KR101930665B1 - 샌드위치 패널을 용접하기 위한 용접 전극, 방법 및 장치 - Google Patents

샌드위치 패널을 용접하기 위한 용접 전극, 방법 및 장치 Download PDF

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티센크루프 스틸 유럽 악티엔게젤샤프트
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Abstract

본 발명은 용접 전극 본체 및 용접 전극 캡을 포함하는 용접 전극에 관한 것이고, 그러한 용접 전극 캡은, 용접된 연결부를 생성하기 위한 용접 전극과 구성요소의 접촉을 형성하기 위해서, 용접 전극 본체에 연결되거나 연결될 수 있다. 본 발명의 목적은, 이제까지 콤팩트한 설계로 이용된 용접 전극에 대해서 가능한 한 적은 수정으로, 피용접 샌드위치 패널의 효과적인 가열을 달성하는 것이다. 이는, 구성요소를 가열하기 위해서 용접 전극 내에 통합되거나 통합될 수 있고 전기 전도성 방식으로 용접 전극 본체 및 용접 전극 캡에 연결되거나 연결될 수 있는 전기 전도성 저항기 요소가 제공된다는 점에서 달성된다. 본 발명은 또한 그러한 용접 전극을 이용하는 장치 및 방법 그리고 그 용도에 관한 것이다.

Description

샌드위치 패널을 용접하기 위한 용접 전극, 방법 및 장치
본 발명은 용접 전극 본체 및 용접 전극 캡을 포함하는 용접 전극에 관한 것이고, 그러한 용접 전극 캡은 용접 전극과, 용접된 연결부를 생성하기 위한 구성요소 사이의 접촉을 형성하기 위해서 용접 전극 본체에 연결되거나 연결될 수 있다.
또한, 본 발명은 샌드위치 패널을 적어도 하나의 다른 금속 구성요소에 저항 용접하기 위한 방법에 관한 것으로서, 샌드위치 패널은 2개의 금속 커버 층 및 금속 커버 층들 사이에 배열된 열가소성 플라스틱 층을 포함하며, 피용접 샌드위치 패널의 영역이 가열되고, 그에 따라 열가소성 플라스틱 층이 연화되어 커버 층들을 함께 압착하는 것에 의해서 용접 영역으로부터 변위되며, 샌드위치 패널의 측면 상에 배열된 제1 용접 전극 및 다른 금속 구성요소의 측면 상에 배열된 제2 용접 전극을 통한 제1 회로 내의 전류의 흐름에 의해서 커버 층이 다른 구성요소와 함께 용접된다.
또한, 본 발명은, 샌드위치 패널의 측면 상에 배치될 수 있는 제1 용접 전극 및 다른 금속 구성요소의 측면 상에 배치될 수 있는 제2 용접 전극과, 적어도 제1 및 제2 용접 전극에 걸쳐 용접 전류를 유도하는 제1 회로를 제공하는 수단과, 그리고 피용접 샌드위치 패널의 영역으로부터 샌드위치 패널의 플라스틱 층을 변위시키기 위한 수단을 가지는, 금속 커버 층들 사이에 배열된 열가소성 플라스틱 층을 포함하는 샌드위치 패널을 적어도 하나의 다른 금속에 저항 용접하기 위한 장치에 관한 것이다.
마지막으로, 본 발명은 또한 저항 용접을 위한 용접 전극 또는 용접 장치의 용도에 관한 것이다.
2개의 얇은 금속 커버 층들 사이에 열가소성 플라스틱 층을 포함하는 샌드위치 패널의 이용을 통해서, 자동차 산업에서의 경량 구조 설계에 대한 증가되는 요구를 만족시킬 수 있고, 그에 따라 이러한 패널의 이용에 의해 모터 차량 설계에서의 중량 감소 가능성을 더 높일 수 있다. 샌드위치 패널은, 새로운 중량 감소 가능성을 열어주는 여러 가지 유리하고 종종 상호 배타적인 특성을 제공할 수 있다. 그에 따라, 플라스틱 층으로 인해서, 샌드위치 패널은 중실형(solid) 패널 보다 상당히 더 작은 중량을 가지며 동시에 샌드위치 패널은 고강도 값을 제공한다. 또한, 샌드위치 패널은 방음적이고 양호한 경직성을 제공한다.
그러나, 샌드위치 패널의 작업에서의 하나의 문제점은, 샌드위치 패널이 전기 절연성 플라스틱 층을 갖는다는 것이고, 이는 무결점 용접 연결부의 형성과 관련하여 용접 중에 문제를 유발한다. 다른 금속 구성요소에 대한 저항 용접 또는 저항 스폿 용접과 같은 용접에 대한 샌드위치 패널의 불안정성으로 인해서, 샌드위치 패널들이 서로 종종 접합되거나 기계적으로 결합된다.
그럼에도 불구하고, 샌드위치 패널의 용접을 가능하게 하기 위해서, 샌드위치 패널을 다른 금속 구성요소에 결합시키기 위한 방법이 독일 공개 명세서 연결 DE 10 2011 109 708 A1으로부터 공지되어 있고, 여기에서 연결 영역 내의 중간 층이 용융되고 연결 영역으로부터 변위되며, 그에 따라, 구성요소와 샌드위치 패널의 커버 층 사이에서 전기적 접촉을 만드는 것에 의해서, 용접된 연결부가 생성될 수 있다. 온도-제어 가능 전극 또는 프로세싱 요소에 의해서 결합 영역의 가열을 실시하는 것이 제시된다. 이를 위해서, 용접 전극 또는 프로세싱 요소는, 예를 들어, 제어 시스템에 의해서 별개로 작동되는 가열 요소들을 구비한다. 그에 따라, 용접 전극의 구축이 다소 복잡해지는데, 이는 용접 전극 본체 및 용접 전극 캡에 대한 수정이 필요하기 때문이다. 또한, 가장 짧은 가능한 사이클 시간이 달성될 수 있도록, 열가소성 플라스틱 층의 가열율을 추가적으로 높이는 것이 바람직할 수 있다.
또한, 미국 특허 명세서 US 4,650,951로부터, 용접 전극 주위에 배열된 가열 요소에 의해서 가열되고 그에 따라 실제 용접이 시작되기 전에 커버 층들 사이에 위치된 플라스틱 층을 가열 및 변위시키는 2개의 용접 전극을 이용하여, 2개의 복합 패널을 저항 용접하기 위한 방법이 공지되어 있다. 이는 비교적 거대한 장치를 초래한다.
이러한 종래 기술로부터 시작하여, 본 발명의 제시로 해결하고자 하는 문제는 저항 용접을 위한 용접 전극, 방법 및 장치를 제공하는 것 그리고 용도를 제공하는 것이며, 여기에서 피용접 샌드위치 패널의 효과적인 가열은, 이하에서 이용되는 용접 전극의 가급적 가장 적은 수정으로, 콤팩트한 레이아웃에서 달성될 수 있다.
언급된 문제는 이러한 종류의 용접 전극에 대한 본 발명의 제1 교시내용에 따라서 해결되며, 여기에서 용접 전극 내에 통합되거나 통합될 수 있으며 전기 전도성 방식으로 용접 전극 본체에 연결되거나 연결될 수 있는 전기 전도성 저항 요소 및 용접 전극 캡이 구성요소의 가열을 위해서 제공된다.
전기 전도성 저항 요소로 인해서, 전기 전도성 저항 요소를 통한 전기적 가열 전류(예열 전류)의 흐름에 의해서, 전기 에너지가 열로 변환된다. 한편으로, 전기적 저항 요소와 용접 전극 본체 및/또는 용접 전극 캡 사이의 전이 저항에 의해서 그리고 다른 한편으로 전기 저항 요소 자체의 전기 저항에 의해서, 열의 생성이 이루어진다. 이러한 것으로 인해서, 용접된 연결부를 생성하기 위해서 용접 전극 캡과 접촉되는 구성요소가 차례로 가열될 수 있다. 구성요소가 샌드위치 패널인 경우에, 예를 들어, 커버 패널이 함께 압착될 수 있도록, 샌드위치 패널의 열가소성 플라스틱 층이 그에 따라 단순한 방식으로 연화될 수 있다.
이어서, 샌드위치 패널이 다른 패널과 같은 다른 구성요소에 용접될 수 있어서, 유사하게 용접 전류 흐름(용접 전류)에 의해서 용접 전극이 이용될 수 있게 한다. 용접 전류 흐름이 제1 회로에 걸쳐서 발생될 수 있고, 가열 전류 흐름은 제2 회로에 걸쳐 발생될 수 있다. 용접 전극은 제1 및 제2 회로 모두의 일부일 수 있다.
용접 전극 내의 전기 저항 요소의 통합에 의해서 콤팩트한 용접 전극이 제공될 수 있는 것이 유리하다. 예를 들어, 저항 요소가 블록으로서 특히 용이하게 설계될 수 있다. 동시에 전기 저항 요소가 전기 전도성 방식으로 용접 전극 본체 및 용접 전극 캡에 연결되거나 연결될 수 있기 때문에, 별개의 작동이 요구되지 않고, 전기 저항 요소의 통합을 위해서 용접 전극을 단지 약간 수정할 것이 요구된다. 즉, 전류의 흐름은 용접 전극 본체 및 용접 전극 캡에 걸쳐 저항 요소를 통해서 달성될 수 있다. 이를 위해서, 용접 전극 본체 및 용접 전극 캡 모두가 전기 전도성 재료를 포함할 수 있거나 전기 전도성 재료로 제조될 수 있다. 저항 요소는 전기 전도성 방식으로 직접적으로 또는 간접적으로 용접 전극 본체 및/또는 용접 전극 캡에 연결되거나 연결될 수 있다. 특히 유리하게, 용접 전극 본체가 전기 전도성 방식으로 저항 요소에 걸쳐, 바람직하게 저항 요소만에 걸쳐, 용접 전극 캡에 연결되거나 연결될 수 있도록, 용접 전극이 설계된다. 이러한 방식으로, 가열을 위한 전체 전류가 저항 요소에 걸쳐 전도될 수 있다. 저항 요소의 우회가 방지된다.
용접 전극 캡을 용접 전극 본체에 연결하기 위해서, 용접 전극 캡은 예를 들어 탈착 가능한 방식으로 용접 전극 본체에 연결되거나 연결될 수 있다. 예를 들어, 용접 전극 캡이 용접 전극 본체 상에 장착될 수 있다. 이를 위해서, 용접 전극 본체가 예를 들어 제1 단부에서 용접 전극 캡에 맞춰 구성될 수 있다. 예를 들어 용접 전극 본체가, 용접 전극 캡의 부착을 위한 제1 단부 및 제2 단부를 가지는, 실질적으로 세장형인 연장부를 포함할 수 있다. 특히, 용접 전극 본체가 슬리브로서 설계될 수 있다.
만약 용접 전극의 일 실시예에 따라 저항 요소가 용접 전극과 피용접 구성요소의 의도된 접촉 영역 내에서 용접 전극 내에 통합되거나 통합될 수 있다면, 용접 전극으로부터 피접촉 구성요소까지 특히 효과적인 열 전달이 이루어질 수 있다. 예를 들어, 저항 요소가 용접 전극 캡의 영역 내에 제공될 수 있다.
용접 전극의 특히 바람직한 실시예에 따라서, 저항 요소가 용접 전극 본체 내에 통합되거나 통합될 수 있다. 바람직하게, 저항 요소는, 용접 전극 캡에 대한 연결을 위해서 제공되는 용접 전극 본체의 제1 단부의 영역 내에 배열되거나 배열될 수 있다. 예를 들어, 용접 전극 본체의 제1 단부에서 저항 요소를 위해서 안착부(seat)가 제공된다. 바람직하게, 단순하고 공간을 절감하는 통합을 위해서, 안착부가 용접 전극 본체 내의 저항 요소의 삽입을 위한 함몰부 형태로 제공될 수 있다. 예를 들어, 저항 요소가 탈착 가능한 방식 또는 탈착 불가능한 방식으로 용접 전극 본체 내에 통합될 수 있다.
이러한 실시예의 특별한 장점은, 용접 전극 본체에 대한 수정만이 요구되기 때문에, 표준 용접 전극 캡의 이용이 가능하다는 것이다. 그에 따라, 이전에 사용된 용접 전극 캡이 추가적인 수정이 없이 계속 사용될 수 있다. 결과적으로, 용접 전극과 피용접 구성요소의 접촉 영역 내에서, 저항 요소가 용접 전극 내에 특히 용이하게 통합될 수 있다.
용접 전극의 다른 특히 바람직한 실시예에 따라서, 저항 요소가 용접 전극 캡 내에 통합되거나 통합될 수 있다. 예를 들어, 단순하고 공간을 절감하는 통합을 위해서, 안착부가 용접 전극 캡 내의 저항 요소의 삽입을 위한 함몰부 형태로 제공될 수 있다. 예를 들어, 저항 요소가 탈착 가능한 방식 또는 탈착 불가능한 방식으로 용접 전극 캡 내에 통합될 수 있다.
결과적으로, 표준 용접 전극 본체의 이용이 달성되는데, 이는 용접 전극 캡에 대한 수정만이 요구되기 때문이다. 그에 따라, 이전에 사용된 용접 전극 본체가 추가적인 수정이 없이 계속 사용될 수 있다. 결과적으로, 용접 전극과 피용접 구성요소의 접촉 영역 내에서, 저항 요소가 용접 전극 내에 특히 용이하게 통합될 수 있다. 또한, 이러한 경우에, 저항 요소가 용접 전극 캡과 유리하게 교환될 수 있다.
전술한 2개의 실시예에서, 용접 전극 본체 내에 또는 용접 전극 캡 내에 저항 요소를 통합하는 것이, 전체 용접 전극이 아니라, 용접 전극 본체 또는 용접 전극 캡 중 어느 하나의 맞춤 구성만을 요구한다는 점에서 특히 유리하다.
용접 전극의 다른 실시예에 따라서, 용접 전극은 용접 전류를 전도하기 위한 적어도 하나의 제1 재료를 포함하고, 저항 요소의 전기적 비저항은 용접 전류를 전도하기 위한 용접 전극의 제1 재료의 전기적 비저항 보다 크다. 이러한 방식으로, 열의 생성이 저항 요소에서 집중될 수 있고, 그에 따라 의도된 열의 입력이 피접촉 구성요소에서 발생될 수 있다.
용접 전극의 다른 실시예에 따라서, 용접 전극 본체 및/또는 용접 전극 캡은, 적어도 부분적으로, 용접 전류를 전도하기 위한 제1 재료로 이루어지는 한편, 제1 재료는 바람직하게 금속, 특히 구리 또는 구리 합금이다. 이러한 방식으로, 용접 전극 본체 또는 용접 전극 캡의 구성이 단순하게 유지될 수 있고, 추가적으로, 양호한 전기 전도도가 달성될 수 있고, 그에 따라 불필요한 열이 발생되지 않게 한다.
용접 전극의 다른 실시예에 따라서, 용접 전극은, 용접 전극 본체를 적어도 부분적으로 둘러싸고 용접 전극 본체로부터 전기적으로 절연된, 전기 전도성 용접 전극 외피를 포함한다. 이러한 방식으로, 가열을 위한 전류 흐름을 위한 전류의 도입부 및 전류의 복귀부 모두가 용접 전극을 통해서 콤팩트한 방식으로 실현될 수 있다.
특히 유리하게, 전기 전도성 용접 전극 외피는 전류 복귀부의 부착을 위해서 설계된다. 예를 들어, 용접 전극 외피는 전도체를 위한 연결 영역을 포함한다.
용접 전극의 다른 실시예에 따라서, 전기 전도성 용접 전극 외피는 적어도 금속으로, 특히 구리 또는 황동과 같은 구리 합금으로 이루어진다. 이러한 방식으로, 용접 전극 외피의 양호한 전기 전도도가 달성된다. 이는 용접 전극 본체를 따른 원치 않는 열의 발생을 감소시키거나 방지할 수 있다.
용접 전극의 다른 실시예에 따라서, 용접 전극은, 전기 전도성 용접 전극 외피와 용접 전극 본체 사이에서, 용접 전극 본체를 적어도 부분적으로 둘러싸는 전기 절연부를 포함한다. 이는, 예를 들어, 전기 전도성 용접 전극 외피와 용접 전극 본체 사이에 배열된 외피로서 마찬가지로 제공될 수 있다. 전기 절연부로 인해서, 용접 전극 본체와 전기 전도성 용접 전극 외피 사이의 원치 않는 전류 흐름이 단순한 방식으로 달성될 수 있다. 그에 따라, 예열 전류 흐름이 용접 전극에 걸쳐 저항 요소로 전달될 수 있고 그리고 또한 저항 요소로부터 멀리 전달될 수 있다.
다른 실시예에 따라서, 용접 전극 본체가 저항 요소 및 용접 전극 캡에 걸쳐서 전기 전도성 방식으로 용접 전극 외피까지 연결되도록 또는 연결될 수 있도록, 용접 전극이 설계된다. 바람직하게, 용접 전극 본체는 저항 요소 및 용접 전극 캡 만을 가로질러 용접 전극 외피에 전기 전도성 방식으로 연결되거나 연결될 수 있다. 이러한 방식으로, 예열 전류가 저항 요소에 의해서 단순한 방식으로 전도될 수 있고 용접 전극 본체 및 용접 전극 외피에 의해서 저항 요소로 전달될 수 있고 그리고 그로부터 전달될 수 있다. 따라서, 결과적으로, 저항 요소에 걸쳐 예열 전류를 유도하기 위해서, 최소의 구성요소 및 수정이 요구된다.
용접 전극의 다른 실시예에 따라서, 저항 요소는 적어도 부분적으로 금속으로 구성되고, 저항 요소의 전기적 비저항은 바람직하게, 예를 들어, 구리의 전기적 비저항 보다 크다. 금속의 저항 요소에서, 이는 전기 전도성 방식으로 용접 전극 내로 용이하게 통합될 수 있다. 또한, 열의 효과적인 생성을 위해서, 예를 들어, 구리의 전기적 비저항 보다 큰 전기적 비저항, 바람직하게 상당히 더 큰 전기적 비저항이 유리하다는 것이 확인되었다. 특히 바람직하게, 전기 저항 요소는 텅스텐을 포함하거나 텅스텐으로 제조된다. 그러나, 기본적으로, 예를 들어 구리 보다 큰 전기적 비저항을 가지는 다른 금속이 또한 고려될 수 있다.
용접 전극의 다른 실시예에 따라서, 용접 전극 본체는 용접 전극의 냉각을 위한 냉각 채널을 포함한다. 이러한 방식으로, 저항 요소를 통한 전류 흐름에 의한 너무 집중적인 가열을 피할 수 있도록, 용접 전극 본체의 냉각 및 그에 따라 용접 전극의 냉각이 달성될 수 있다.
본 발명의 제2 교시 내용에 따라서, 전술한 문제는, 샌드위치 패널을 적어도 하나의 다른 금속 구성요소에 저항 용접하기 위한 이러한 종류의 방법에서 해결되며, 제1 용접 전극은 본 발명에 따른 용접 전극이고, 피용접 샌드위치 패널의 영역은 제2 회로 내의 전류 흐름에 의해서 가열되고, 제2 회로는 제1 용접 전극의 용접 전극 본체, 저항 요소 및 용접 전극 캡을 포함한다.
제1 용접 전극의 용접 전극 본체, 전기 저항 요소 및 용접 전극 캡을 포함하는 제2 회로 내에서 본 발명에 따른 용접 전극을 이용할 때, 콤팩트한 레이아웃으로 용이한 방식으로 용접 영역의 가열이 달성될 수 있다는 것을 발견하였다. 전기 저항으로 인해서, 용접 영역의 가열은, 예를 들어, 함께 용접하고자 하는 구성요소들에서 부가적인 전류 브릿지를 필요로 하지 않고, 전기 저항 요소에 의해서 이루어질 수 있다. 전술한 바와 같이, 한편으로, 전기적 저항 요소와 용접 전극 본체 및/또는 용접 전극 캡 사이의 전이 저항을 통해서 그리고 다른 한편으로 전기 저항 요소 자체의 전기 저항에 의해서, 열의 생성이 이루어진다.
제2 용접 전극은, 예를 들어, 용접 전극 본체 및 용접 전극 캡을 포함하는, 예를 들어 제1 용접 전극과 유사하게 구성될 수 있다. 그러나, 제1 용접 전극과 대조적으로, 제2 용접 전극은 바람직하게 열의 발생을 위한 전기 저항 요소를 포함하지 않는다.
만약 전기 저항 요소가 예를 들어 제1 용접 전극의 용접 전극 본체 내에 통합된다면, 제1 및 제2 용접 전극을 위해서 동일한 용접 전극 캡들이 유리하게 이용될 수 있다. 만약 전기 저항 요소가 예를 들어 제1 용접 전극의 용접 전극 캡 내에 통합된다면, 유리하게, 제1 및 제2 용접 전극을 위해서 동일한 용접 전극 본체들이 이용될 수 있다.
본 발명에 따른 방법의 일 실시예에 따라서, 제1 회로 내의 용접 전류 흐름이 제1 용접 전극의 용접 전극 본체, 저항 요소 및 용접 전극 캡, 샌드위치 패널, 다른 금속 구성요소, 및 다른 금속 구성요소와 접촉되는 제2 용접 전극에 걸쳐서 발생된다. 그에 따라, 전기 저항 요소가 용접 중에 반드시 다시 제거될 필요는 없다.
본 발명에 따른 방법의 다른 실시예에 따라서, 제2 회로 내의 가열 전류 흐름은 제1 용접 전극의 용접 전극 본체, 저항 요소, 용접 전극 캡 및 전기 전도성 용접 전극 외피 그리고 그에 부착된 이차적인 전도 전도체에 걸쳐서 발생된다. 그에 따라, 특히, 제2 회로는 샌드위치 패널 및/또는 다른 금속 구성요소를 포함하지 않는다.
본 발명의 제3 교시 내용에 따라서, 전술한 문제는, 샌드위치 패널을 저항 용접하기 위한 이러한 종류의 장치에서 해결되며, 제1 용접 전극은 본 발명에 따른 용접 전극이고, 제2 회로가 제공되고, 제2 회로는 제1 용접 전극의 용접 전극 본체, 저항 요소 및 용접 전극 캡을 포함하고, 그에 따라 피용접 샌드위치 패널의 영역이 제2 회로 내의 전류 흐름에 의해서 가열될 수 있다.
장치의 다른 유리한 실시예와 관련하여, 용접 전극 및 방법의 실시예 그리고 그 장점에 관한 설명을 참조한다.
본 발명의 방법의 바람직한 실시예에 따른 방법 단계에 관한 설명은, 또한 본 발명에 따른 장치의 바람직한 실시예에 의해서 방법 단계를 실시하는 상응하는 수단을 또한 개시할 것이다. 마찬가지로, 방법 단계를 실시하기 위한 수단의 개시는 방법의 상응하는 단계를 개시할 것이다.
본 발명의 제4 교시 내용에 따라서, 전술한 문제는, 금속 커버 층들 사이에 배열된 열가소성 플라스틱 층을 포함하는 샌드위치 패널을 적어도 하나의 다른 금속 구성요소에 저항 용접, 특히 저항 스폿 용접하기 위한 본 발명에 따른 용접 전극 또는 발명에 따른 장치의 이용에 의해서 해결된다.
또한, 본 발명은 도면과 관련하여 예시적인 실시예에 의해서 보다 자세히 설명될 것이다. 도면은 다음과 같다.
도 1a는 용접 전극 캡이 없이 도시한, 본 발명에 따른 용접 전극의 제1의 예시적인 실시예의 길이방향 단면의 개략적인 분해도이다.
도 1b는 용접 전극 캡을 포함하는 용접 전극의 제1의 예시적인 실시예의 길이방향 단면의 개략도이다.
도 2a는 용접 전극 캡이 없이 도시한, 본 발명에 따른 용접 전극의 제2의 예시적인 실시예의 길이방향 단면의 개략적인 분해도이다.
도 2b는 용접 전극 캡을 포함하는 용접 전극의 제2의 예시적인 실시예의 길이방향 단면의 개략도이다.
도 3은 본 발명에 따른 방법의 예시적인 실시예를 실시하기 위한 본 발명에 따른 장치의 예시적인 실시예의 개략도이다.
도 4a는 도 1의 용접 전극을 이용하여 용접하고자 하는 영역의 확대도이다.
도 4b는 도 2의 용접 전극을 이용하여 용접하고자 하는 영역의 확대도이다.
도 1a는 먼저, 용접 전극 캡이 없이, 본 발명에 따른 용접 전극의 제1의 예시적인 실시예의 길이방향 단면의 개략적인 분해도를 도시한다. 용접 전극(1)은 용접 전극 본체(2)를 포함한다. 용접 전극 본체는 제1 단부(4) 및 제2 단부(6)를 가지는, 실질적으로 세장형인, 슬리브로서 설계된다. 그 제1 단부(4)에서, 용접 전극 본체(2)는 전기 전도성 저항 요소(8)를 수용하기 위한 함몰부(7)를 포함한다. 저항 요소(8)가 용접 전극 본체(2) 내에 통합되고 전기 전도성 방식으로 용접 전극 본체(2)에 연결되도록, 저항 요소(8) 및 안착부(7)가 서로 맞춰져 구성된다.
이러한 경우에, 용접 전극 본체(2)는 용접 전류를 전도하기 위한 제1 재료, 구리 합금으로 제조된다. 저항 요소(8)는 텅스텐으로 제조되고, 그에 따라 용접 전극 본체(2)의 제1 재료 보다 더 큰 전기적 비저항을 갖는다. 그에 따라, 저항 요소(8)는 구리의 전기적 비저항 보다 더 큰 전기적 비저항을 갖는다.
용접 전극(1)은, 용접 전극 본체(2)를 적어도 부분적으로 둘러싸고 용접 전극 본체(2)로부터 전기적으로 절연되는, 전기 전도성 용접 전극 외피(10)를 더 포함한다. 전기 전도성 용접 전극 외피(10)는 금속, 이러한 경우에, 황동과 같은 구리 합금으로 이루어진다. 절연을 위해서, 용접 전극(1)은, 전기 전도성 용접 전극 외피(10)와 용접 전극 본체(2) 사이에서, 용접 전극 본체(2)를 적어도 부분적으로 둘러싸는 전기 절연부(12)를 포함한다. 용접 전극 외피(10)는 전류 복귀부의 부착을 위해서 용접 전극 본체(2)의 제2 단부(6)의 영역 내에서 연결 영역(14)을 더 포함한다.
용접 전극(1)의 냉각을 위해서, 용접 전극 본체(2)는 냉각 채널(16)을 포함하고, 냉각 채널은 용접 전극 본체(2)의 길이를 따라서 제2 단부(6)로부터 제1 단부(4)까지 실질적으로 연장된다.
도 1b는 도 1의 용접 전극의 제1의 예시적인 실시예의 길이방향 단면의 개략도를 도시하며, 용접 전극 캡(18)을 또한 도시한다. 용접 전극 본체와 같이, 용접 전극 캡(18)은 용접 전류를 전도하기 위한 제1 재료로, 이러한 경우에 구리 합금으로 마찬가지로 구성된다. 용접 전극 캡(18)은 피용접 구성요소와 접촉되도록 설계된다. 용접 전극 본체(2)가 저항 요소(8)에 맞춰 구성되고 저항 요소(8)가 용접 전극 본체(2) 내에 통합되기 때문에, 용접 전극 캡(18)을 위한 저항 요소(8)를 가지는 용접 전극 본체(2)는 표준 용접 전극 본체와 같이 작용한다. 이러한 방식으로, 용접 전극(1) 내의 저항 요소(8)의 통합에도 불구하고 수정될 필요가 없는 용접 전극 캡(18)을 이용할 수 있게 된다. 그 대신에, 용접 전극 캡(18)은 일반적으로 화살표 방향으로 용접 전극 본체(2) 상에 장착될 수 있다. 이를 위해서, 용접 전극 캡(18)은 함몰부(19)를 포함하며, 저항 요소(8)를 가지는 용접 전극 본체(2)의 제1 단부(4)에 의해서 용접 전극 본체(2)가 그러한 함몰부 내에 도입될 수 있다.
용접 전극 캡(18)이 용접 전극 본체(2) 내에 통합된 저항 요소(8)에 그리고 용접 전극 외피(10)에 전기 전도성 방식으로 연결될 수 있도록, 용접 전극 캡(18)이 설계된다.
도 2a는 용접 전극 캡이 없이, 본 발명에 따른 용접 전극(1')의 제2의 예시적인 실시예의 길이방향 단면의 개략적인 분해도를 도시한다. 여기에서, 용접 전극(1')은 용접 전극(1)과 유사하게 설계된다. 따라서, 용접 전극(1)에 관한 설명을 참조한다. 그러나, 용접 전극(1)과 대조적으로, 용접 전극(1')은 저항 요소를 포함하지 않는다.
도 2b에 도시된 바와 같이, 저항 요소(8)는 용접 전극 캡(18') 내에 통합된다. 도 2b는 용접 전극 캡(18')을 포함하는 용접 전극(1')의 제2의 예시적인 실시예의 길이방향 단면의 개략도를 도시한다. 제1 용접 전극 캡(18)과 마찬가지로, 저항 요소(8)를 제외하고 용접 전극 캡(18')이 구리 합금으로 이루어진다. 다시, 저항 요소(8)는, 더 큰 전기적 비저항을 가지는 재료인, 텅스텐으로 이루어진다. 용접 전극 캡(18')이 저항 요소(8)에 맞춰 구성되고 저항 요소(8)가 용접 전극 캡(18') 내에 통합되기 때문에, 용접 전극 본체(2')를 위한 저항 요소(8)를 가지는 용접 전극 캡(18')은 표준 용접 전극 캡과 같이 작용한다. 이러한 방식으로, 용접 전극(1') 내의 저항 요소의 통합에도 불구하고 수정될 필요가 없는 용접 전극 본체(2')을 이용할 수 있게 된다. 그 대신에, 용접 전극 캡(18')은 일반적으로 용접 전극 본체(2') 상에 장착될 수 있다.
용접 전극 캡(18)과 마찬가지로, 용접 전극 캡(18')이 용접 전극 본체(2) 및 용접 전극 외피(10)에 전기 전도성 방식으로 연결될 수 있도록, 용접 전극 캡(18')이 설계된다.
또한, 도 2b는 용접 전극 캡(18")의 다른 예시적인 실시예를 도시한다. 여기에서, 저항 요소(8)가 피용접 구성요소와 접촉될 수 있도록, 저항 요소(8)가 용접 전극 캡(18") 내에 통합된다.
도 3은 본 발명에 따른 방법의 예시적인 실시예를 실시하기 위한 본 발명에 따른 장치(20)의 예시적인 실시예의 개략도를 도시한다.
여기에서, 예를 들어, 도 1 및 도 2에 도시된 용접 전극(1, 1')이 이용될 수 있다. 장치(20)는 샌드위치 패널(22)을 적어도 하나의 다른 금속 구성요소(24)에 저항 용접하도록 설계된다. 샌드위치 패널(22)은 바람직하게 강으로 제조된 금속 커버 층들(22a, 22b) 사이에 배열된 열가소성 플라스틱 층(22c)을 포함한다. 마찬가지로, 다른 구성요소(24)는 강 패널과 같은 금속 패널로 형성된다. 장치(20)는 샌드위치 패널(22)의 측면 상에 배열된 제1 용접 전극(26a) 및 다른 금속 구성요소(24)의 측면 상에 배열된 제2 용접 전극(26b)을 포함한다. 제1 용접 전극(26a)으로서, 도 1 또는 도 2에 도시된 바와 같은 용접 전극(1, 또는 1') 중 하나와 같은, 본 발명에 따른 용접 전극의 예시적인 실시예가 이용된다. 제2 용접 전극(26b)을 위해서, 마찬가지로 도 1 또는 도 2에 도시된 바와 같은 용접 전극이 이용될 수 있으나, 제2 용접 전극은 어떠한 전기 전도성 저항 요소도 포함할 필요가 없다.
또한, 장치(20)는 제1 회로(32)를 제공하는 전류 공급원(28) 및 전기 전도체(30) 수단을 포함하고, 그러한 제1 회로는 적어도 제1 용접 전극(26a) 및 제2 용접 전극(26b)에 걸쳐 용접 전류(IS)를 유도한다. 제1 회로(32)는 전류 공급원(28), 전기 전도체(30), 제1 용접 전극(26a), 샌드위치 패널(22), 다른 구성요소(24), 및 제2 용접 전극(26b)을 포함한다. 또한, 제1 용접 전극(26a)을 가지는 장치(20)는 샌드위치 패널(22)의 플라스틱 층(22c)을 피용접 샌드위치 패널(22)의 영역으로부터 변위시키기 위한 수단을 포함한다.
또한, 예열 전류(IV)를 전도하기 위한 제2 회로(34)가 제공된다. 제2 회로(34)는 전류 공급원(28), 전기 전도체(30), 제1 용접 전극(26a), 전기 전도체(36), 및 제2 용접 전극(26b)을 포함한다. 제1 용접 전극(26a)과 관련하여, 제2 회로(34)는 제1 용접 전극(26a)의 용접 전극 본체, 저항 요소, 용접 전극 캡, 및 용접 전극 외피(또한, 도 4 참조)를 포함하고, 그에 따라 피용접 샌드위치 패널(22)의 영역이 제2 회로(34) 내의 전류 흐름에 의해서 가열될 수 있다. 대안적으로, 제2 회로(34)가 또한, 예를 들어, 제2 용접 전극(26b)을 이용하지 않고, 전기 전도체(36)에 의해서 제1 용접 전극(26a)으로부터 전류 공급원(28)으로 직접적으로 복귀되는 것을 생각할 수 있다.
장치(20)를 이용하여, 샌드위치 패널(22)을 다른 금속 구성요소(24)에 저항 용접하기 위한 방법을 실시할 수 있다. 방법에서, 열가소성 플라스틱 층(22c)이 연화되어 커버 층(22a, 22b)을 함께 압착하는 것에 의해서 용접 영역으로부터 변위되도록, 피용접 샌드위치 패널(22)의 영역이 가열된다. 이를 위해서, 용접 집게와 같은, 용접 전극에 힘을 인가하는 수단이 제공될 수 있다. 피용접 샌드위치 패널(22)의 영역은 제2 회로(34) 내의 예열 전류 흐름(IV)에 의해서 가열된다. 전술한 바와 같이, 제2 회로(34)는 제1 용접 전극(26a)의 용접 전극 본체, 저항 요소, 용접 전극 캡, 및 용접 전극 외피를 포함한다. 저항 요소의 전기적 비저항으로 인해서, 저항 요소를 통한 전류 흐름은 제1 용접 전극(26a)을 가열할 수 있고, 따라서 피용접 샌드위치 패널(22)의 영역을 가열할 수 있으며, 그에 따라 열가소성 플라스틱 층(22c)이 연화되고 변위될 수 있다.
이제, 구성요소(22, 24)에 걸쳐 용접 전극들(26a, 26b) 사이에 전기 전도성 연결이 존재하기 때문에, 제1 용접 전극(26a) 및 제2 용접 전극(26b)에 걸친 제1 회로(32) 내의 전기 용접 전류 흐름(IS)에 의해서, 커버 층(22a, 22b)이 그 후에 다른 구성요소(24)와 함께 서로 용접될 수 있다.
도 4a는 도 1의 용접 전극(1)을 이용하여 용접하고자 하는 영역의 확대도를 도시한다. 예열 전류(IV)는 전기 전도체(36) 및 용접 전극 외피(10)의 연결 영역(14)에 걸쳐 제2 회로(34) 내에서 흐른다. 용접 전극 캡(18)과 용접 전극 외피(10)의 접촉으로 인해서, 추가적으로, 예열 전류(IV)가 용접 전극 캡(18), 용접 전극 본체 내에 통합된 저항 요소(8), 및 용접 전극 본체(2)에 걸쳐 흐른다. 저항 요소(8)의 증가된 전기 저항 및 저항 요소(8)와 용접 전극 캡(18) 또는 용접 전극 본체(2) 사이의 전이 저항은 플라스틱 층(22c)을 국소적으로 가열하기 위해 필요한 열을 생성한다.
도 4b는 도 2의 용접 전극(1')을 이용하여 용접하고자 하는 영역의 확대도를 도시한다. 여기에서 또한, 용접 전극 캡(18') 내에 통합된 저항 요소(8)가 한편으로 용접 전극 캡(18'), 용접 전극 외피(10), 연결 영역(14) 및 전기 전도체(36)에 걸쳐 그리고 다른 한편으로 용접 전극 본체(2') 및 전기 전도체(30)에 걸쳐 전류 공급원(28)에 연결된다. 이러한 경우에 또한, 저항 요소(8)의 증가된 전기 저항 및 저항 요소(8)와 용접 전극 캡(18') 또는 용접 전극 본체(2') 사이의 전이 저항은 플라스틱 층(22c)을 국소적으로 가열하기 위해 필요한 열을 생성한다.

Claims (16)

  1. - 용접 전극 본체(2, 2'), 및
    - 용접 연결부를 생성하기 위해서 용접 전극(1, 1', 26a)과 구성요소(22) 사이의 접촉을 형성하기 위해서 용접 전극 본체(2, 2')에 연결되거나 연결될 수 있는 용접 전극 캡(18, 18', 18'')을
    포함하는, 용접 전극에 있어서,
    용접 전극(1, 1', 26a) 내에 통합되거나 통합될 수 있고 용접 전극 본체(2, 2') 및 용접 전극 캡(18, 18', 18")에 전기 전도성 방식으로 연결되거나 연결될 수 있는 전기 전도성 저항 요소(8)가 구성요소(22)의 가열을 위해서 제공되고,
    용접 전극(1, 1', 26a)은, 용접 전극 본체(2, 2')를 적어도 부분적으로 둘러싸고 용접 전극 본체(2, 2')로부터 전기적으로 절연되는, 전기 전도성 용접 전극 외피(10)를 포함하는 것을 특징으로 하는, 용접 전극.
  2. 제1항에 있어서,
    용접 전극(1, 1', 26a)과 피용접 구성요소(22)의 의도된 접촉 영역 내에서, 저항 요소(8)가 용접 전극(1, 1', 26a) 내에 통합되거나 통합될 수 있는 것을 특징으로 하는, 용접 전극.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    저항 요소(8)가 용접 전극 본체(2, 2') 내에 통합되거나 통합될 수 있는 것을 특징으로 하는, 용접 전극.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    저항 요소(8)가 용접 전극 캡(18, 18', 18") 내에 통합되거나 통합될 수 있는 것을 특징으로 하는, 용접 전극.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    용접 전극(1, 1', 26a)은 용접 전류(IS)를 전도하기 위한 적어도 하나의 제1 재료를 포함하고, 저항 요소(8)의 전기적 비저항은 용접 전류(IS)를 전도하기 위한 용접 전극(1, 1', 26a)의 제1 재료의 전기적 비저항 보다 큰 것을 특징으로 하는, 용접 전극.
  6. 제5항에 있어서,
    용접 전극 본체(2, 2') 및/또는 용접 전극 캡(18, 18', 18")은, 적어도 부분적으로, 용접 전류(IS)를 전도하기 위한 제1 재료로 이루어지는 한편, 제1 재료가 금속인 것을 특징으로 하는, 용접 전극.
  7. 삭제
  8. 제1항에 있어서,
    전기 전도성 용접 전극 외피(10)는 적어도 부분적으로 금속으로 이루어지는 것을 특징으로 하는, 용접 전극.
  9. 제8항에 있어서,
    용접 전극은, 전기 전도성 용접 전극 외피(10)와 용접 전극 본체(2, 2') 사이에서, 용접 전극 본체(2, 2')를 적어도 부분적으로 둘러싸는 전기 절연부(12)를 포함하는 것을 특징으로 하는, 용접 전극.
  10. 제1항에 있어서,
    용접 전극 본체(2, 2')가 저항 요소(8) 및 용접 전극 캡(18, 18', 18")에 걸쳐 전기 전도성 방식으로 용접 전극 외피(10)에 연결되도록 또는 연결될 수 있도록, 용접 전극(1, 1', 26a)이 설계되는 것을 특징으로 하는, 용접 전극.
  11. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    저항 요소(8)가 적어도 부분적으로 금속으로 구성되고, 저항 요소(8)의 전기적 비저항이 구리의 전기적 비저항 보다 큰 것을 특징으로 하는, 용접 전극.
  12. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    용접 전극 본체(2, 2')가 용접 전극(1, 1', 26a)의 냉각을 위한 냉각 채널(16)을 포함하는 것을 특징으로 하는, 용접 전극.
  13. 샌드위치 패널을 적어도 하나의 다른 금속 구성요소에 저항 용접하기 위한 방법으로서, 샌드위치 패널은 2개의 금속 커버 층 및 금속 커버 층들 사이에 배열된 열가소성 플라스틱 층을 포함하며, 피용접 샌드위치 패널의 영역이 가열되고, 그에 따라 열가소성 플라스틱 층이 연화되어 커버 층들을 함께 압착하는 것에 의해서 용접 영역으로부터 변위되며, 샌드위치 패널의 측면 상에 배열된 제1 용접 전극 및 다른 금속 구성요소의 측면 상에 배열된 제2 용접 전극을 통한 제1 회로 내의 전류의 흐름에 의해서 커버 층이 다른 구성요소와 함께 용접되는, 방법에 있어서,
    제1 용접 전극은 제1항 또는 제2항에서 청구된 바와 같은 용접 전극이고, 피용접 샌드위치 패널의 영역은 제2 회로 내의 전류 흐름에 의해서 가열되고, 제2 회로는 제1 용접 전극의 용접 전극 본체, 저항 요소, 및 용접 전극 캡을 포함하는 것을 특징으로 하는, 방법.
  14. 금속 커버 층들(22a, 22b) 사이에 배열된 열가소성 플라스틱 층(22c)을 포함하는 샌드위치 패널(22)을 적어도 하나의 다른 금속 구성요소(24)에 저항 용접하기 위한 장치로서,
    - 샌드위치 패널(22)의 측면 상에 배치될 수 있는 제1 용접 전극(1, 1', 26a) 및 다른 금속 구성요소(24)의 측면 상에 배치될 수 있는 제2 용접 전극(26b)과,
    - 적어도 제1 및 제2 용접 전극(1, 1', 26a, 26b)에 걸쳐 용접 전류(IS)를 유도하는 제1 회로(32)를 제공하는 수단(28, 30)과,
    - 샌드위치 패널(22)의 플라스틱 층(22c)을 피용접 샌드위치 패널(22)의 영역으로부터 변위시키기 위한 수단(1, 1', 26a)을 갖는, 샌드위치 패널의 저항 용접 장치에 있어서,
    제1 용접 전극(1, 1', 26a)은 제1항 또는 제2항에서 청구된 바와 같은 용접 전극이고, 제2 회로(34)가 제공되며, 제2 회로(34)는 제1 용접 전극(1, 1', 26a)의 용접 전극 본체(2, 2'), 저항 요소(8), 및 용접 전극 캡(18, 18', 18")을 포함하고, 그에 따라 피용접 샌드위치 패널(22)의 영역이 제2 회로(34) 내의 전류 흐름에 의해서 가열될 수 있는 것을 특징으로 하는, 샌드위치 패널의 저항 용접 장치.
  15. 금속 커버 층들 사이에 배열된 열가소성 플라스틱 층을 포함하는 샌드위치 패널을 적어도 하나의 다른 금속 구성요소에 저항 용접하기 위한, 제1항 또는 제2항에 따른 용접 전극의 사용 방법.
  16. 금속 커버 층들 사이에 배열된 열가소성 플라스틱 층을 포함하는 샌드위치 패널을 적어도 하나의 다른 금속 구성요소에 저항 용접하기 위한, 제14항에 따른 샌드위치 패널의 저항 용접 장치의 사용 방법.
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