DE102017201731A1

DE102017201731A1 - Welding apparatus for electric resistance spot welding and method

Info

Publication number: DE102017201731A1
Application number: DE102017201731.7A
Authority: DE
Inventors: Simon Wuerzinger
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2017-02-03
Filing date: 2017-02-03
Publication date: 2018-08-09

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Schweißvorrichtung und ein Verfahren zum elektrischen Widerstandspunktschweißen mit zwei Elektrodenhaltern (2, 3) für zwei Elektroden (14, 15), die mit einem Schweißstrom beaufschlagbar sind, wobei zumindest einer der beiden Elektrodenhalter (2, 3) über eine Zustellvorrichtung derart bewegbar ist, dass die Elektroden (14, 15) unter Zwischenlage der zu verschweißenden Bauteile (4, 5) in einer Schließbewegung zusammenführbar sind. Die Elektrodenhalter (2, 3) weisen Anpressflächen (12, 13), die durch die Schließbewegung in Anlage mit den Bauteilen (4, 5) bringbar sind, die Elektrodenhalter (2, 3) sind zumindest zeitweise derart magnetisierbar, dass die Schließkraft (F1) durch magnetische Anziehung zwischen den Anpressflächen (12, 13) auf die Bauteile (4, 5) aufbringbar ist und die Elektroden (14, 15) sind durch jeweils eine Zustelleinrichtung (20, 21) relativ zum entsprechenden Elektrodenhalter (2, 3) in Richtung auf die Bauteile zustellbar.The invention relates to a welding apparatus and a method for electrical resistance spot welding with two electrode holders (2, 3) for two electrodes (14, 15), which can be acted upon by a welding current, wherein at least one of the two electrode holders (2, 3) via a feed device such is movable, that the electrodes (14, 15) with the interposition of the components to be welded (4, 5) are merge in a closing movement. The electrode holders (2, 3) have contact surfaces (12, 13) which can be brought into contact with the components (4, 5) by the closing movement; the electrode holders (2, 3) can be magnetized at least temporarily such that the closing force (F1 ) by magnetic attraction between the contact surfaces (12, 13) on the components (4, 5) can be applied and the electrodes (14, 15) by a respective feed device (20, 21) relative to the corresponding electrode holder (2, 3) in Direction to the components deliverable.

Description

Die Erfindung betrifft eine Schweißvorrichtung zum Widerstandspunktschweißen nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 1, mit zwei Elektrodenhaltern für zwei Elektroden, die mit einem Schweißstrom beaufschlagbar sind, wobei zumindest einer der beiden Elektrodenhalter über eine Zustellvorrichtung derart bewegbar ist, dass die Elektroden unter Zwischenlage der zu verschweißenden Bauteile in einer Schließbewegung zusammenführbar sind. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Widerstandspunktschweißen.The invention relates to a welding apparatus for resistance spot welding according to the preamble of claim 1, comprising two electrode holders for two electrodes, which can be acted upon by a welding current, wherein at least one of the two electrode holders via a feed device is movable such that the electrodes with the interposition of the components to be welded can be merged in a closing movement. Furthermore, the invention relates to a method for resistance spot welding.

Solche Schweißvorrichtungen sind allgemein bekannt, sie sind üblicherweise als bewegliche Schweißzangen ausgeführt, z.B. in X-Form oder C-Form. Bei der X-Form sind die Elektrodenhalter an den Enden gelenkig verbundener Arme befestigt. Zur Schließbewegung schwenken die Arme oder ein Arm um das Gelenk, wodurch die Elektrodenhalter aufeinander zubewegt werden. Bei der C-Form sind die Elektrodenhalter an gegenüberliegenden Enden eines C-förmigen Rahmens angeordnet. Zur Realisierung der Schließbewegung wird bei dieser Bauform eine Elektrode linear auf die andere, festgelagerte Elektrode zubewegt. Die Umsetzung der Zangenbewegung erfolgt üblicherweise durch eine Zustellvorrichtung in Form eines Linearantriebs, der z.B. als servo-elektrischer, hydraulischer oder pneumatischer Antrieb gestaltet sein kann. Zum Stand der Technik wird beispielhaft auf die Druckschriften DE 20 2008 013 883 U1 verwiesen.Such welding devices are well known, they are usually designed as a portable welding guns, for example in X-shape or C-shape. In the X-shape, the electrode holders are attached to the ends of articulated arms. For closing movement, the arms or an arm pivot about the joint, whereby the electrode holders are moved towards each other. In the C-shape, the electrode holders are disposed at opposite ends of a C-shaped frame. To realize the closing movement, an electrode is linearly moved to the other, fixed electrode in this design. The implementation of the forceps movement is usually carried out by a feed device in the form of a linear drive, which can be designed, for example, as a servo-electric, hydraulic or pneumatic drive. The state of the art is exemplified in the documents DE 20 2008 013 883 U1 directed.

Die Elektroden bringen zunächst eine Schließkraft auf die Bauteile auf, die dazu dient, die Bauteile aneinander zu pressen, einen eventuell vorhandenen Spalt zu beseitigen und einen definierten Bauteilkontakt und Widerstand zu gewährleisten.The electrodes first apply a closing force to the components, which serves to press the components against each other, to eliminate any gap and to ensure a defined component contact and resistance.

Zur Ausbildung des Schweißpunktes werden die Elektroden mit einem Schweißstrom beaufschlagt, der durch die Elektrodenkappen in das Werkstück fließt. Aufgrund der Widerstandserwärmung wird das Material im Bereich zwischen den Elektroden teigig verformbar bis schmelzflüssig, wodurch die Elektroden in das Bauteilmaterial eindringen können. Hierdurch verändert sich der Widerstand und die von den Elektroden auf die Bauteile wirkende Schweißkraft. Deshalb erfolgt während der Schweißung eine Nachsetzbewegung zur Kompensation des Effekts und zur Aufrechterhaltung der Schweißkraft.To form the welding point, the electrodes are subjected to a welding current flowing through the electrode caps in the workpiece. Due to the resistance heating, the material becomes doughy deformable to molten in the region between the electrodes, whereby the electrodes can penetrate into the component material. This changes the resistance and the welding force acting on the components from the electrodes. Therefore, during the welding, a Nachsetzbewegung to compensate for the effect and to maintain the welding force.

Aufgrund der Vielzahl von Punktschweißungen soll die Schließbewegung der Zange möglichst schnell erfolgen. Gleichzeitig muss die Zangenkonstruktion jedoch auch die erforderlichen hohen Schließ- und Schweißkräfte aufbringen können, was sehr hohe Anforderungen an die Robotik zur Übertragung der Prozesskräfte stellt. Deshalb sind bekannte Lösungen häufig schwer, aufwendig und teuer und hinsichtlich der Nachsetzbewegung träge.Due to the large number of spot welds, the closing movement of the pliers should be as fast as possible. At the same time, however, the forceps construction must also be able to apply the required high closing and welding forces, which places very high demands on the robotics for the transmission of the process forces. Therefore, known solutions are often heavy, expensive and expensive and sluggish in terms of Nachsetzbewegung.

Zur Verbesserung der Erzeugung der Schweißkraft ist es z.B. aus der Druckschrift DE 10 2012 112 547 A1 bekannt, die erforderliche Nachsetzbewegung durch einen Elektromagneten zu realisieren, der ergänzend zu der Schließbewegung der Zange eine Zustellbewegung der Elektrode in Richtung auf die Bauteile vornimmt.To improve the generation of the welding force, it is for example from the document DE 10 2012 112 547 A1 known to realize the required Nachsetzbewegung by an electromagnet, which makes a supplementary movement of the electrode in the direction of the components in addition to the closing movement of the pliers.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Schweißvorrichtung und ein Verfahren anzugeben, womit die Erzeugung der Schweißkraft weiter verbessert werden kann und die Flexibilität gesteigert werden kann.The object of the invention is to provide a welding apparatus and a method, whereby the generation of the welding force can be further improved and the flexibility can be increased.

Gelöst wird die Aufgabe durch eine Schweißvorrichtung nach Patentanspruch 1 sowie ein Verfahren nach Patentanspruch 7. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.The object is achieved by a welding device according to claim 1 and a method according to claim 7. Further advantageous embodiments of the invention will become apparent from the dependent claims.

Bei der erfindungsgemäßen Schweißvorrichtung ist vorgesehen, dass die Elektrodenhalter Anpressflächen aufweisen, die durch die Schließbewegung in Anlage mit den Bauteilen bringbar sind. Die Elektrodenhalter sind zumindest zeitweise derart magnetisierbar, dass sie sich anziehen und die Anpressflächen die erforderliche Schließkraft auf die Bauteile übertragen. Zur Regelung der Schweißkraft sind die Elektroden durch jeweils eine Zustelleinrichtung relativ zum entsprechenden Elektrodenhalter in Richtung auf die Bauteile zustellbar.In the welding device according to the invention, it is provided that the electrode holders have contact surfaces which can be brought into contact with the components by the closing movement. The electrode holders can be magnetized, at least temporarily, in such a way that they attract each other and the contact surfaces transmit the required closing force to the components. To regulate the welding force, the electrodes can be delivered by means of a feed device relative to the corresponding electrode holder in the direction of the components.

Weiterhin wird ein Verfahren zum elektrischen Widerstandspunktschweißen angegeben bei dem zwei Elektroden unter Zwischenlage von zu verschweißenden Bauteilen in einer Schließbewegung zusammengeführt werden und mit einem elektrischen Schweißstrom beaufschlagt werden. Erfindungsgemäß weisen die Elektrodenhalter Anpressflächen auf, welche durch die Schließbewegung in Anlage mit den Bauteilen gebracht werden. Die Elektrodenhalter werden derart magnetisiert, dass sie sich anziehen und die Anpressflächen die erforderliche Schließkraft auf die Bauteile übertragen. Die Schweißkraft wird durch eine Bewegung der Elektroden relativ zum entsprechenden Elektrodenhalter angepasst, z.B. in Richtung auf oder weg von den Bauteilen.Furthermore, a method for electrical resistance spot welding is specified in which two electrodes are brought together with the interposition of components to be welded in a closing movement and acted upon by an electrical welding current. According to the invention, the electrode holders have contact surfaces, which are brought into contact with the components by the closing movement. The electrode holders are magnetized in such a way that they attract and the contact surfaces transmit the required closing force to the components. The welding force is adjusted by movement of the electrodes relative to the corresponding electrode holder, e.g. towards or away from the components.

Die Schließkraft wird erfindungsgemäß durch die magnetische Anziehung zwischen den Elektrodenhaltern erzeugt, wozu die Bauteile zwischen den Anpressflächen der sich gegenüberliegenden Elektrodenhalter eingespannt werden. Hierdurch können externe Einflüsse, welche während der Schweißung durch die Regelung kompensiert werden müssen, minimiert werden. The closing force is generated according to the invention by the magnetic attraction between the electrode holders, for which purpose the components are clamped between the contact surfaces of the opposing electrode holders. As a result, external influences that must be compensated during the welding by the control can be minimized.

Während bei bekannten Schweißvorrichtungen die Höhe und Konstanz der Schweißkraft stets durch die Stabilität der Zangenkonstruktion und daraus resultierende Schwankungen in der Schließkraft mitbestimmt wird, ist erfindungsgemäß die Schweißkraft nun frei von solchen Einflüssen. While in known welding devices, the height and constancy of the welding force is always determined by the stability of the pliers construction and resulting fluctuations in the closing force, according to the invention, the welding force is now free of such influences.

Zudem kann die Schweißvorrichtung besonders leicht gestaltet werden. Eine Zangenkonstruktion, die so stabil ausgelegt ist, dass sie den Schließkräften standhält, ist nicht länger erforderlich. Vielmehr kann eine Zangenkonstruktion hinsichtlich einer besonders schnellen Schließbewegung oder eines flexiblen Einsatzes optimiert werden. Sind die Elektrodenhalter an einer Zangenkonstruktion befestigt, so kann nur ein Zangenelement mit Elektrodenhalter bewegbar gestaltet sein oder beide Zangenelemente können bewegbar sein. Auch sind völlig neue, von bekannten Zangenkonstruktionen abweichende Gestaltungen möglich, wie z.B. die Anordnung der Elektrodenhalter an je einem Roboterarm, welcher dann die Funktion der Zustellvorrichtung zur Realisierung der Schließbewegung übernehmen kann. Somit ermöglicht die Erfindung auch deutlich schnellere Zykluszeiten und flexiblere Gestaltungskonzepte.In addition, the welding device can be made particularly easy. A pliers design that is designed so stable that it can withstand the closing forces is no longer required. Rather, a forceps construction can be optimized in terms of a particularly fast closing movement or flexible use. If the electrode holders are fastened to a forceps construction, then only one forceps element with an electrode holder can be designed to be movable or both forceps elements can be movable. Also, completely new designs deviating from known collet designs are possible, such as e.g. the arrangement of the electrode holder on a respective robotic arm, which can then take over the function of the feed device for realizing the closing movement. Thus, the invention also allows significantly faster cycle times and more flexible design concepts.

Zur Magnetisierung der Elektrodenhalter sind diese vorzugsweise als Elektromagneten ausgebildet. Dies hat den Vorteil, dass die Dauer und Stärke der Magnetisierung in einfacher Art und Weise durch die Dauer und Stärke des elektrischen Stromflusses im Elektromagneten beinflussbar ist. Zur Anregung der Elektromagnete kann beispielsweise ein Teil des Schweißstroms, z.B. eine Phase des Schweißtransformators, verwendet werden. Die Polung der Elektromagnete erfolgt so, dass sich die Elektrodenhalter anziehen.For magnetization of the electrode holder, these are preferably designed as electromagnets. This has the advantage that the duration and strength of the magnetization in a simple manner by the duration and strength of the electrical current flow in the electromagnet is beinflussbar. For example, to excite the electromagnets, a portion of the welding current, e.g. a phase of the welding transformer can be used. The polarity of the electromagnets is such that attract the electrode holder.

Die als Elektromagnet ausgebildeten Elektrodenhalter weisen in einer Ausgestaltung einen ferromagnetischen Körper auf, der mit einer Kupferwicklung umwickelt ist. Der Strom wird durch die Kupferwicklung geleitet, wodurch ein magnetisches Feld erzeugt wird, das den ferromagnetischen Körper magnetisiert. Um eine übermäßige Erhitzung des Elektrodenhalters zu vermeiden, kann in dem Elektrodenhalter und insbesondere in dem ferromagnetischen Körper eine Fluidleitung vorgesehen sein, durch die ein Kühlfluid, wie z.B. Wasser hindurchleitbar ist.The electrode holders designed as electromagnets have, in one embodiment, a ferromagnetic body which is wound with a copper winding. The current is conducted through the copper winding, creating a magnetic field that magnetizes the ferromagnetic body. In order to avoid excessive heating of the electrode holder, a fluid line may be provided in the electrode holder, and in particular in the ferromagnetic body, through which a cooling fluid, such as e.g. Water is hindurchleitbar.

Eine während der Schweißung erforderliche Nachsetzbewegung der Elektroden ist erfindungsgemäß durch die Zustelleinrichtungen realisierbar, welche jeweils eine Elektrode relativ zu dem zugehörigen Elektrodenhalter weiter in Richtung auf die Bauteile zustellen können. Diese Relativbewegung ermöglicht die Erzeugung bzw. Steuerung der eigentlichen Schweißkraft. In einer bevorzugten Ausgestaltung ist die Zustelleinrichtung durch mindestens einen Piezoaktor gebildet. Bei dem Piezoaktor kann es sich z.B. um ein einzelnes piezoelektrisches Element, piezohydraulisch oder auch einen Stapel von piezoelektrischen Elementen handeln. Ferner kann auch durch geeignete Hebel und Untersetzungsverhältnisse die Wirklänge der Piezokristalle verlängert werden. Durch Anlegen einer Spannung erfahren die piezoelektrischen Elemente eine Dickenänderung, welche eine Bewegung der Elektrode relativ zum Elektrodenhalter bewirkt. Vorzugsweise ist der Piezoaktor so im Elektrodenhalter angeordnet, dass die erzeugte Dickenänderung (Longitudinaländerung) unmittelbar auf die Elektrode wirkt und diese bewegt. Sind besonders große Zustellbewegungen bzw. Schweißkräfte wünschenswert oder notwendig, so können auch zwei oder mehr Piezoaktoren in Reihe angeordnet werden.A Nachsetzbewegung the electrodes required during welding according to the invention can be realized by the feed devices, which can each deliver an electrode relative to the associated electrode holder in the direction of the components. This relative movement enables the generation or control of the actual welding force. In a preferred embodiment, the delivery device is formed by at least one piezoelectric actuator. The piezo actuator may be e.g. to act a single piezoelectric element, piezohydraulisch or even a stack of piezoelectric elements. Furthermore, the effective length of the piezocrystals can be extended by suitable levers and reduction ratios. By applying a voltage, the piezoelectric elements undergo a change in thickness which causes movement of the electrode relative to the electrode holder. Preferably, the piezoelectric actuator is arranged in the electrode holder, that the generated change in thickness (longitudinal change) acts directly on the electrode and moves it. If particularly large feed movements or welding forces are desirable or necessary, two or more piezoactuators can also be arranged in series.

Zur Steuerung und Regelung des Schweißprozesses kann eine entsprechende und dem Fachmann bekannte Steuer- und Regelvorrichtung vorgesehen sein. Die Regelung der Schweißkraft kann z.B. durch bekannte Regelsysteme, welche beispielsweise die Schweißkraft ermitteln und mit einem vorgegebenen Sollwert vergleichen, durch gezielte Ansteuerung der Zustelleinrichtungen bzw. der Piezoaktoren erfolgen. Vorteilhafter Weise ermöglichen die Piezoaktoren hierbei eine sehr schnelle Anpassung der Schweißkraft.For controlling and regulating the welding process, a corresponding control device known to the person skilled in the art can be provided. The regulation of the welding force can e.g. by known control systems, which determine, for example, the welding force and compare with a predetermined target value, by targeted control of the feeders or the piezoelectric actuators done. Advantageously, the piezo actuators allow a very rapid adaptation of the welding force.

In einer Ausgestaltung ist die Steuer- und Regelvorrichtung eingerichtet, um den Piezoaktor während der Schweißung gepulst zu betreiben. Bei einem gepulsten Betrieb erfolgt eine mehrmalige, sehr schnelle Variation der Spannung, welche auf den Piezoaktor wirkt, wodurch die Schweißkraft während eines Schweißzyklus mehrere, z.B. mehrere Zehn oder Hundert Peaks aufweist. Eine derartige dynamische Variation der Schweißkraft kann z.B. in Kombination mit einer Widerstandsmessung und dem Schweißstrom zur Variation der Schweißlinse verwendet werden. Vorteilhafter Weise bleibt die Schließkraft, welche über die Anpressflächen der Elektrodenhalter auf die Bauteile wirkt, von dieser Variation der Schweißkraft unbeeinflusst, so dass der Bauteilkontakt trotz dynamischer Schweißkraft erhalten bleibt.In one embodiment, the control and regulating device is configured to operate the piezoelectric actuator pulsed during the welding. In a pulsed operation, a multiple, very rapid variation of the voltage acting on the piezoactuator, whereby the welding force during a welding cycle several, e.g. has tens or hundreds of peaks. Such a dynamic variation of the welding force can e.g. be used in combination with a resistance measurement and the welding current to vary the weld nugget. Advantageously, the closing force, which acts on the components via the contact surfaces of the electrode holders, remains unaffected by this variation of the welding force, so that the component contact is maintained despite the dynamic welding force.

Weiterhin kann die Schweißvorrichtung zusätzlich eine Auswerteeinrichtung aufweisen, welche eingerichtet ist, um die Schweißparameter, wie z.B. die Schweißkraft, den Schweißstrom, den elektrischen Widerstand etc. zur Beurteilung der Schweißqualität auszuwerten. Dies kann z.B. durch den Vergleich mit Referenzwerten oder durch Simulation erfolgen.Furthermore, the welding device can additionally have an evaluation device which is set up in order to determine the welding parameters, such as the welding parameters. To evaluate the welding force, the welding current, the electrical resistance, etc. for assessing the welding quality. This can e.g. by comparison with reference values or by simulation.

Mit der Vorrichtung und dem Verfahren können sowohl Metallbauteile, insbesondere Stahl und Aluminiumbauteile, als auch Kunststoffbauteile aus schweißbaren Kunststoffen verschweißt werden.With the device and the method, both metal components, in particular steel and aluminum components, as well as plastic components made of weldable plastics can be welded.

Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich anhand der Zeichnung und im Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele. Sofern in dieser Anmeldung der Begriff „kann“ verwendet wird, handelt es sich sowohl um die technische Möglichkeit als auch um die tatsächliche technische Umsetzung. The above-described characteristics, features and advantages of this invention, as well as the manner in which they are achieved, will become clearer and more clearly understood with reference to the drawings and in conjunction with the following description of the embodiments. If the term "can" is used in this application, it is both the technical possibility and the actual technical implementation.

Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele an Hand einer einzigen Zeichnung erläutert. Darin zeigt:

1 eine schematische Darstellung der Elektrodenhalter einer erfindungsgemäßen Schweißvorrichtung in einer Schnittansicht.

Embodiments will be explained below with reference to a single drawing. It shows:

1 a schematic representation of the electrode holder of a welding device according to the invention in a sectional view.

1 zeigt die Elektrodenhalter einer erfindungsgemäßen Schweißvorrichtung 1 zum elektrischen Widerstandspunktschweißen. Die Elektrodenhalter 2, 3 sind durch eine Schließbewegung unter Zwischenlage von zwei zu verschweißenden Bauteilen 4, 5 auf gegenüberliegenden Seiten aufeinander zugeführt worden. Die Schließbewegung kann z.B. durch eine nicht dargestellte Zangenkonstruktion, wie sie von herkömmlichen Schweißvorrichtungen bekannt ist, durchgeführt worden sein. Ebenso kann die Schließbewegung z.B. auch durch einen Roboter realisiert werden, wozu wahlweise nur ein Elektrodenhalter oder beide Elektrodenhalter bewegt werden. Die Elektrodenhalter 2, 3 werden im Rahmen der Schließbewegung an die Bauteile 4, 5 herangeführt und an der Fügestelle positioniert. 1 shows the electrode holder of a welding device according to the invention 1 for electrical resistance spot welding. The electrode holders 2, 3 are by a closing movement with the interposition of two components to be welded 4 . 5 have been supplied to each other on opposite sides. The closing movement may have been performed, for example, by a pliers construction, not shown, as known from conventional welding devices. Likewise, the closing movement can be realized, for example, by a robot, for which purpose either only one electrode holder or both electrode holders are moved. The electrode holder 2, 3 are in the context of the closing movement of the components 4 . 5 introduced and positioned at the joint.

Jeder Elektrodenhalter 2, 3 weist einen Grundkörper 6, 7 aus einem ferromagnetischen Material auf und ist von einer Kupferwicklung 8, 9 umwickelt. Zur Aufbringung der Schließkraft wird nun ein Strom durch die Kupferwicklungen 8, 9 der Elektrodenhalter 2, 3 geleitet, wodurch der Grundkörper 6, 7 in der Art eines Elektromagneten magnetisiert wird. Für die Stromversorgung kann z.B. eine Phase des nicht dargestellten Schweißtransformators der Schweißvorrichtung 1 verwendet werden. Zur Abfuhr der entstehenden Wärme sind in den Grundkörpern Fluidleitungen 10, 11, vorgesehen, durch das ein Kühlmittel geleitet wird.Each electrode holder 2 . 3 has a basic body 6 . 7 made of a ferromagnetic material and is of a copper winding 8th . 9 wrapped. To apply the closing force is now a current through the copper windings 8th . 9 the electrode holder 2 . 3 passed, causing the main body 6 . 7 is magnetized in the manner of an electromagnet. For the power supply, for example, a phase of the welding transformer, not shown, of the welding device 1 be used. To dissipate the heat generated in the bodies fluid lines 10 . 11 , provided, through which a coolant is passed.

Die Stromrichtung bzw. die Wicklungsrichtung der Kupferwicklungen 8, 9 ist dermaßen gewählt, dass die Elektrodenhalter 2, 3 gegengleich gepolt werden und sich folglich anziehen. Infolgedessen werden die Bauteile 4, 5 zwischen den Anpressflächen 12, 13, mit denen die Elektrodenhalter 2, 3 auf den Bauteilen 4, 5 aufsetzen, eingeklemmt. Die Anziehungskraft zwischen den Elektrodenhaltern wirkt als Schließkraft F1 auf die Bauteile 4, 5 und presst diese zusammen.The current direction or the winding direction of the copper windings 8th . 9 is chosen so that the electrode holder 2 . 3 be polarized opposite and thus attract. As a result, the components become 4 . 5 between the contact surfaces 12 . 13 with which the electrode holder 2 . 3 on the components 4 . 5 put on, pinched. The attractive force between the electrode holders acts as a closing force F1 on the components 4 . 5 and squeeze them together.

Weiterhin hält jeder Elektrodenhalter 2, 3 jeweils eine Elektrode 14, 15. Die Elektrode 14, 15 ist ringförmig von der zugehörigen Anpressfläche 12, 13 umgeben, wobei die Anpressfläche nicht zwangsläufig ringförmig gestaltet sein muss, sondern auch in anderer Form, z.B. durch einzelne voneinander unterbrochene Anpressteilflächen gebildet sein kann. Am freien Ende weisen die Elektroden 12, 13 jeweils eine Elektrodenkappe 14, 15 auf, welche durch die Schließbewegung auf den Bauteilen 4, 5 aufgesetzt wird. Weiterhin verfügen die Elektroden 14, 15 über eine herkömmliche Elektrodenkühlung 18, 19.Furthermore, each electrode holder stops 2 . 3 one electrode each 14 . 15 , The electrode 14 . 15 is annular from the associated contact surface 12 . 13 surrounded, wherein the contact surface does not necessarily have to be designed ring-shaped, but may be formed in other form, for example, by individual interrupted Anpressteilflächen. At the free end, the electrodes 12 . 13 one electrode cap each 14 . 15 on, which by the closing movement on the components 4 . 5 is put on. Furthermore, the electrodes have 14 . 15 via a conventional electrode cooling 18 . 19 ,

Zum Ausbilden des Schweißpunktes wird ein Strom des nicht dargestellten Schweißtransformators durch die Elektroden 14, 15 geleitet. Das Material der Bauteile 4, 5 wird an der Fügestelle teigig verformbar, wodurch die Elektrodenkappen 16, 17 in die Bauteile 14, 15 einsinken und die Schweißkraft F2 abfällt. Zur Realisierung der erforderlichen Nachstellbewegung ist an dem der Elektrodenkappe 16, 17 gegenüberliegenden Ende der Elektrode 14, 15 jeweils eine Zustelleinrichtung 20, 21 angeordnet, in Form je eines Piezoaktors, der einen Stapel von Piezoelementen aufweist. Durch Aufbringen einer Spannung an dem jeweiligen Piezoaktor 20, 21 kann die Dicke des Piezoaktors verändert werden, wodurch die Elektrode 14, 15 gegenüber dem zugehörigen Elektrodenhalter 2, 3 auf das Bauteil zu (oder von diesem weg-) bewegbar ist.To form the welding point, a current of the welding transformer, not shown, through the electrodes 14 . 15 directed. The material of the components 4 . 5 becomes doughy deformable at the joint, whereby the electrode caps 16 . 17 into the components 14 . 15 sink in and the welding force F2 drops. To realize the required adjustment movement is on the electrode cap 16 . 17 opposite end of the electrode 14 . 15 one delivery device each 20 . 21 arranged, each in the form of a piezoelectric actuator having a stack of piezoelectric elements. By applying a voltage to the respective piezoelectric actuator 20 . 21 the thickness of the piezoelectric actuator can be changed, whereby the electrode 14 . 15 opposite the associated electrode holder 2 . 3 on the component to (or away from) is movable.

Eine Steuer- und Regelvorrichtung 22, z.B. in Form eines Computers, ist entsprechend eingerichtet, um die Piezoaktoren 20, 21 zu steuern bzw. zu regeln und die Schweißkraft F2 während der Schweißung auf dem gewünschten Wert zu halten. Die Steuer- und Regelvorrichtung 22 kann weiterhin eingerichtet sein, um die Schließkraft F1 zwischen den Elektrodenhaltern 2, 3, den Schweißstrom und die Schließbewegung zu steuern und steht in entsprechenden Wirkverbindungen.A control and regulating device 22 , eg in the form of a computer, is set up accordingly to the piezo actuators 20 . 21 to control and the welding force F2 to maintain the desired value during welding. The control and regulating device 22 can still be set to the closing force F1 between the electrode holders 2 . 3 , to control the welding current and the closing movement and is in appropriate operative connections.

Vorteilhafter Weise ist die Steuer- und Regelvorrichtung 22 auch eingerichtet, um die Piezoaktoren 20, 21 pulsiert zu betreiben. Bei dem gepulsten Betrieb erfolgt eine mehrmalige, sehr schnelle Variation der Spannung, welche auf den Piezoaktor wirkt, wodurch die Schweißkraft F2 während eines Schweißzyklus mehrere, z.B. mehrere Zehn oder mehrere Hundert Peaks aufweist.Advantageously, the control and regulating device 22 also set up to the piezo actuators 20 . 21 pulsating to operate. In the pulsed operation, a repeated, very rapid variation of the voltage, which acts on the piezoelectric actuator, whereby the welding force F2 has several, eg several tens or several hundred peaks during a welding cycle.

Eine derartige dynamische Variation der Schweißkraft F2 ermöglicht eine bisher nicht mögliche Variation der Schweißlinse. Vorteilhafter Weise bleibt die Schließkraft F1, welche über die Anpressflächen 12, 13 der Elektrodenhalter 2, 3 auf die Bauteile 4, 5 wirkt, von dieser Variation der Schweißkraft F2 unbeeinflusst, so dass der Bauteilkontakt trotz dynamischer Schweißkraft erhalten bleibt.Such a dynamic variation of the welding force F2 allows a previously not possible variation of the weld nugget. Advantageously, the closing force remains F1 , which over the contact surfaces 12 . 13 the electrode holder 2, 3 on the components 4 . 5 affects, by this variation of the welding force F2 unaffected, so that the component contact is maintained despite dynamic welding force.

Die Schweißvorrichtung weist weiterhin eine Auswerteeinrichtung 23 auf, die eingerichtet ist, um die Schweißparameter, wie z.B. die Schweißkraft, den Schweißstrom, den elektrischen Widerstand etc. zur Beurteilung der Schweißqualität auszuwerten. Dies kann z.B. durch den Vergleich mit Referenzwerten oder durch Simulation erfolgen. Die Auswerteeinrichtung kann z.B. ein Computer sein. The welding device furthermore has an evaluation device 23 configured to evaluate the welding parameters such as welding force, welding current, electrical resistance, etc. for evaluating welding quality. This can be done, for example, by comparison with reference values or by simulation. The evaluation device can be, for example, a computer.

Die Ausführungsbeispiele sind nicht maßstabsgetreu und nicht beschränkend. Abwandlungen im Rahmen des fachmännischen Handelns sind möglich.The embodiments are not to scale and are not restrictive. Modifications in the context of expert action are possible.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11: Schweißvorrichtungwelder
2, 32, 3: Elektrodenhalterelectrode holder
4,54.5: Bauteilecomponents
6, 76, 7: Grundkörperbody
8, 98, 9: Kupferwicklungcopper winding
10, 1110, 11: Fluidleitungenfluid lines
12, 1312, 13: AnpressflächenPressing on
14, 1514, 15: Elektrodeelectrode
16, 1716, 17: Elektrodenkappeelectrode cap
18, 1918, 19: Elektrodenkühlungelectrode cooling
20, 2120, 21: Zustelleinrichtungadvancing
2222: Steuer- und RegeleinrichtungControl and regulating device
2323: Auswerteeinrichtungevaluation
F1F1: Schließkraftclosing force
F2F2: Schweißkraft .Welding force.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 202008013883 U1 [0002]DE 202008013883 U1 [0002]
DE 102012112547 A1 [0006]DE 102012112547 A1 [0006]

Claims

Schweißvorrichtung zum elektrischen Widerstandspunktschweißen mit zwei Elektrodenhaltern (2, 3) für zwei Elektroden (14, 15), die mit einem Schweißstrom beaufschlagbar sind, wobei zumindest einer der beiden Elektrodenhalter (2, 3) über eine Zustellvorrichtung derart bewegbar ist, dass die Elektroden (14, 15) unter Zwischenlage der zu verschweißenden Bauteile (4, 5) in einer Schließbewegung zusammenführbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrodenhalter (2, 3) Anpressflächen (12, 13) aufweisen, die durch die Schließbewegung in Anlage mit den Bauteilen (4, 5) bringbar sind, die Elektrodenhalter (2, 3) zumindest zeitweise derart magnetisierbar sind, dass die Schließkraft (F1) durch magnetische Anziehung zwischen den Anpressflächen (12, 13) auf die Bauteile (4, 5) aufbringbar ist und die Elektroden (14, 15) durch jeweils eine Zustelleinrichtung (20, 21) relativ zum entsprechenden Elektrodenhalter (2, 3) in Richtung auf die Bauteile zustellbar sind.Welding device for electrical resistance spot welding with two electrode holders (2, 3) for two electrodes (14, 15) which can be acted upon by a welding current, wherein at least one of the two electrode holders (2, 3) is movable via an advancing device such that the electrodes ( 14, 15) with the interposition of the components to be welded (4, 5) can be brought together in a closing movement, characterized in that the electrode holders (2, 3) contact surfaces (12, 13) which by the closing movement in abutment with the components ( 4, 5) can be brought, the electrode holder (2, 3) are at least temporarily magnetizable such that the closing force (F1) by magnetic attraction between the contact surfaces (12, 13) on the components (4, 5) can be applied and the electrodes (14, 15) by a respective feed device (20, 21) relative to the corresponding electrode holder (2, 3) are deliverable in the direction of the components.

Vorrichtung nach Patentanspruch 1, bei der die Elektrodenhalter (2, 3) als Elektromagneten ausgebildet sind.Device after Claim 1 in which the electrode holders (2, 3) are designed as electromagnets.

Vorrichtung nach einem der vorangehenden Patentansprüche, bei der die Elektrodenhalter (2, 3) einen ferromagnetischen Körper (6, 7) aufweisen, der mit einer Kupferwicklung (8, 9) umwickelt ist.Device according to one of the preceding claims, in which the electrode holders (2, 3) comprise a ferromagnetic body (6, 7) wound with a copper winding (8, 9).

Vorrichtung nach einem der vorangehenden Patentansprüche, bei der die Zustelleinrichtung (20, 21) durch wenigstens einen Piezoaktor gebildet ist.Device according to one of the preceding claims, wherein the feed device (20, 21) is formed by at least one piezoelectric actuator.

Vorrichtung nach Patentanspruch 4, bei der wenigstens eine Piezoaktor (20, 21) über eine Steuereinrichtung (22) ansteuerbar ist, die eingerichtet ist, um den Piezoaktor während der Schweißung gepulst zu betreiben.Device after Claim 4 in which at least one piezoactuator (20, 21) can be actuated via a control device (22) which is set up in order to operate the piezoactuator pulsed during the welding.

Vorrichtung nach einem der vorangehenden Patentansprüche, weiterhin mit einer Auswerteeinrichtung (23), welche eingerichtet ist, um die Schweißparameter zur Beurteilung der Schweißqualität auszuwerten.Device according to one of the preceding claims, further comprising an evaluation device (23), which is configured to evaluate the welding parameters for assessing the quality of welding.

Verfahren zum elektrischen Widerstandspunktschweißen mit einer Vorrichtung nach einem der Patentansprüche 1 bis 6, bei dem zwei Elektroden (14, 15) unter Zwischenlage von zu verschweißenden Bauteilen (4, 5) in einer Schließbewegung zusammengeführt werden und mit einem elektrischen Schweißstrom beaufschlagt werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrodenhalter (2, 3) Anpressflächen (12, 13) aufweisen, die durch die Schließbewegung in Anlage mit den Bauteilen (4, 5) gebracht werden, die Elektrodenhalter (2, 3) zumindest zeitweise derart magnetisiert werden, dass die Schließkraft (F1) durch magnetische Anziehung zwischen den Anpressflächen (12, 13) auf die Bauteile (4, 5) aufgebracht wird und die Schweißkraft (F2) durch eine Bewegung der Elektroden (14, 15) relativ zum entsprechenden Elektrodenhalter (2, 3) angepasst wird.Method for electrical resistance spot welding with a device according to one of Claims 1 to 6 in which two electrodes (14, 15) are brought together in a closing movement with the interposition of components to be welded (4, 5) and subjected to an electrical welding current, characterized in that the electrode holders (2, 3) contact surfaces (12, 13 ), which are brought into contact with the components (4, 5) by the closing movement, the electrode holders (2, 3) are magnetized at least temporarily such that the closing force (F1) is achieved by magnetic attraction between the contact surfaces (12, 13) is applied to the components (4, 5) and the welding force (F2) is adjusted by a movement of the electrodes (14, 15) relative to the corresponding electrode holder (2, 3).

Verfahren nach Patentanspruch 7, bei dem die Elektrodenhalter (2, 3) als Elektromagneten ausgebildet sind und eine Phase des Schweißstromtransformators zum Betrieb der Elektromagneten verwendet wird.Method according to Claim 7 in which the electrode holders (2, 3) are designed as electromagnets and a phase of the welding current transformer is used to operate the electromagnets.

Verfahren nach Patentanspruch 7 oder 8, bei dem die Piezoaktoren (20, 21) während der Schweißung gepulst betrieben werden, wodurch eine dynamische Schweißkraft (F2) erzeugt wird.Method according to Claim 7 or 8th in which the piezoactuators (20, 21) are pulsed during welding, producing a dynamic welding force (F2).