DE19828798A1 - Welding electrode with an end cap incorporating a cooling channel bounded by an end surface - Google Patents

Abstract

The end surface (4) of the cooling channel (3) is given a shape (5) which reduces resistance to the flow of the cooling agent.

Description

Die Erfindung betrifft eine Schweißelektrode mit einer Elektrodenkappe, welche zum Kühlen einen von einer Stirn­ fläche begrenzten Kühlmittelkanal hat.The invention relates to a welding electrode with a Electrode cap, which is used to cool one of a forehead has limited coolant channel.

Schweißelektroden der genannten Art sind heute beispiels­ weise an Schweißzangen angebracht, wie sie im Rohbau heu­ tiger Automobilhersteller vielfach eingesetzt werden. Die Schweißzangen werden dabei inzwischen nahezu ausschließ­ lich von Schweißautomaten oder Robotern bedient, so daß sich eine weitgehende Automatisierung bei gleichbleibend hoher Qualität erreichen läßt. Gleichzeitig reduziert sich dadurch die zum Anbringen einer vorgegebenen Anzahl von Schweißpunkten erforderliche Durchlaufzeit. Die wäh­ rend des Schweißprozesses entstehende Wärme, die vorwie­ gend an der Elektrodenkappe und weniger an dem zu ver­ schweißenden Bauteil zu einer Erhitzung führt, muß mit­ tels einer geeigneten Kühlung abgeführt werden. Eine ent­ sprechende Kühlung wird bei bekannten Schweißelektroden dadurch erreicht, daß die Elektrodenkappe einen als Sack­ loch ausgeführten Kühlmittelkanal aufweist. Über ein Lei­ tungselement, welches hierzu einen Zulauf und einen Ab­ lauf aufweist, wird in den Kühlmittelkanal eine Kühl­ flüssigkeit eingeleitet, so daß die Wärmeenergie rasch abgeführt werden kann. Nachteilig bei der beschriebenen Schweißelektrode wirkt sich aus, daß die durch das Kühl­ mittel erreichte Wärmeabfuhr bei hohen Taktgeschwindig­ keiten unzureichend ist und die Elektrodenkappe daher ei­ nem erheblichen Verschleiß unterliegt. Welding electrodes of the type mentioned are an example today wise attached to welding guns, as they do in the shell automaker are widely used. The Welding guns are now almost completely excluded Lich operated by welding machines or robots, so that extensive automation with the same high quality. Reduced at the same time this means that it is necessary to attach a predetermined number lead time required for welding spots. The choice The heat generated during the welding process, which to the electrode cap and less to the ver welding component leads to heating, must also be removed by means of suitable cooling. An ent Talking cooling is used in known welding electrodes achieved in that the electrode cap one as a sack hole designed coolant channel. About a lei tion element, which for this purpose an inlet and an Ab has run, a coolant is in the coolant channel liquid introduced so that the thermal energy quickly can be dissipated. A disadvantage of the described Welding electrode affects that by cooling Medium heat dissipation at high cycle speeds is insufficient and therefore the electrode cap is subject to considerable wear.  

Man könnte daran denken, den Volumenstrom der Kühlflüs­ sigkeit zu erhöhen, und dadurch eine erhöhte Wärmeabfuhr zu erreichen. Nachteilig hierbei ist, daß sich eine Er­ höhung des Volumenstroms nur durch eine Vergrößerung des Querschnitts des Kühlmittelkanals und einer damit verbun­ denen Neukonstruktion mit veränderten äußeren Abmessungen erreichen läßt. Davon betroffen ist zwangsläufig auch eine die Elektrodenkappe aufnehmende Halterung. Der da­ durch verursachte Aufwand führt in der Praxis dazu, daß sich eine solche Ausführung bisher nicht durchsetzen konnte.You could think of the volume flow of the cooling rivers increase liquid, and thereby increased heat dissipation to reach. The disadvantage here is that a Er increase in volume flow only by increasing the Cross section of the coolant channel and one connected to it those new construction with changed external dimensions can be achieved. Inevitably it is also affected a holder receiving the electrode cap. The one there in practice caused by effort leads to such an implementation has not yet become established could.

Der Erfindung liegt daher das Problem zugrunde, eine Schweißelektrode der genannten Art derart weiterzubilden, daß eine wesentlich schnellere Abfuhr der im Schweißpro­ zeß entstehenden Wärmeenergie erreicht werden kann. Gleichzeitig sollen die äußeren Abmessungen unverändert bleiben.The invention is therefore based on the problem of a To further develop the welding electrode of the type mentioned that a much faster removal of the welding pro generated heat energy can be achieved. At the same time, the external dimensions should remain unchanged stay.

Dieses Problem wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Stirnfläche des Kühlmittelkanals eine zur Verringe­ rung des Strömungswiderstandes des Kühlmittelkanals aus­ geführte Ausformung hat. Hierdurch können insbesondere solche Bereiche in dem Kühlmittelkanal vermieden werden, in denen das Kühlmittel bei den nach dem Stand der Tech­ nik bekannten Schweißelektroden nahezu zum Stillstand kommt und in denen eine effektive Abfuhr der Wärmeenergie daher nicht gewährleistet werden kann. Erfindungsgemäß ist dabei die Stirnfläche des Kühlmittelkanals derart ausgeführt, daß neben der schnellen Zufuhr frischen Kühl­ mittels auch eine erheblich schnellere Abfuhr der durch die heiße Elektrodenkappe erwärmten Kühlflüssigkeit er­ möglicht wird. Hierzu ist die Stirnfläche derart ausge­ führt, daß ein Stillstand bzw. eine starke Verzögerung des Kühlmittels, wie sie beispielsweise durch Staupunkte in dem Kühlmittelkanal entsteht, verhindert wird. Durch die im Inneren der Elektrodenkappe angeordnete Ausformung können daher die äußeren Abmessungen unverändert bleiben, so daß aufwendige Neukonstruktionen entfallen können. Die Lebensdauer der so geschaffenen Elektrodenkappe kann da­ bei wesentlich gesteigert werden, wodurch sich eine deut­ liche Reduzierung des Instandhaltungsaufwandes ergibt.This problem is solved according to the invention in that the end face of the coolant channel one to reduce tion of the flow resistance of the coolant channel led formation. This can in particular such areas in the coolant channel are avoided, in which the coolant in the state of the art known welding electrodes almost to a standstill comes and in which an effective dissipation of thermal energy therefore cannot be guaranteed. According to the invention the end face of the coolant channel is such executed that in addition to the rapid supply of fresh cooling by means of a significantly faster removal of the the hot electrode cap heated coolant is possible. For this purpose, the end face is made out in this way leads to a standstill or a strong delay of the coolant, such as from stagnation points  is created in the coolant channel, is prevented. By the formation arranged inside the electrode cap the outer dimensions can therefore remain unchanged, so that complex new designs can be omitted. The The lifespan of the electrode cap thus created can be there at significantly increased, which shows a clear reduction in maintenance costs.

Hierzu ist eine Weiterbildung der Erfindung besonders gut geeignet, bei der die Stirnfläche einen konvex geformten Abschnitt hat. Hierdurch kann das Kühlmittel ohne wesent­ liche Verzögerung so umgeleitet werden, daß dieses zu­ nächst auf die Stirnfläche auftrifft und anschließend um­ gelenkt wird. Dies geschieht dabei weitgehend ohne Ver­ lust der Strömungsgeschwindigkeit, so daß die Abfuhr der Wärmeenergie schnell und effektiv erfolgen kann.A further development of the invention is particularly good for this suitable in which the end face has a convex shape Section. This allows the coolant without essential Liche delay are redirected so that this too hits the face and then around is directed. This happens largely without Ver lust the flow rate, so that the removal of the Thermal energy can be done quickly and effectively.

Eine besonders vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung ist dadurch gegeben, daß die Stirnfläche eine im Wesent­ lichen zentral angeordnete Auswölbung hat. Das mittels des Kühlmittelkanals der Stirnfläche zugeführte Kühlmit­ tel trifft daher zunächst auf eine gegenüber der Stirn­ fläche hervortretende Auswölbung. Von dort wird das Kühl­ mittel den äußeren Bereichen der Stirnfläche zugeführt. Diese Gestaltung erlaubt einen weitgehend verlustlosen Strömungsverlauf des Kühlmittels, wobei insbesondere der Strömungswiderstand weiter reduziert werden kann.A particularly advantageous development of the invention is given by the fact that the end face is essentially central bulge. The means of the coolant channel to the front face of the coolant tel therefore first meets one opposite the forehead protruding bulge. From there, the cooling medium supplied to the outer regions of the end face. This design allows a largely lossless Flow of the coolant, in particular the Flow resistance can be further reduced.

Eine andere Weiterbildung der Erfindung ist dabei beson­ ders vorteilhaft, bei der die Stirnfläche einen zur Um­ lenkung des Kühlmittels ausgeführten, äußeren Randbereich hat. Hierdurch kann zunächst das auf einen zentralen Be­ reich der Stirnfläche auftreffende und zu dem äußeren Randbereich der Stirnfläche umgelenkte Kühlmittel von diesem Randbereich verzögerungsfrei abgeleitet werden. Hierdurch läßt sich eine weitere Erhöhung der Strömungs­ geschwindigkeit und die damit verbundene Verbesserung der Wärmeableitung erreichen.Another development of the invention is special ders advantageous, in which the end face one to order steering of the coolant, outer edge area Has. As a result, this can initially be based on a central Be richly hitting the face and towards the outer Coolant redirected from this border area can be derived without delay. This allows a further increase in the flow  speed and the associated improvement in Achieve heat dissipation.

Eine andere, besonders günstige Ausführungsform der Er­ findung ist dadurch gegeben, daß die Stirnfläche einen in etwa ringförmigen, konkav ausgeformten Abschnitt hat. Diese Ausformung der Stirnfläche ermöglicht eine weitge­ hend verlustfreie Umkehr der Kühlmittelströmung. Dabei kann die Strömung gleichermaßen zunächst auf einen außer­ halb des konkav ausgeformten Abschnittsliegenden Bereich der Stirnfläche oder umgekehrt zunächst auf den im Inne­ ren des konkav ausgeformten Abschnitts gelegenen Bereich der Stirnfläche auftreffen. Die Wärmeableitung an der Stirnfläche hat in beiden Fällen durch die Ausformung ei­ nen erheblich verbesserten Wirkungsgrad, so daß eine Um­ kehrung der Strömungsrichtung des Kühlmittels in dem Kühlmittelkanal ohne konstruktive Änderungen vorgenommen werden kann.Another, particularly favorable embodiment of the Er is given by the fact that the end face a has approximately annular, concavely shaped section. This shape of the end face enables a wide lossless reversal of the coolant flow. Here the flow can initially be aimed at one except half of the concave section the face or vice versa first on the inside ren of the concavely shaped portion hit the face. The heat dissipation at the In both cases, the front surface has an egg NEN significantly improved efficiency, so that an order reversal of the flow direction of the coolant in the Coolant channel made without design changes can be.

Eine weitere besonders vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung ist dadurch gegeben, daß die Ausformung an ei­ nem in den Kühlmittelkanal einsetzbaren Einsatzkörper an­ geordnet ist. Hierdurch läßt sich in einfacher Weise auch eine bereits vorhandene Elektrodenkappe mit einer ent­ sprechenden Ausformung nachträglich versehen und so deren Lebensdauer steigern. Je nach Anwendungsgebiet kann es darüber hinaus günstiger sein, grundsätzlich den Ein­ satzkörper wiederzuverwenden und Elektrodenkappen mit dem bekannten Kühlmittelkanal unverändert weiter zu beziehen. Durch den einem möglichen Verschleiß nur in unerheblichem Maß ausgesetzten Einsatzkörper lassen sich daher weitere Kosten vermeiden, die anderenfalls durch eine konstruk­ tive Änderung der Elektrodenkappe entstehen könnten.Another particularly advantageous embodiment of the Invention is given in that the shape of egg insert body that can be inserted into the coolant duct is ordered. This can also be done in a simple manner an existing electrode cap with an ent subsequent speaking form and thus their Increase lifespan. Depending on the application, it can be cheaper, basically the one Reuse the set body and electrode caps with the known coolant channel continue to refer unchanged. Due to the possible wear only insignificantly Custom-made insert bodies can therefore be further Avoid costs that would otherwise be caused by a construct tive change of the electrode cap could arise.

Es ist weiterhin besonders günstig, wenn die Ausformung einen aus der Kontur der Stirnfläche herausragenden Strö­ mungsteiler hat. Dadurch kann das durch den Kühlmittelka­ nal eintretende Kühlmittel bereits vor dem Auftreffen auf die Stirnfläche abgelenkt werden. Ein möglicherweise auf­ tretender Staupunkt kann daher ebenso vermieden werden, wie eine Vermischung des frisch eintretenden und des be­ reits durch den Wärmeübergang von der Elektrodenkappe er­ wärmten Kühlmittels. Hierdurch kann eine weitere Steige­ rung des Wirkungsgrades erreicht werden.It is also particularly beneficial if the molding a stream protruding from the contour of the end face  has divider. This can be caused by the coolant coolant entering before the impact the face be distracted. One possibly on entering stagnation point can therefore also be avoided, like a mixture of the freshly entering and the be riding through the heat transfer from the electrode cap warmed coolant. This can be another climb efficiency can be achieved.

Die Erfindung läßt verschiedene Ausführungsformen zu. Zur weiteren Verdeutlichung ihres Grundprinzips ist eine da­ von in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend be­ schrieben. Diese zeigt inThe invention allows various embodiments. For there is a further clarification of their basic principle of shown in the drawing and will be below wrote. This shows in

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht einer erfin­ dungsgemäßen Elektrodenkappe in einem Längs­ schnitt, Fig. 1 is a sectional perspective view of a contemporary electrode cap OF INVENTION extension in a longitudinal,

Fig. 2 einen Längsschnitt durch die Elektrodenkappe mit einer angeschlossenen Kühlmittelleitung. Fig. 2 shows a longitudinal section through the electrode cap with a connected coolant line.

Fig. 1 zeigt einen Längsschnitt durch eine perspekti­ visch dargestellte Elektrodenkappe 1. Die Elektrodenkappe 1 ist hierbei in etwa napfförmig ausgeführt und läuft au­ ßenseitig zu einer Spitze 2 aus. Im Inneren der Elektro­ denkappe 1 befindet sich ein Kühlmittelkanal 3. Dieser Kühlmittelkanal 3 ist an seinem der Spitze 2 zugeneigten Ende von einer Stirnfläche 4 begrenzt. An der Stirnfläche 4 findet der Großteil des Wärmeüberganges von der während des Schweißprozesses erhitzten Elektrodenkappe 1 auf das in den Kühlmittelkanal 3 strömende Kühlmittel statt. Die Stirnfläche 4 besitzt eine Ausformung 5, welche einen aus der Kontur der Stirnfläche 4 konvex hervortretenden, ge­ wölbten Abschnitt 6 und einen ebenfalls gewölbten, konka­ ven Randbereich 7 umfaßt. Hierdurch wird das Kühlmittel ohne wesentliche Reduzierung der Strömungsgeschwindigkeit der Stirnfläche 4 zugeführt und das erwärmte Kühlmittel anschließend unverzüglich abgeführt, so daß eine wesent­ lich schnellere Wärmeabfuhr erreicht wird. Fig. 1 shows a longitudinal section through a Perspecti Visch illustrated electrode cap 1. The electrode cap 1 is here approximately cup-shaped and runs from the outside to a tip 2 . Inside the electrical cover 1 there is a coolant channel 3 . This coolant channel 3 is delimited by an end face 4 at its end inclined towards the tip 2 . The majority of the heat transfer from the electrode cap 1 heated during the welding process to the coolant flowing into the coolant channel 3 takes place on the end face 4 . The end face 4 has a shape 5 , which comprises a convex protruding from the contour of the end face 4 , curved section 6 and a likewise curved, concave edge region 7 . As a result, the coolant is supplied to the end face 4 without a substantial reduction in the flow rate, and the heated coolant is subsequently removed immediately, so that heat is dissipated much faster.

Fig. 2 zeigt die in Fig. 1 gezeigte Elektrodenkappe 1 in einem Längsschnitt. Mit der Elektrodenkappe 1 verbun­ den ist eine lediglich abschnittsweise dargestellte Kühl­ mittelleitung 8. Durch diese Kühlmittelleitung 8 strömt das andeutungsweise mittels Richtungspfeilen dargestellte Kühlmittel in den Kühlmittelkanal 3 der Elektrodenkappe 1 ein. Die Kühlmittelleitung 8 hat hierzu eine in ihrem In­ neren koaxial angeordnete Zufuhrleitung 9, so daß das frisch einströmende Kühlmittel im Wesentlichen von dem abzuführenden, erwärmten Kühlmittel getrennt bleibt. Das in etwa zentral einströmende Kühlmittel trifft daher zu­ nächst auf den aus der Kontur der Stirnfläche 4 konvex hervortretenden, gewölbten Abschnitt 6. Dabei findet eine Umlenkung des Kühlmittels ohne wesentliche Verringerung der Strömungsgeschwindigkeit statt, so daß das Kühlmittel anschließend zu dem konkaven Randbereich 7 gelangt. Das Kühlmittel wird in den Randbereich 7 umgelenkt und durch eine Ablaufleitung 10 der Kühlmittelleitung 8 nach außen abgeführt. Der Wärmeübergang von der Elektrodenkappe 1 auf das Kühlmittel findet dabei vorwiegend in der durch den Abschnitt 6 und den Randbereich 7 begrenzten Ausformung 5 der Stirnfläche 4 statt. Durch die erhöhte Strömungsgeschwindigkeit des Kühlmittels, die insbeson­ dere durch Vermeidung von Staupunkten und Zonen erheblich reduzierter Strömungsgeschwindigkeit erreicht wird, kann die Wärmeabfuhr wesentlich schneller erfolgen, so daß die Lebensdauer der Elektrodenkappe 1 erheblich verlängert wird. Zugleich wird neben dem verringerten Aufwand bei der Instandhaltung und der höheren Prozeßsicherheit auch eine Verbesserung der mit der erfindungsgemäßen Elektro­ denkappe 1 erzeugten Schweißpunkte erreicht. FIG. 2 shows the electrode cap 1 shown in FIG. 1 in a longitudinal section. With the electrode cap 1 verbun is a cooling medium line 8 shown only in sections. The coolant, which is indicated by means of directional arrows, flows into the coolant channel 3 of the electrode cap 1 through this coolant line 8 . For this purpose, the coolant line 8 has a feed line 9 arranged coaxially in it, so that the freshly flowing coolant remains essentially separate from the heated coolant to be discharged. The coolant flowing in approximately centrally therefore strikes the curved section 6 protruding convexly from the contour of the end face 4 . The coolant is deflected without a substantial reduction in the flow rate, so that the coolant subsequently reaches the concave edge region 7 . The coolant is deflected into the edge region 7 and discharged to the outside through a drain line 10 of the coolant line 8 . The heat transfer from the electrode cap 1 to the coolant takes place predominantly in the formation 5 of the end face 4 delimited by the section 6 and the edge region 7 . Due to the increased flow rate of the coolant, which is achieved in particular by avoiding stagnation points and zones significantly reduced flow rate, the heat dissipation can take place much faster, so that the life of the electrode cap 1 is significantly extended. At the same time, in addition to the reduced outlay in maintenance and the higher process reliability, an improvement in the welding spots produced with the inventive electric cap 1 is also achieved.

Claims (7)

1. Schweißelektrode mit einer Elektrodenkappe, welche zum Kühlen einen von einer Stirnfläche begrenzten Kühlmittelkanal hat, dadurch gekennzeichnet, daß die Stirnfläche (4) des Kühlmittelkanals (3) eine zur Verringerung des Strömungswiderstandes des Kühlmit­ telkanals (3) ausgeführte Ausformung (5) hat.1. welding electrode with an electrode cap which for cooling has a limited by an end face of the coolant channel, characterized in that the end face (4) of the coolant duct (3) has a performed to reduce the flow resistance of the Kühlmit telkanals (3) molding (5). 2. Schweißelektrode nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Stirnfläche (4) einen konvex ge­ formten Abschnitt (6) hat.2. Welding electrode according to claim 1, characterized in that the end face ( 4 ) has a convexly shaped portion ( 6 ). 3. Schweißelektrode nach den Ansprüchen 1 oder 2, da­ durch gekennzeichnet, daß die Stirnfläche (4) eine im Wesentlichen zentral angeordnete Auswölbung hat.3. welding electrode according to claims 1 or 2, characterized in that the end face ( 4 ) has a substantially centrally arranged bulge. 4. Schweißelektrode nach zumindest einem der vorange­ henden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Stirnfläche (4) einen zur Umlenkung des Kühlmittels ausgeführten, äußeren Randbereich (7) hat.4. Welding electrode according to at least one of the preceding claims, characterized in that the end face ( 4 ) has an outer edge region ( 7 ) designed to deflect the coolant. 5. Schweißelektrode nach zumindest einem der vorange­ henden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Stirnfläche (4) einen in etwa ringförmigen, konkav ausgeformten Abschnitt hat.5. Welding electrode according to at least one of the preceding claims, characterized in that the end face ( 4 ) has an approximately annular, concavely shaped section. 6. Schweißelektrode nach zumindest einem der vorange­ henden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausformung (5) an einem in den Kühlmittelkanal (3) einsetzbaren Einsatzkörper angeordnet ist.6. Welding electrode according to at least one of the preceding claims, characterized in that the shape ( 5 ) is arranged on an insert body which can be inserted into the coolant channel ( 3 ). 7. Schweißelektrode nach zumindest einem der vorange­ henden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausformung (5) einen aus der Kontur der Stirnfläche (4) herausragenden Strömungsteiler hat.7. Welding electrode according to at least one of the preceding claims, characterized in that the shape ( 5 ) has a flow divider projecting from the contour of the end face ( 4 ).