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Die Erfindung betrifft eine Werkzeuganordnung, insbesondere Trichterwerkzeuganordnung, für den bevorzugt automatisierten Herstellprozess von Fixierpunkten, nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
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Beim Verbinden von Bauteilen, zum Beispiel im Karosseriebau, ist es üblich aus Gründen des Korrosionsschutzes und wegen der fertigungstechnischen Vorteile Klebeverbindungen einzusetzen. Diese haben jedoch den Nachteil, dass die gefügten Bauteile bis zum Erreichen einer ausreichenden Festigkeit nicht weiterverarbeitet werden können oder dass der Kleber, zum Beispiel durch den Einsatz von Wärme, in der Aushärtung beschleunigt werden muss. In beiden Fällen ist also zusätzlich Zeit erforderlich, um eine sichere Weiterverarbeitung der gefügten Bauteile vornehmen zu können. Dieser zusätzliche Zeitaufwand ist aber bei Serienfertigung am Fließband nach Möglichkeit zu vermeiden, ohne die Qualität der Klebeverbindung zu gefährden.
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Um dies zu ermöglichen, wurden bereits unterschiedliche Vorschläge gemacht. So beschreibt die
DE 10 2008 028 450 A1 ein Verfahren, bei dem eine Klebeverbindung mit einer Bördelverbindung kombiniert ist und zwischen den gefügten Bauteilen zusätzlich Clinchverbindungen vorgesehen sind, so dass die Bördelverbindungen in Kombination mit den Clinchverbindungen die Bauteile in allen Raumrichtungen zueinander fixieren und der Kleber ohne zusätzlichen Aufwand aushärten kann ohne die Dichtheit und Festigkeit der Klebeverbindung zu gefährden. Nachteilig beim Einsatz von Clinchverbindungen ist es, dass die zu fügenden Bauteile punktuell einer Verformung unterzogen werden, was zu zusätzlichen Spannungen im Werkstoff führt. Weiter ist nachteilig, dass die mittels Durchsetzfügen erzeugten Clinchverbindungen zwangsläufig die Oberfläche der Bauteile beidseitig verändern, was entweder eine hinzunehmende optische Beeinträchtigung darstellt oder in einem weiteren Arbeitsgang aufwändig beseitigt werden muss.
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Weiter ist es aus der
DE 2016 225 831 A1 bekannt, zur Verbindung von Blechbauteilen, z. B. beim Fügen eines Sitzrahmens eines Fahrzeugsitzes, das MIG-Durchschweißverfahren einzusetzen. Hierzu wird ein Spannelement eingesetzt, das eine Öffnung aufweist, wobei das Spannelement die Bauteile aufeinander spannt und über die Öffnung eine Schweißvorrichtung einführbar ist, die einen Durchschweißpunkt erzeugt. Ergänzend ist vorgesehen, dass das Spannelement auf seiner dem Bauteil zugewandten Seite wenigstens eine Öffnung aufweist, durch die das beim Schweißen entstehende Gas-Aerosol-Gemisch entweichen kann. Nachteilig bei diesem Verfahren ist es, dass das beim Schweißen entstehende Aerosol, also das Gemisch aus festen Partikeln, die zum Teil verbrannt sind (Schmauch) und gegebenenfalls flüssigen Partikeln, sich auf der Oberfläche des Bauteils rund um die Schweißstelle ablagert. Dies hat dann erhebliche Nachteile, wenn die gefügten Bauteile, wie im Karosseriebau üblich, nachfolgend lackiert werden müssen, da das abgelagerte Aerosol die Haftfestigkeit der Lackierung stark herabsetzt und so eine Angriffsfläche für Korrosion bietet. Um dies zu vermeiden ist es erforderlich, die Schweißstelle aufwändig zu reinigen, was in der Fließbandfertigung einen zusätzlichen Aufwand und damit Kostenfaktor darstellt.
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Ausgehend vom vorstehend genannten Stand der Technik ist es Aufgabe der Erfindung eine Werkzeuganordnung bereitzustellen, die bei einem Aerosol erzeugenden Verbindungsprozess verhindert, dass sich das Aerosol um die Verbindungsstelle an den dem Verbindungsprozess unterzogenen Bauteilen anlagert.
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Die Aufgabe ist durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen offenbart.
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Die Lösung der Aufgabe sieht für den automatisierten Herstellprozess von Fixierpunkten zum Verbinden von Bauteilen eine Trichterwerkzeuganordnung vor, umfassend einen scheibenähnlichen Grundkörper zum temporären Aufsetzen auf die Verbindungsstelle, wobei der Grundkörper wenigstens eine trichterförmige Vertiefung mit einer Durchgangsöffnung an ihrer Trichterspitze aufweist, welche jeweils die kegelartige Spitze eines Verbindungswerkzeugs aufnimmt, mittels welcher eine punktförmige Verbindung erzeugbar ist. Der Grundkörper weist auf seiner Unterseite jeweils der trichterförmigen Vertiefung zugeordnet, wenigstens eine in die Mündung der Durchgangsöffnung gerichtete Blaskammer auf, mittels welcher während eines Verbindungsvorgangs ein Schutzgas einblasbar ist, welches beim Verbindungsvorgang entstehende Aerosole vom Bauteil fernhält.
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Es ist hervorzuheben, dass in einer bevorzugten Ausführungsvariante der Erfindung ein kegelförmiges Werkzeug verwendet wird. Die Erfindung ist jedoch nicht auf die Verwendung eines kegelförmigen Werkzeugs beschränkt. Anstelle dessen können die Vorteile der Erfindung auch unter Einsatz eines nahezu zylindrisch ausgeformten Werkzeuges zum Tragen kommen. In diesem Fall müsste der Trichterspanner entsprechend angepasst werden.
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Durch die Ausgestaltung des Grundkörpers wird vorteilhaft erreicht, dass ein stetiger Schutzgasstrom auf die kegelartige Spitze des Verbindungswerkzeugs hin erzeugt wird, derart dass beim Verbindungsvorgang erzeugte Aerosole sich nicht auf dem Bauteil ablagern können, sondern von diesem weg befördert werden. Ein Säubern der Verbindungstelle vor dem Lackieren kann damit vorteilhaft entfallen.
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In Weiterbildung der Anordnung ist die Blaskammer derart ausgestaltet, dass damit auf der Oberfläche des Bauteils oder der Bauteile ein die Funktion eines Schutzteppichs erfüllender Strom des Schutzgases erzeugbar ist. Durch den Schutzgasteppich können neben dem Aerosol auch größere Partikel, zum Beispiel Spritzer, vom Bauteil oder den Bauteilen ferngehalten werden, was wiederum einer sauberen Lackierung zugutekommt.
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Besonders vorteilhaft einsetzen lässt sich die Trichterwerkzeuganordnung dann, wenn der Herstellungsprozess zum Erzeugen der Fixierpunkte einen Schweißvorgang und/oder einen Lötvorgang umfasst. Bei dem Schweißvorgang handelt es sich vorteilhaft um Metall-Inertgasschweißen (MIG), Metall-Aktivgasschweißen (MAG) oder Cold Metal Transfer Schweißen (CMT). Die genannten Schweißverfahren zählen alle zu den Metallschutzgas-Schweißverfahren (MSG).
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Eine vorteilhafte Ausgestaltung des Grundkörpers sieht vor, dass dieser gleichzeitig eine Spannfunktion zum Zusammenpressen der Bauteile erfüllt. Auf diese Weise kann ein separates Spannwerkzeug entfallen.
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Für die Ausgestaltung des Grundkörpers ist es weiter von Vorteil, wenn die Blaskammer ringförmig, die Durchgangsöffnung umschließend ausgebildet ist. Damit lässt sich eine homogene Verteilung des Schutzgasstromes erreichen und damit ein homogener Schutzgasteppich vorteilhaft erzeugen.
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Zum Erreichen einer möglichst hohen Gasgeschwindigkeit im Bereich der Verbindungstelle ist es von Vorteil, die Blaskammer so auszubilden, dass sich diese in Richtung auf die Durchgangsöffnung düsenförmig verjüngt.
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Um den Grundkörper möglichst einfach auszubilden ist es von Vorteil, wenn eine der Begrenzungswände der Blaskammer durch das oder die zu fügenden Bauteile gebildet ist, auf das oder die der Grundkörper aufgesetzt ist.
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Ein vorteilhaft verlustfreier Schutzgasstrom bis an die Verbindungsstelle lässt sich vorteilhaft erzeugen, wenn der Grundkörper in weiterer Ausgestaltung an seiner bauteilberührenden Seite eine die Blaskammer umschließende Dichtung aufweist. Die Dichtung besteht dabei vorteilhaft aus einem wärmebeständigen Elastomer.
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Bei Anwendung eines Schweiß- oder Lötverfahrens als Verbindungsprozess sieht eine erste vorteilhafte Variante der Trichterwerkzeuganordnung vor, dass sowohl durch die kegelartige Spitze des Verbindungswerkzeugs als auch durch die Blaskammer des Grundkörpers der Verbindungsstelle ein Gasstrom zuführbar ist, wobei es sich bei dem durch die Blaskammer zugeführten Gasstrom stets um ein Schutzgas handelt und es sich bei dem durch die kegelartige Spitze des Verbindungswerkzeugs zugeführten Gasstrom je nach Art des Verbindungsverfahrens um ein Schutzgas oder um ein Prozessgas handelt.
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Unter einem Schutzgas wird vorausgehend und nachfolgend verstanden, dass das Schutzgas ein inertes Gas ist, das keine Reaktion mit der Schmelze eingeht. Unter einem Prozessgas wird dagegen verstanden, dass dieses ein reaktionsfreudiges Gas ist, das eine gewünschte, chemische Reaktion bewirkt. Ersteres ist beispielsweise beim Metall-Inertgasschweißen (MIG) der Fall, das Zweite beim Metall-Aktivgasschweißen (MAG).
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In vorteilhafter Vereinfachung der Trichterwerkzeuganordnung ist in einer zweiten Ausgestaltungsvariante vorgesehen, dass nur durch die Blaskammer der Verbindungsstelle Prozessgas zuführbar ist. Diese Variante ist dann zu wählen, wenn der Schutzgasstrom auch für die Abschirmung der Schmelze ausreicht oder eine solche Abschirmung nicht erforderlich ist.
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Für den Fall, dass der Grundkörper auch die Funktion eines Spannwerkzeuges übernimmt, ist es vorteilhaft, am Grundkörper einen umlaufenden Balkon auszubilden, auf dessen dem bauteilabgewandten Seite ein erstes Ende einer Spiraldruckfeder abgestützt ist, deren zweites Ende in Richtung auf das Bauteil kraftbeaufschlagt ist. Auf diese Weise lässt sich eine möglichst gleichförmige Andruckkraft des Grundkörpers an das bzw. die Bauteile realisieren.
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Weitere Ausgestaltungen und Vorteile der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
- 1 Prinzipdarstellung einer Trichterwerkzeuganordnung (Schnittdarstellung) auf eine Blechlage aus zwei Blechbauteilen aufgesetzt;
- 2 Prinzipdarstellung der Trichterwerkzeuganordnung aus 1 mit Blickrichtung auf die den Blechbauteilen zugewandten Seite;
- 3 Prinzipdarstellung der Trichterwerkzeuganordnung aus 2 in einer zweiten, alternativen Variante;
- 4 Prinzipdarstellung der Trichterwerkzeuganordnung aus 1 in einer zweiten, alternativen Variante;
- 5 Prinzipdarstellung der Trichterwerkzeuganordnung aus 1 in einer weitergebildeten Variante; und
- 5a - 5c Detaildarstellungen aus 5
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1 zeigt in nicht maßstäblicher Prinzipdarstellung eine Trichterwerkzeuganordnung 1 in Schnittdarstellung. Der Verlauf der Schnittlinie A - A und die Blickrichtung auf den Schnitt sind in 2 durch Blickrichtungspfeile kenntlich gemacht. Der Vertikalschnitt verläuft mittig durch die Trichterwerkzeuganordnung 1. Wie aus der Darstellung in 1 ersichtlich, besteht die Trichterwerkzeuganordnung 1 aus einem Grundkörper 2 und einem Verbindungswerkzeug 3. Letzteres ist, angedeutet durch die Bogenlinie am in der Darstellung oberen Ende, nur mit seiner näherungsweise kegelförmigen Werkzeugspitze in Teildarstellung gezeigt.
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Der Grundkörper 2 weist, an seiner in der Darstellung oberen Seite beginnend, eine trichterförmige Vertiefung 4 auf, die in der Darstellung nach unten verläuft und in einer Durchgangsöffnung 5 endet. Die Durchgangsöffnung 5 definiert den Verbindungsbereich 6, an dem ein erstes Blechbauteil 7 mit einem zweiten Blechbauteil 8 mittels eines Schweißpunktes zu verbinden ist. Auf eine Lage aus einem ersten Blechbauteil 7 und einem zweiten Blechbauteil 8 ist der Grundkörper 2 mit seiner Aufsetzfläche 16 aufgesetzt. Die den Blechbauteilen zugewandte untere Seite des Grundkörpers 2 weist ebenfalls eine Vertiefung auf, die in Verbindung mit dem ersten, oberen Blechbauteil 7 im aufgesetzten Zustand eine Blaskammer 9 ausbildet. Die Blaskammer 9 besteht dabei aus einem ersten kreisringförmigen Gasverteilungsteil 10 und einem zweiten, von dem Gasverteilungsteil 10 ausgehend und sich in Richtung auf die Durchgangsöffnung 5 verjüngenden Düsenteil 11. Der Düsenteil 11 der Blaskammer 9 mündet im Bereich der Durchgangsöffnung 5 in den durch diese definierten Verbindungsbereich 6, an dem die Verbindung der Blechbauteile 7, 8 zu erzeugen ist. Somit sind die trichterförmige Vertiefung 4 und die Blaskammer 9 miteinander strömungstechnisch verbunden. Zur Beschickung der Blaskammer 9 mit Schutzgas ist ein Schutzgasanschluss 12 vorgesehen, der aus einer in den Grundkörper 2 seitlich eingeschraubten, in die Blaskammer 9 mündenden und nach außen über den Grundkörper 2 vorstehende Gewindehülse 13 und einem mittels Überwurfmutter 14 auf diese aufgeschraubten Gasanschlussstück 15 besteht.
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Wie oben angesprochen, weist die Trichterwerkzeuganordnung 1 ein Verbindungswerkzeug 3 auf, das mit der Werkzeugspitze in die trichterförmige Vertiefung eingeführt ist, derart dass sich zwischen der Spitze des Verbindungswerkzeugs 3 und der trichterförmigen Vertiefung 4 ein umlaufender Spalt 18 ausbildet. Dabei darf die Mittelachse des Verbindungswerkzeugs nur geringfügig von der Mittelachse des Grundkörpers abweichen. Das Verbindungswerkzeug 3 weist in seinem Innern einen Hohlraum 19 auf, in dem eine Elektrodenführung 20 angeordnet ist, die eine Elektrode 21 führt. Die Elektrode 21 wird mittels eines Vorschubmechanismus (nicht dargestellt) und der Elektrodenführung 20 zum Verbindungsbereich 6 geführt. Über den Hohlraum 19, der die Elektrodenführung 20 konzentrisch umgibt, wird ein Schutzgas, das hier durch dunkle Strömungspfeile 22 kenntlich gemacht ist, eingeblasen.
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Bevor die Funktion der Anordnung aus 1 näher beschrieben wird, erscheint es zweckmäßig, zunächst auf die Darstellung in 2 einzugehen, die, wie oben bereits angedeutet, die Anordnung aus 1 lediglich aus einer anderen Blickrichtung zeigt. Bei der Anordnung gemäß 2 handelt sich dabei ebenfalls um eine nicht maßstäbliche Prinzipdarstellung, welche die Trichterwerkzeuganordnung 1 mit Blickrichtung von unten zeigt. In 1 ist die Blickrichtung mit Hilfe der Blickrichtungspfeile B - B kenntlich gemacht. Nachdem es sich in den erwähnten Darstellungen um dieselbe Anordnung handelt, gelten dieselben Bezugszeichen. Um Wiederholungen zu vermeiden, wird hinsichtlich der Beschreibung der Merkmale auf die Ausführungen zu 1 verwiesen. Wie aus der Darstellung in 2 ersichtlich, ist in den Grundkörper 2 von unten die Blaskammer 9 eingearbeitet, die aus zwei Teilen besteht. Dabei handelt es sich von außen nach innen gesehen um einem ersten konzentrisch zur Durchgangsöffnung 5 angeordneten Gasverteilungsteil 10 und einen sich daran anschließenden Düsenteil 11. Der Gasverteilungsteil 10 ist als ringförmiger Kanal ausgeführt und konzentrisch zur Durchgangsöffnung 5 angeordnet ist. Der Übergangsbereich vom Gasverteilungsteil 10 zur Durchgangsöffnung 5 wir durch den Düsenteil 11 gebildet, der ebenfalls konzentrisch zur Durchgangsöffnung 5 angeordnet ist. Die Düsenwirkung des Düsenteils 11 entsteht dadurch, dass in diesem Bereich die Wandung der Blaskammer 9 mit abnehmender Entfernung zum Rand der Durchgansöffnung 5 zum Betrachter hin kegelförmig ansteigt. Die Darstellung gemäß 2 ins Dreidimensionale gedacht wölbt sich also die Wandung der Blaskammer 9, von dem ringförmig ausgebildeten Gasverteilungsteil 10 ausgehend in Richtung auf die Durchgangsöffnung 5 zu, dem Betrachter entgegen (siehe auch 1). Das dabei erreichte Höhenniveau bleibt aber unter dem Niveau der Aufsetzfläche 16, so dass sich ein Ringspalt 17 ausbildet, wenn der Grundkörper 2 auf das obere, erste Blechbauteil 7 der Lage aus den Blechbauteilen 7, 8 aufgesetzt ist (siehe auch 1).
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Zur Erläuterung der Funktionsweise der Anordnung wird nachfolgend auf 1 und 2 Bezug genommen. Es wird hierbei angenommen, dass an dem Verbindungsbereich 6 ein Durchschweißpunkt mit einem Metall-Inertgasschweißverfahren erzeugt werden soll. Hierzu wird mittels des Schutzgasanschlusses 12 ein Schutzgasstrom, der durch im Schaft helle und in der Spitze dunkle Strömungspfeile angedeutet ist, in die Blaskammer 9 eingeleitet und über den Gasverteilungsteil 10 der Blaskammer 9 weitgehend gleichmäßig verteilt. Nachdem der Ringspalt 17 die einzige Öffnung zum Entweichen des Schutzgases aus der Blaskammer ist, strömt das Schutzgas über den Ringspalt 17 und die Durchgangsöffnung 5 in die trichterförmige Vertiefung 4. Wird ein Schweißvorgang ausgeführt, strömt, wie oben bereits ausgeführt, gleichzeitig Schutzgas - durch die dunklen Strömungspfeile 22 in 1 angedeutet - über die Spitze des Verbindungswerkzeugs 3 in Richtung Verbindungsbereich 6. Wirkt zwischen den Blechbauteilen 7, 8 und der Elektrode 21 die Schweißspannung, kommt es zur Ausbildung eines Lichtbogens, der durch den Schutzgasstrom abgeschirmt ist. Die Druckverhältnisse der Schutzgasströme und der jeweilige Durchsatz pro Zeiteinheit sind so gewählt, dass sich an der Verbindungsstelle unmittelbar oberhalb des ersten Blechbauteils 7 ein Schutzgasteppich bildet, dergestalt dass mit dem Schutzgas zusammen Aerosole und kleine Spritzer als Abgas von dem Verbindungsbereich 6 weg, über die trichterförmige Vertiefung 4 nach außen abgeführt werden, wie dies durch die hellen Abgaspfeile 24 angedeutet ist. Der Lichtbogen schmilzt bei diesem Vorgang das Material der Blechbauteile 7, 8 und der Elektrode an der Verbindungsstelle auf und erzeugt so den die Blechbauteile 7, 8 verbindenden Durchschweißpunkt. Die Blechbauteile 7, 8 können dabei vor dem Erzeugen des Durchschweißpunktes mittels Kleber zusammengefügt sein, wobei der Kleber nicht ausgehärtet sein muss. Die mechanische Fixierung der Blechbauteile 7, 8 zueinander wird durch den Durchschweißpunkt, bzw. in der Praxis durch mehrere Durchschweißpunkte gewährleistet, die nacheinander oder parallel erzeugt werden. Die Durchschweißpunkte fixieren die Bauteile zueinander, bis der Kleber ausgehärtet ist, so dass hinsichtlich der Weiterbearbeitung einer so gefügten Bauteilanordnung auf das Aushärten des Klebers keine Rücksicht genommen werden muss.
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Sollen mehrere Schweißpunkte oder Durchschweißpunkte parallel erzeugt werden, kann abweichend zum vorstehend beschriebenen Beispiel vorgesehen sein, dass der Grundkörper des Trichterwerkzeug mehrere trichterförmige Vertiefungen aufweist, die jeweils analog zu trichterförmigen Vertiefung 4 ausgebildet sind, jeweils mit einem Verbindungswerkzeug analog dem Verbindungswerkzeug 3 zusammenwirken und jeweils über eine Blaskammer analog der Blaskammer 9 verfügen.
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Gemäß der vorstehenden Beschreibung weist die Anordnung nach 1 lediglich einen Schutzgasanschluss 12 auf, dies ist nicht zwingend, selbstverständlich können auch mehrere Schutzgasanschlüsse vorgesehen sein. Dies ist in 2 als Alternative angedeutet. Hier sind neben dem Schutzgasanschluss 12 jeweils in einem Winkelanstand von 90° weitere Schutzgasanschlüsse 12.1, 12.2, 12.3 in gestrichelter dünner Linie angedeutet. Eine Mehrzahl von Schutzgasanschlüssen 12, 12.1, 12.2, 12.3 kann dazu beitragen, die Schutzgasverteilung im Gasverteilungsteil 10 der Blaskammer 9 zu verbessen.
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Eine weitere alternative Möglichkeit, die Schutzgasverteilung und das Anströmen der Durchgangsöffnung 5 zu verbessern zeigt 3. Nachdem es sich bei der Anordnung nach 3 um eine Abwandlung der Anordnung nach 2 handelt, sind die unveränderten Merkmale mit den gleichen Bezugszeichen versehen, hinsichtlich der Beschreibung dieser unveränderten Merkmale wird auf die 2 verwiesen. Wie aus der Darstellung in 3 ersichtlich, ist die Blaskammer 9 zur Beschickung mit Schutzgas mit einem Schutzgasanschluss 12.4 versehen, der aus einer in den Grundkörper 2 seitlich eingeschraubten, in die Blaskammer 9 mündenden und nach außen über den Grundkörper 2 vorstehende Gewindehülse 13.1 und einem mittels Überwurfmutter 14.1 auf diese aufgeschraubten Gasanschlussstück 15.1 besteht. Der Schutzgasanschluss 12.4 ist dabei im Grundkörper 2 so platziert, dass der Schutzgasstrom, der hier durch Strömungspfeile 23.1 mit hellem Schaft und dunkler Spitze angedeutet ist, den Gasverteilungsteil 10 der Blaskammer 9 tangential anströmt. Hierdurch ergibt sich ein spiralförmiger Verlauf der Schutzgasströmung im Düsenteil 11 der Blaskammer 9. In der Abbildung ist aus Gründen der Übersichtlichkeit nur ein Strömungspfeil 23.1 abgebildet, es versteht sich aber von selbst, dass die Durchgangsöffnung 5 ausgehend von dem Gasverteilungsteil der Blaskammer allseitig spiralförmig angeströmt wird.
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Analog zum Beispiel nach 2 kann auch bei dem Beispiel nach 3 eine Mehrzahl von Anschlüssen für die Zuführung des Schutzgases in die Blaskammer vorgesehen sein. Im Beispiel nach 3 ist, angedeutet in dünner gestrichelter Linie, ein weiterer gleichartiger Schutzgasanschluss 12.41 eingezeichnet, der um 180° versetzt am Grundkörper 2 angeordnet ist. Ein solcher weiterer Schutzgasanschluss kann die Wirkung des Schutzgasteppichs im Verbindungsbereich 6 verbessern.
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Eine hinsichtlich des Verbindungswerkzeugs vereinfachte Ausgestaltung zeigt 4 ebenfalls in Schnittdarstellung analog zu 1. Hier ist angenommen, dass es sich bei dem Verbindungsprozess um ein Schweiß- oder Lötverfahren handelt, für das die Abschirmung der Schmelze durch die Schutzgaszufuhr über den Grundkörper 2 ausreicht oder bei dem eine solche Abschirmung nicht erforderlich ist. Nachdem sich im Beispiel nach 4 der Grundkörper 2 der Trichterwerkzeuganordnung 1.1 nicht von dem in 1 dargestellten und in Verbindung mit diesem beschrieben Grundkörper 2 unterscheidet, sind diesbezüglich die Bezugszeichen aus 1 in die 4 übernommen, hinsichtlich der Merkmale des Grundkörpers 2 wird, um Wiederholungen zu vermeiden, auf die Beschreibung zur 1 verwiesen. Wie bereits angedeutet, unterscheidet sich die Anordnung nach 4 nur durch ein einfacher ausgebildetes Verbindungswerkzeug 3.1, das zwar aber keine Gaskanäle aufweist. Im Verbindungswerkzeug nach 4 ist lediglich eine vorschubbeaufschlagte Elektrode 21.1 zu der Verbindungsstelle im Verbindungsbereich 6 geführt. Da eine zusätzliche Abschirmung der Schmelze während des Verbindungsvorgangs entfällt, muss der über den Grundkörper 2 zugeführte Schutzgasstrom, der auch in diesem Beispiel durch die Strömungspfeile 23 mit hellem Schaft und dunkler Spitze angedeutet ist, nicht gegen einen gegenläufigen Gasstrom ankämpfen. Die beim Verbindungsvorgang entstehenden Aerosole werden an der Spitze des Verbindungswerkzeugs 3.1 vorbei durch die trichterförmige Vertiefung 4 im Grundkörper 2 vom Verbindungsbereich 6 weg nach außen befördert, wie dies durch die Abgaspfeile 24 angedeutet ist.
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Eine zur Anordnung nach 1 weitgehend ähnliche Variante einer Trichterwerkzeuganordnung zeigt 5. Soweit die Merkmale mit denen der 1 übereinstimmen sind die Bezugszeichen übernommen, hinsichtlich der Beschreibung dieser Merkmale wird, um Wiederholungen zu vermeiden, auf die Beschreibung zur 1 verwiesen.
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Im Beispiel nach 5 weist der Grundkörper 2.1 an seiner Außenkontur, konzentrisch zu dessen Mittelachse 25, einen umlaufenden Balkon 26 auf. Die den zu fügenden Blechbauteilen 7, 8 abgewandten Oberseite 26a des Balkons 26 dient als erstes Widerlager für eine Spiraldruckfeder 27, die sich auf dieser abstützt. Das zweite Widerlager für die Spiraldruckfeder 27 bildet der Topfboden 28a einer topfförmigen Hülse 28 die konzentrisch zur Mittelachse 25 auf dem Grundkörper 2.1 angeordnet ist und den Grundkörper 2.1 so umgreift, dass sich durch die Außenseite 26b des Balkons 26 eine Linearführung der topfförmigen Hülse 28 auf dem Grundkörper 2.1 ergibt. Die topfförmige Hülse 28 weist an ihrem Topfboden 28a, konzentrisch zur Mittelachse 25 eine Ausnehmung 29 auf, durch die das Verbindungswerkzeug 3 geführt ist. Auf die der Spiraldruckfeder 27 abgewandten Seite des Topfbodens 28a wirkt eine Kraft F, die über die Spiraldruckfeder 27 auf den Grundkörper 2.1 übertragen wird und diesen auf die Blechlage aus den Blechbauteilen 7, 8 drückt. Um die Kraft möglichst gleichmäßig auf die Blechlage aufzubringen und die Blaskammer 9 im Grundkörper zu der Blechlage hin abzudichten, ist eine umlaufende Dichtung 30 vorgesehen, die in den die Blechlage berührenden Teil des Grundkörpers eingelassen ist und diesen in Richtung auf die Blechlage hin um einen Abstand b überragt, wie dies der Detaildarstellung gemäß 5a zu entnehmen ist. Die 5a zeigt dabei den mit kreisförmiger Strichpunktlinie umrandeten Bereich der 5 vergrößert. Der Abstand b wird bei Kraftbeaufschlagung des Grundkörpers 2.1, eine plane Oberfläche des Blechbauteils 7 vorausgesetzt, zu Null.
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Um die Strömungsverhältnisse im Verbindungsbereich 6 zu verdeutlichen, ist der in 5 mit ovaler Strichpunktlinie umrandete Bereich in 5b ebenfalls vergrößert dargestellt. Wie aus der Darstellung ersichtlich, führt der Düsenteil 11 der Blaskammer 9 über den Ringspalt 17 in die Durchgangsöffnung 5. Die Strömung ist dabei, wie durch die Strömungspfeile 23 veranschaulicht, von der Oberfläche des Blechbauteils 7 weg gerichtet, so dass durch den Lichtbogen gebildete Aerosole mit der Strömung des Schutzgases fortgerissen werden und sich nicht auf der Oberfläche 7a des Blechbauteils 7 rund um den Verbindungsbereich 6 ablagern können. Die Breite a des Ringspaltes 17 ergibt sich dadurch, dass die Anlagefläche 16.1 (5a) die Kante 32 der Ringspaltes 17 in Richtung auf die Blechbauteile 7, 8 um den Betrag a überragt.
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Eine von dem Detail nach 5b etwas abweichende Anordnung der zu fügenden Bleche zeigt 5c. Hier sind die Blechbauteile 7.1, 8.1 in einer Überlappstoßverbindung angeordnet, die eine Standard-Fügegeometrie bildet. In der Überlappstoßverbindung werden das obere, erste Blechbauteil 7.1 an seiner Kante 7.1a mit dem darunter angeordneten zweiten Blechbauteil 8.1 durch den Schweißvorgang mittel der Elektrode 21 und dem (nicht näher gezeigten) Lichtbogen verbunden, und zwar unter Bildung eines Fixierpunktes 31, also die durch den Lichtbogen aufgeschmolzene Drahtelektrode 21 und das Grundmaterial, welches die beiden Fügepartner miteinander verbindet. Der Lichtbogen selbst brennt an der Drahtelektrode 21 unmittelbar über dem Fixierpunkt 31. In der, in der 5c gezeigten Überlappstoßverbindung geht das obere, erste Blechbauteil 7.1 stufenartig in das untere, zweite Blechbauteil 8.1 über. Um diese stufenartige Fügegeometrie sicher abbilden zu können, ist eine entsprechende Einarbeitung einer Stufe auf der Unterseite des Trichterwerkzeugs erforderlich.
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Die Darstellung der 5b und 5c dienen in erster Linie dazu zu verdeutlichen, dass die Trichterwerkzeuganordnung, wie sie vorstehend in unterschiedlichen Varianten beschrieben wurde, nicht nur zum Erzeugen von Durchschweißpunkten, sondern für jede Art von Schweißverbindungen geeignet ist, gleich ob die zu fügenden Bauteile übereinander, auf Stoß zueinander oder in einem Winkel zueinander liegen. Im letzten Fall ist lediglich die Anlagegeometrie des Grundkörpers entsprechend anzupassen.
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Den vorstehend beschriebenen Detaildarstellungen in 5a bis 5c ist gemeinsam, dass die Bleche bereits vor dem Fixiervorgang mittel der Trichterwerkzeuganordnung durch eine Klebeschicht 33 verbunden sind, die - weil noch nicht ausgehärtet - durch die mittels der Trichterwerkzeuganordnung erzeugten Schweißpunkte stabilisiert werden soll. Es ist an dieser Stelle darauf hinzuweisen, dass dies nicht zwingend ist. Die Trichterwerkzeuganordnung kann selbstverständlich auch zum Einsatz kommen, wenn Bauteile nur durch einen aerosolerzeugenden Prozess gefügt werden sollen, um eine nachgelagerte Säuberung der Verbindungstelle, zum Beispiel vor einer Lackierung, zu vermeiden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102008028450 A1 [0003]
- DE 2016225831 A1 [0004]
