund 142 auf. Das Gegenstück 140 weist ein Innengewinde 144 auf. Das Gegenstück 140 ist mittels des Innengewindes 144 mit dem Außengewinde 119 des Gehäuses 110 verschraubt. In einem in die Spannvorrichtung 200 montierten Zustand wird das in eine Montagebohrung der Spannvorrichtung 200 eingeschobene Gehäuse 110 mittels des Gegenstücks 140 gesichert. Das Gegenstück 140 wirkt dabei wie eine Schraubenmutter, insbesondere als eine Klemmmutter.
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Das Gehäuse 110 und das Gegenstück 140 bilden gemeinsam einen Bauraum, innerhalb dessen die Feder 130, die Hülse 150 und teilweise auch das Druckstück 120 angeordnet sind, und aus dem das Druckstück 120 zumindest abschnittsweise herausragt.
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Die Feder 130 ist in Längsrichtung A zwischen dem Abstützmittel 118 des Gehäuses 110 und dem Abstützbund 124 des Druckstücks 120 angeordnet und vorgespannt. In radialer Richtung ist die Feder 130 zwischen dem Gehäuse 110 und der Hülse 150 angeordnet. Dabei ist die Hülse 150 derart in dem Gehäuse 110 angeordnet, dass sich der Bund 152 der Hülse 150 auf der von der Feder 130 abgewandten Seite des Abstützmittels 118 an dem Abstützmittel 118 des Gehäuses 110 abstützen kann. Vorliegend ist zwischen der Feder 130 und dem Abstützmittel 118 eine Scheibe 135 zur gleichmäßigeren Kraftverteilung angeordnet. Diese Scheibe 135 ist jedoch nicht zwingend erforderlich.
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Aufgrund des zuvor beschriebenen Aufbaus ist eine Gasdüse 300 einer MAG-Schweißvorrichtung in das Spannelement 100 einführbar. Ein aus der Gasdüse 300 austretender Schweißdraht 310 ist auf die Oberfläche des Werkstücks 10 führbar. Während des Schweißens entstehende Gase können durch die Löcher 126 aus dem Druckstück 120 entweichen.
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Aufgrund des zuvor beschriebenen Aufbaus des Spannelements 100 ist das Druckstück 120 unter weiterer Vorspannung der Feder 130 in das Gehäuse 110 einschiebbar. Dabei hat die Führung des Druckstücks 120 und der mit dem Druckstück 120 verbundenen Hülse 150 in dem Gehäuse 110 so viel Spiel, dass eine Schrägstellung des Druckstücks 120 relativ zu dem Gehäuse 110 erfolgen kann. In 5 ist diese Schrägstellung durch einen Winkel W gekennzeichnet. Die Schrägstellung um den Winkel W ermöglicht es, dass das Druckstück 120 auch dann flächig auf dem Werkstück 10 aufliegt, wenn aufgrund von Toleranzen das Werkstück 10 nicht exakt senkrecht zu der Längsachse A angeordnet ist.
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Die 6 und 7 zeigen beispielhaft und vereinfacht eine Spannvorrichtung 200, in die mehrere der erfindungsgemäßen Spannelemente 100 eingebaut sind. Die Spannvorrichtung 200 weist eine plattenförmige Spannelementaufnahme 210 und eine Grundplatte 220 auf, die mittels mehrerer Distanzhülsen 230 zueinander beabstandet sind. Mittels mehrerer Schrauben 240 ist die Spannelementaufnahme 210 mit der Grundplatte 220 verschraubt. Zwischen der Spannelementaufnahme 210 und der Grundplatte 220 sind das zu schweißende Werkstück 10, das heißt das Hohlprofil 12 und das Blech 14 angeordnet. Das Blech 14 ist mittels der Spannelemente 100 auf das Hohlprofil 12 gespannt. Das Blech 14 und das Hohlprofil 12 sind vorliegend Bauteile einer Rückenlehne eines Fahrzeugsitzes.
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Die in der vorstehenden Beschreibung, den Ansprüchen und den Zeichnungen offenbarten Merkmale können sowohl einzeln als auch in Kombination für die Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausgestaltungen von Bedeutung sein.
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Obwohl die Erfindung in den Zeichnungen und der vorausgegangenen Darstellung im Detail beschrieben wurde, sind die Darstellungen illustrativ und beispielhaft und nicht einschränkend zu verstehen. Insbesondere ist die Wahl der zeichnerisch dargestellten Proportionen der einzelnen Elemente nicht als erforderlich oder beschränkend auszulegen. Weiterhin ist die Erfindung insbesondere nicht auf die erläuterten Ausführungsbeispiele beschränkt. Weitere Varianten der Erfindung und ihre Ausführung ergeben sich für den Fachmann aus der vorangegangenen Offenbarung, den Figuren und den Ansprüchen.
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In den Ansprüchen verwendete Begriffe wie „umfassen“, „aufweisen“, „beinhalten“, „enthalten“ und dergleichen schließen weitere Elemente oder Schritte nicht aus. Die Verwendung des unbestimmten Artikels schließt eine Mehrzahl nicht aus. Eine einzelne Einrichtung kann die Funktionen mehrerer in den Ansprüchen genannten Einheiten bzw. Einrichtungen ausführen.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Werkstück
- 12
- Hohlprofil
- 14
- Blech
- 100
- Spannelement
- 110
- Gehäuse
- 112
- Grundkörper
- 114
- Bund
- 116
- Fläche
- 118
- Abstützmittel
- 119
- Außengewinde
- 120
- Druckstück
- 122
- Öffnung
- 124
- Abstützbund
- 126
- Loch
- 128
- Außengewinde
- 130
- Feder
- 135
- Scheibe
- 140
- Gegenstück
- 142
- Bund
- 144
- Innengewinde
- 150
- Hülse
- 152
- Bund
- 154
- Innengewinde
- 200
- Spannvorrichtung
- 210
- Spannelementaufnahme
- 220
- Grundplatte
- 230
- Distanzhülse
- 240
- Schraube
- 300
- Gasdüse
- 310
- Schweißdraht
- A
- Längsachse
- W
- Winkel
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102006014068 A1 [0002]
