DE4236526C2 - Verfahren zum Anschweißen von Schweißbolzen an ein Werkstück - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Anschweißen von Schweißbolzen an ein Werkstück im Wege des Kondensatorentladungsschweißverfahrens mit Spitzenzündung, wobei der Schweißbolzen mit seiner Zündspitze voraus einem Schweißkopf automatisch zugeführt und von diesem druckmittelbetätigt an das Werkstück herangeführt wird, wobei bei konstanter Zuführgeschwindigkeit bei Berührung der Zündspitze des Bolzens mit der Werkstückoberfläche der Schweißstrom zu fließen beginnt, die Zündspitze verdampft, ein Lichtbogen zwischen Bolzen und Werkstückoberfläche gebildet und der Bolzen in das entstehende Schmelzbad eingetaucht wird.

Aus der DE 40 32 572 C1 ist ein Verfahren zum Anschweißen von Schweißbolzen im Wege des Kondensatorentladungs­ schweißverfahrens mit Spitzenzündung bekannt, wobei dort eine automatische Bolzenzuführung nicht explizit erwähnt ist.

Solche Bolzenzuführungen waren aber prinzipiell bekannt, wozu beispielsweise auf die DE 39 22 439 C2 verwiesen wird.

Aus der erstgenannten Druckschrift ist es zwar bekannt, den Schweißvorgang zu überwachen und damit die Qualität zu beurteilen, indem drei Parameter erfasst und mit empirisch ermittelten Werten verglichen werden, nämlich die Dauer des Wegbrennens der Zündspitze, gemessen vom metallischen Kontakt der Zündspitze mit dem Werkstück bis zur Zündung des Lichtbogens, die Lichtbogenbrenndauer und die Höhe der Spannungsspitze bei Zündung des Lichtbogen. Bei Nichterreichen oder Überschreiten der vorgegebenen Zeitbereiche und bei Nichterreichen der vorgegebenen Höhe der Spannungsspitze bei Zündung des Lichtbogens wird die fehlerhafte Schweißung angezeigt oder das fehlerhafte Werkstück zum Ausschuß gesteuert.

Aus der DE 39 22 439 C2 ist eine Vorrichtung zur Einzel­ zuführung von hintereinander zwischen Führungsschienen angeordneten Bolzen oder Stiften bekannt. Hiermit werden die Bolzen zu einem Bolzenschweißgerät geführt.

Beim Verschweißen von Schweißbolzen mittels des soge­ nannten Kondensatorentladungsschweißverfahrens mit Spitzenzündung (Graham-Verfahren) wird eine Kondensator­ batterie auf eine bestimmte Spannung aufgeladen. Aus der Ladespannung und der Kapazität ergibt sich die ge­ speicherte Energie. Der Schweißbolzen wird mit einer möglichst konstanten Geschwindigkeit in Richtung auf das Werkstück bewegt. Bei Berührung der Zündspitze des Schweißbolzens mit der Werkstückoberfläche beginnt der Schweißstrom zu fließen. Die Zündspitze verdampft auf­ grund der hohen Stromdichte, und es bildet sich ein Licht­ bogen zwischen Bolzen und Werkstückoberfläche. Da sich der Bolzen in Bewegung befindet, ergibt sich aus der ursprünglichen Zündspitzenlänge und der Bolzengeschwin­ digkeit die Zeit bis zum Eintauchen des Bolzens in das Schmelzbad. Diese Zeit entspricht der Lichtbogenbrenn­ dauer.

Da die Zündspitzen der Schweißbolzen mit gewissen Toleranzen gefertigt werden, verändert sich bei konstanter Eintauchgeschwindigkeit entsprechend der Zündspitzenlänge auch jeweils die Lichtbogenbrenndauer. Die Schweißbolzen werden üblicherweise über eine Vereinzelungsvorrichtung dem Schweißkopf der Reihe nach zugeführt und von diesem gehalten und verarbeitet.

Infolge der Fertigungstoleranzen der Zündspitzen ist das Schweißergebnis ständig unterschiedlich, obwohl mit konstanter Eintauchgeschwindigkeit gearbeitet wird. Dies ist im Ergebnis unbefriedigend und unerwünscht.

Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen, mit dem bzw. mit der auch bei fertigungsbe­ dingten Längenabweichungen der Zündspitze ein qualitativ gleiches und hochwertiges Schweißergebnis zu erzielen ist.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird verfahrensmäßig vorge­ schlagen, daß zum Zwecke der genauen Einstellung der Lichtbogenbrenndauer und der Eintauchgeschwindigkeit die Länge der Zündspitze vor Beginn des Schweißvorganges gemessen wird, das gemessene Längenmaß in ein elektrisches Signal umgewandelt wird, dieses Signal in einen Prozessor eingelesen wird, mittels dessen das Signal in Abhängig­ keit von einer vorgegebenen Lichtbogenbrenndauer in ein konstantes Zuführgeschwindigkeitsmaß umgerechnet wird, daß dem ermittelten Zuführgeschwindigkeitsmaß ent­ sprechende elektrische Signale vom Prozessor an ein Stell­ glied übermittelt werden, mittels dessen die Zuführge­ schwindigkeit des Schweißkopfes dem ermittelten Geschwin­ digkeits-Sollwert angepaßt wird.

Durch dieses Verfahren wird eine genaue Einstellung der Lichtbogenbrenndauer und der Eintauchgeschwindigkeit in Abhängigkeit von der Zündspitzenlänge beim Konden­ satorentladungsschweißen mit Spitzenzündung ermöglicht. Dazu wird zunächst die Länge der Zündspitze eines jeden Bolzen erfaßt und in ein elektrisches Signal umgewandelt. Dieses Signal wird von einem Prozessor in Abhängigkeit einer vorgegebenen konstanten Lichtbogenbrenndauer in eine Geschwindigkeitskomponente umgerechnet. Elektrische Signale, die dieser Geschwindigkeitskomponente entsprechen, werden an ein Stellglied am Schweißkopf über­ mittelt, mittels dessen die Geschwindigkeit des Schweiß­ kopfes und damit die Eintauchgeschwindigkeit des Bolzens genau eingestellt und der Zündspitzenlänge angepaßt werden kann. Der Schweißkopf führt dann die Schweißung mit der vorher ermittelten Eintauchgeschwindigkeit aus.

Es wird damit in einfacher Weise eine qualitativ hoch­ wertige und gleichmäßige Schweißung ermöglicht, auch dann, wenn die Zündspitzen herstellungsbedingt unter­ schiedliche Länge aufweisen.

Eine bevorzugte Weiterbildung des Verfahrens wird darin gesehen, daß bei Abweichung der Länge der Zündspitzen von einem vorgegebenen Toleranzfeld, die mit diesen Zünd­ spitzen versehenen Bolzen automatisch der Weiterverarbei­ tung entzogen werden.

Desweiteren ist bevorzugt vorgesehen, daß die Messung der Länge der Zündspitze nach der Vereinzelung der Schweißbolzen vorgenommen wird und die Schweißbolzen nach erfolgter Messung in gleicher Reihenfolge einzeln dem Schweißkopf zugeführt werden.

Die Messung der Zündspitzenlänge kann vorzugsweise an einer Bolzenvereinzelung vorgenommen werden, von der aus die Bolzen einzeln und in gleicher Reihenfolge un­ mittelbar oder mittelbar dem Schweißkopf zugeführt werden.

Eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens ist in Anspruch 4 bezeichnet.

Ein streng schematisiertes Ausführungsbeispiel der Er­ findung ist in der Zeichnung gezeigt.

In der einzigen Zeichnungsfigur ist ein pneumatischer Arbeitszylinder 1 gezeigt, der über eine Kupplung 2 mit einer Führungswelle 3 verbunden ist, die in einer Führung 7 gestellfest gehaltert ist. Mit der Führungswelle 3 gekoppelt ist ein Bolzenhalter 4, der stirnseitig einen Schweißbolzen 5 mit einer Zündspitze 6 haltert. Das gesamte Aggregat mit den Teilen 1 bis 7 ist als Schweiß­ kopf zu bezeichnen. Dieser Schweißkopf kann Bestandteil eines Schweißroboters sein oder Bestandteil einer stationären Schweißanlage. Dem Arbeitszylinder 1 ist ein Stellglied 8 vorgeschaltet. Das Stellglied kann bei­ spielsweise ein Proportionaldruckregelventil oder auch ein insbesondere elektromotorisch einstellbares Drossel­ ventil sein. Dem Stellglied 8 ist ein Prozessor (Ansteuer­ elektronik) 9 vorgeschaltet, welchem wiederum ein Meß­ sensor 10 vorgeschaltet ist. Mit dieser Vorrichtung ist ein Verfahren zum Anschweißen von Schweißbolzen 5 an ein Werkstück im Wege des Kondensatorentladungsschweiß­ verfahrens mit Spitzenzündung ermöglicht. Der Schweiß­ bolzen 5 wird zunächst mit seiner Zündspitze voraus mittels einer geeigneten Vereinzelungs- und Zuführvor­ richtung, die in der Zeichnung nicht gezeigt ist, dem Schweißkopf automatisch zugeführt. Von diesem wird er druckmittelbetätigt an das Werkstück herangeführt, wobei bei konstanter Zuführgeschwindigkeit bei Berührung der Zündspitze 6 des Bolzens 5 mit der Werkstückoberfläche der Schweißstrom zu fließen beginnt. Die Zündspitze ver­ dampft dann und ein Lichtbogen bildet sich zwischen Bolzen und Werkstückoberfläche. Der Bolzen wird mit konstanter Geschwindigkeit weiter zum Werkstück geführt, bis der Bolzen in das entstehende Schmelzbad eingetaucht ist.

Zum Zwecke der genauen Einstellung der Lichtbogenbrenn­ dauer und der Eintauchgeschwindigkeit wird mittels des Meßsensors 10 die Länge der Zündspitze 6 vor Beginn des Schweißvorganges, insbesondere auch vor dem Einsetzen in den Schweißkopf, gemessen. Das gemessene Längenmaß wird durch einen Analogdigitalwandler als Bestandteil des Sensors 10 in ein elektrisches Signal umgewandelt. Dieses Signal wird in den Prozessor 9 eingelesen, mittels dessen das Signal in Abhängigkeit von einer vorgegebenen Lichtbogenbrenndauer, die im Prozessor gespeichert ist, in ein konstantes Zuführungsgeschwindigkeitsmaß umge­ rechnet wird. Vom Prozessor 9 werden dem ermittelten Zuführgeschwindigkeitsmaß entsprechende elektrische Signale an das Stellglied 8 übermittelt, mittels dessen die Stellgeschwindigkeit des Arbeitszylinders 1 und damit die Zuführgeschwindigkeit des Schweißkopfes dem ermittelten Geschwindigkeitssollwert angepasst wird.

Zusätzlich kann vorgesehen sein, dass bei der Abweichung der Länge der Zündspitzen 6 von einem vorgegebenen Toleranzfeld die mit diesen Zündspitzen 6 versehenen Bolzen 5 automatisch der Weiterverarbeitung entzogen werden. Hierzu kann zwischen einer Vereinzelungs- und Messvorrichtung, die dem Schweißkopf vorgeschaltet ist, und dem Schweißkopf eine Auswerfeinrichtung vorgesehen sein, die bei außerhalb des Toleranzfeldes liegenden Zündspitzen 6 den entsprechenden Bolzen 5 aus dem Zuführweg entfernt.

Die Ausbildung des Stellgliedes 8 ist beliebig, wozu beispielsweise auf solche Ausführungsformen zurückgegriffen werden kann, wie sie in der älteren Anmeldung P 42 24 274.6 beschrieben sind.

Claims (4)

1. Verfahren zum Anschweißen von Schweißbolzen (5) an ein Werkstück im Wege des Kondensatorentladungsschweißverfahrens mit Spitzenzündung, wobei der Schweißbolzen (5) mit seiner Zündspitze (6) voraus einem Schweißkopf automatisch zugeführt und von diesem druckmittelbetätigt an das Werkstück herangeführt wird, wobei bei konstanter Zuführgeschwindigkeit bei Berührung der Zündspitze (6) des Bolzens (5) mit der Werkstückoberfläche der Schweißstrom zu fließen beginnt, die Zündspitze (6) verdampft, ein Lichtbogen zwischen Bolzen (5) und Werkstückoberfläche gebildet und der Bolzen (5) in das entstehende Schmelzbad eingetaucht wird, wobei zum Zwecke der genauen Einstellung der Lichtbogenbrenndauer und der Eintauchgeschwindigkeit die Länge der Zündspitze (6) vor Beginn des Schweißvorganges gemessen wird, das gemessene Längenmaß in ein elektrisches Signal umgewandelt wird, dieses Signal in einen Prozessor (9) eingelesen wird, mittels dessen das Signal in Abhängigkeit von einer vorgegebenen Lichtbogenbrenndauer in ein konstantes Zuführgeschwindigkeitsmaß umgerechnet wird, und wobei dem ermittelten Zuführgeschwindigkeitsmaß entsprechende elektrische Signale vom Prozessor (9) an ein Stellglied (8) übermittelt werden, mittels dessen die Zuführgeschwindigkeit des Schweißkopfes dem ermittelten Geschwindigkeits-Sollwert angepasst wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei Abweichung der Länge der Zündspitzen (6) von einem vorgegebenen Toleranzfeld, die mit diesen Zündspitzen (6) versehenen Bolzen (5) automatisch der Weiterverarbeitung entzogen werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, dass die Messung der Länge der Zündspitze (6) nach der Vereinzelung der Schweißbolzen (5) vorgenommen wird und die Schweißbolzen (5) nach erfolgter Messung in gleicher Reihenfolge einzeln dem Schweißkopf zugeführt werden.

4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Vorrichtung aus einer Schweißvorrichtung mit Schweißkopf und Bolzenzuführ­ einrichtung besteht, dadurch gekennzeichnet, daß in Bolzenzuführrichtung vor dem Schweißkopf ein Meßsensor (10) angeordnet ist, mittels dessen die Zündspitzen­ länge meßbar ist, daß dem Meßsensor (10) ein Analog/­ Digitalwandler nachgeordnet ist, mittels dessen die erfaßten Meßwerte in digitale Signale wandelbar sind, daß dem Analog/Digitalwandler ein Prozessor (9) nach­ geordnet ist, in den die digitalen Signale einlesbar sind und daß dem Prozessor (9) ein Stellglied (8) für die Eintauchgeschwindigkeit des den Schweißbolzen (5) halternden Schweißkopfes nachgeordnet ist, das durch den Prozessor einstellbar ist.