WO2010066414A1 - Widerstands-schweissverfahren und -vorrichtung - Google Patents

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WO2010066414A1
WO2010066414A1 PCT/EP2009/008799 EP2009008799W WO2010066414A1 WO 2010066414 A1 WO2010066414 A1 WO 2010066414A1 EP 2009008799 W EP2009008799 W EP 2009008799W WO 2010066414 A1 WO2010066414 A1 WO 2010066414A1
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WO
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welding
welding current
electrode
current
workpieces
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PCT/EP2009/008799
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English (en)
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Erdogan Karakas
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Erdogan Karakas
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K11/00—Resistance welding; Severing by resistance heating
    • B23K11/10—Spot welding; Stitch welding
    • B23K11/11—Spot welding
    • B23K11/115—Spot welding by means of two electrodes placed opposite one another on both sides of the welded parts
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K11/00—Resistance welding; Severing by resistance heating
    • B23K11/24—Electric supply or control circuits therefor
    • B23K11/25—Monitoring devices
    • B23K11/252—Monitoring devices using digital means
    • B23K11/257—Monitoring devices using digital means the measured parameter being an electrical current

Definitions

  • the invention relates to a resistance welding method referred to in the preamble of claim 1 and a resistance welding device referred to in the preamble of claim 18 for welding at least two workpieces together.
  • climate change and rising energy prices, especially in the automotive industry are creating a need to save fuel by reducing the weight of automobiles.
  • One possibility for weight reduction is the use of thinner high-alloy austenitic steels with high strength and / or aluminum.
  • the welding properties of these materials in a resistance welding process deviate significantly from those of conventionally used workpieces, so that the quality of the welded joints deteriorates, especially in mixed joints, for example, joining a normal strength or a high strength steel sheet.
  • the different physical properties and chemical compositions of these sheets have a decisive influence on their weldability and thus on the quality of each weld obtained.
  • the high strength sheet melts rather than the normal strength because the electrical resistance of a high strength steel is higher than that of a normal strength steel.
  • DE 199 15 121 A1 and DE 199 23 172 A1 disclose a resistance welding method for welding together at least two workpieces, in which a welding current is introduced into the workpieces via a first electrode and a second electrode.
  • the methods known from these documents are particularly suitable for welding aluminum sheets as well as arrangements consisting of two or three sheets.
  • the position of the weld nugget is controllable relative to an interface between the workpieces to be welded, so that, in particular, a nugget that is symmetrical to the boundary surface can be formed during the welding process.
  • a voltage applied to the electrodes welding voltage is reversed. In this way, in particular, the formation of an asymmetrical to an interface between the workpieces to be welded
  • Welding lens can be avoided, the quality of the welded joint is increased.
  • the service life or stagnation of the electrodes or electrocapsules is ciuCut. Resistance welding methods are further described by DE 20 2007 000 009 U1, WO 2004/004961 A1, US 5 552 573 A, DE 197 54 546 C1, JP 10 029 071 A, JP 08 118 037 A and JP 05 192 274 A, US 3 462 577 and DE 39 23 433 Al.
  • DE-PS 46 70 57 a resistance welding method of the type in question for welding at least two workpieces is known to each other, in which a welding current is introduced into the workpieces via a first electrode and a second electrode and in which at least one of the workpieces is contacted via at least one third electrode that two of the electrodes in a first welding circuit for introducing a first partial welding current are in the workpieces and that the remaining electrode or at least one of the remaining electrodes in a second welding circuit for introducing a second partial
  • the invention has for its object to provide a resistance welding method or a resistance welding device referred to in the preamble of claim 1 or 18, with the type or with which can achieve a high quality of the welded joint.
  • the invention is based on the idea that the welding process can then be particularly well influenced, for example with regard to the formation of a weld nugget, if the welding current can be influenced separately from each other at the electrodes.
  • the inventive method provides that at least one of the workpieces is contacted in such a way via at least one third electrode that two of the electrodes in a first welding circuit for
  • the welding current is thus introduced into the workpieces via at least two welding circuits.
  • one of the electrodes may be in the first welding circuit and the other electrode may be in the second welding circuit, so that the part welding current flowing to the electrodes of the tongs may be separated from each other.
  • the welding process can be influenced particularly precisely, in particular with regard to the supply of welding energy to the electrodes, for example a welding tongs.
  • the first part of the welding current and the second part of the welding current are measured separately and that at least one parameter of the welding process is influenced as a function of at least one of the measured welding currents.
  • at least one parameter of the welding process is influenced as a function of at least one of the measured welding currents.
  • particularly high-quality welded joints can be produced by means of the method according to the invention.
  • the partial welding currents it is also possible to measure according to the invention dependent thereon, in particular electrical variables, for example electrical voltages, resistances or powers.
  • the influencing of at least one parameter of the welding process may consist in an adjustment and / or a control and / or a regulation and be carried out before or after the welding process or during the welding process.
  • At least one third electrode is present to form at least two welding circuits.
  • a development of the invention provides that the first and the second electrode to each other and the third electrode to the first and second
  • Electrode is oppositely poled, such that the first part-welding current flows through the first electrode and the third electrode and the second part-welding current via the second and the third electrode.
  • first and the second electrode are, for example, electrodes of a welding tongs, they can be poled negatively according to the invention, while the third electrode is positively poled. A stronger warming of the positively poled electrode occurring due to the Peltier effect thus occurs at the third electrode and thus not at the electrodes of the welding tongs. In this way, the service life or stagnation of the relatively expensive electrodes of the welding gun is increased.
  • the electrode can be reduced in that it is designed as a flat electrode, since it serves exclusively for introducing the welding current and not for pressing the workpieces to be welded together, as is the case with the electrodes of a welding tongs.
  • An extraordinarily advantageous development of the invention provides that the first partial welding current and the second partial welding current are set and / or controlled separately from one another with regard to at least one parameter in each case.
  • Another advantageous development of the invention provides that the adjustment and / or control and / or regulation is carried out during the welding process.
  • the welding process can thus be influenced online.
  • the parameter is the amplitude and / or the time average and / or the effective value of at least one welding current and / or that the characteristic quantity is the amplitude and / or the time average and / or the rms value of at least one welding voltage and / or that the characteristic is the amplitude and / or the time average and / or the effective value of a welding power and / or that the characteristic is a time period and / or a temporal Course of a welding current or a welding voltage and / or a Force with which one of the electrodes is pressed onto the associated workpiece is.
  • the first part of the welding current and the second partial welding current can be generated by the same current source or by different current sources according to the respective requirements, as provided by other developments of the method according to the invention.
  • the welding current may be a direct current or an alternating current, as provided by other developments of the invention.
  • the polarity of the electrodes is changed during the welding process.
  • it can be changed in this embodiment, which are the same polarity of the electrodes.
  • the polarity during the welding process can be changed so that one of the electrodes of the welding gun is the same polarity as the other electrode of the welding gun is poled.
  • the position and / or size of a welding lens which forms at an interface between two workpieces during the welding process is influenced by adjusting or controlling at least one parameter of the welding process, as another to provide advantageous development of the invention.
  • the position and size of the weld nugget can be influenced so as to form a nipples symmetrical to the interface between the workpieces to be welded. If more than two workpieces are welded together by means of the method according to the invention, then according to the invention the partial welding currents can be chosen such that a weld nugget symmetrical to the boundary surface forms at each interface between two workpieces to be welded.
  • the parameters of the welding process at least one welding current and / or at least a welding voltage and / or a temperature of at least one electrode and / or at least one force with which an electrode is pressed onto the associated workpiece, and / or an electrical resistance and / or one of one of these parameters.
  • the welding current may be at least one of the partial welding currents or the total welding current flowing through the workpieces to be welded.
  • the welding process is understood to mean the respective resistance welding process with its parameters and boundary conditions.
  • the method according to the invention is suitable for welding workpieces which are identical in terms of material and workpiece thickness.
  • the method according to the invention is particularly well suited if at least two of the workpieces differ with regard to material and / or workpiece thickness, as provided by another advantageous development. Since, by means of the method according to the invention, the partial welding currents flowing at the electrodes can be influenced separately from one another, can workpieces are welded together by means of the method according to the invention, which differ greatly from each other in terms of their material and their workpiece thickness. This is especially true for welded joints of more than two workpieces. Since it may be important for certain welding tasks, which of the electrodes is electrically connected to ground, another embodiment of the invention provides that the ground connection of the electrodes can be switched.
  • the electrodes can be configured in any suitable manner when carrying out the method according to the invention.
  • An advantageous development of the method according to the invention is when two of the electrodes are formed by the electrodes of a welding tongs.
  • each of the workpieces is contacted by means of an electrode, that is, for example, three workpieces are each contacted by one of three electrodes.
  • the number of electrodes corresponds to the number of workpieces or is greater than the number of workpieces, wherein at least one of the workpieces is contacted by at least two electrodes. Combinations of the two aforementioned constellations are possible.
  • FIG. 1 shows a schematic illustration of a first exemplary embodiment of a resistance welding device according to the invention, which is also referred to below as a device
  • FIG. 2 shows in the same representation as FIG. 1 a second embodiment of a device according to the invention together with an electrical equivalent circuit diagram
  • Fig. 3 shows the embodiment of FIG.
  • FIG. 4 shows in the same representation as FIG. 2 a third exemplary embodiment of a device according to the invention
  • FIG. 5 shows an electrical equivalent circuit diagram according to FIG. 1, Fig. 6A in the same representation as Fig. 1, a fourth ⁇ uaJlühxur-ysbeisp; ' ⁇ ' - ' * a device according to the invention
  • FIG. 6B in the same representation as FIG. 6A shows a modification of the exemplary embodiment according to FIG. 6A, FIG.
  • FIG. 7 shows, in the same representation as FIG. 1, a fifth exemplary embodiment of a device according to the invention in which tyrist holes are used,
  • FIG. 11 in the same representation as Fig. 7, the embodiment of FIG.
  • FIG. 16 in the same representation as Fig. 1, a sixth embodiment of a device according to the invention.
  • Fig. 1 is a first embodiment of a Inventive device 2 for performing an embodiment of a method according to the invention shown, which serves to weld workpieces together.
  • three workpieces 4, 6, 8 are welded, which in this embodiment are sheets which consist of different materials and have different workpiece thicknesses.
  • the device 2 according to the invention comprises means 10 for generating a
  • Welding current which have a current source 12 in this embodiment.
  • a first electrode 14 and a second electrode 16 are provided, which are formed in this embodiment by electrodes of a welding tongs.
  • the workpieces 4, 6, 8 are pressed together by means of the electrodes 14, 16 and welded together when the welding current flows.
  • the first electrode 14 contacts the workpiece 4, while the second electrode 16 contacts the workpiece 8.
  • the device 2 has a third electrode 18.
  • the current source 12 in this embodiment has two negative poles 20, 22 connected to the first electrode 14 and the second electrode 16, respectively, and a positive pole 24 connected to the third electrode 18 is.
  • a first part of the welding current flows via the first electrode 14, the first workpiece 4, the second workpiece 6 and the third electrode 18 during a welding operation, while a second part of the welding current i2 passes through the second electrode 16, the third workpiece 8, that second workpiece 6 and the third electrode 18 flows.
  • the electrodes 14, 18 are in a first welding circuit while the second electrode 16 is in a second welding circuit together with the third electrode 18.
  • the first part of the welding current and the second part of the welding current are measured separately, wherein a measuring device for measuring the first part of welding current in Fig. 1 schematically at reference numeral 21 and a measuring device for measuring the second partial welding current in Fig. 1st at the reference numeral 23 is indicated.
  • at least one parameter of the welding process is influenced as a function of at least one of the measured partial flows.
  • the first part welding current and the second partial welding current are controlled separately.
  • Corresponding control or regulating means are schematically indicated in FIG. 1 and designated by the reference numeral 25.
  • the first part welding current il
  • the second part -Welding current i2 flows.
  • the first part-welding current and the second part-welding current are measured by the measuring devices 21 and 23 separately from each other and the measured values via not shown signal lines the Steuerungslust , Control means 25 supplied. If required according to the respective requirements, too Further parameters of the welding process the Steuerungsl.
  • the partial welding currents il and i2 are independent of each other by the control or regulating means 25 adjustable or controllable or adjustable.
  • the partial welding currents il and i2 can be chosen such that, despite the different materials, during the welding process
  • Sheet thicknesses of the workpieces 4, 6, 8 both between the workpieces 4, 6 and between the workpieces 6, 8 forms a weld joint of high quality.
  • FIG. 2 shows a second exemplary embodiment of a device 2 according to the invention, which differs from the exemplary embodiment according to FIG. 1 in that, instead of the common current source 12, two separate current sources 12 ', 12 "are provided, of which the current source 12 'for generating the partial welding current il and the current source 12' 'for generating the partial welding current i2 is used.
  • the first workpiece 4 and the second workpiece 6 are normal-strength steel sheet, while the third workpiece 8 is high-strength steel sheet.
  • the specific electrical resistance of the third workpiece 8 is greater than the electrical resistance of the workpieces 4, 6.
  • FIG. 2 shows on the right the electrical equivalent circuit diagram of the device 2,
  • Rul the contact resistance between the first electrode 14 and the first workpiece 4
  • RwI the resistance of the first workpiece 4
  • Ru2 the contact resistance between the workpieces 4
  • ⁇ w2 the resistance of Werkalüukö 6,
  • RÜ3 represents the contact resistance between the workpieces 6, 8
  • R A R 01 + R -1 + R ü2 + 1/2 * R w2
  • R B R ü3 + R w3 + R ü4 + 1/2 * R w2
  • the power P A dissipated between the workpieces 4, 6 and the power P B dissipated between the workpieces 6, 8 results as follows:
  • the partial welding currents il and i2 can be adjusted or controlled or regulated so that both during the welding process forms at the interface between the workpieces 4 and 6 as well as at the interface between the workpieces 6 and 8 a nugget, which leads to a secure welding of the workpieces 4, 6, 8 together.
  • the first electrode 14 is negatively polarized by connection to a corresponding pole 20 'of the voltage source 12', while the third electrode 18 is connected by connection to the corresponding poles 24 'and 24''of the current sources 12 ', 12''posiciv and the second ⁇ lek 16 is negatively polarized by connection to a corresponding pole 22 'of the current source 12''.
  • FIG. 3 the embodiment of FIG. 2 with changed polarity of the poles 20 ', 22', 24 ', 24' 'is shown.
  • the first electrode 14 is positive and the second electrode 16 is negatively polarized.
  • Which polarity the third electrode 18 has depends on the potentials at the poles 24 ', 24' 'of the current sources 12', 12 '', so that the partial welding currents il and i2 can be controlled by appropriate adjustment of these polarities ,
  • a third embodiment of a device 2 according to the invention is shown, which differs from the embodiment of FIG. 3 in that the current sources 12 ', 12' 'are connected to the electrodes 14, 16, 18, that the first Electrode 14 and the third electrode 18 are positively poled, while the second electrode 16 is negatively polarized.
  • the currents il and i2 can be adjusted or controlled separately from one another, it is possible for the currents at the interface between the workpieces 4, 6 to be on the one hand and to independently adjust the energy dissipated at the interface between the workpieces 6, 8, on the other hand. This makes it possible to selectively control the formation of the weld nugget at the respective interface and by avoiding excessive thermal stress on the electrical exhaust To increase service life or level of the electrodes 14, 16.
  • the partial welding current il can be selected according to the equivalent circuit diagram in FIG. 5 by the potential difference UOl between the poles 20 ', 24' of the current source 12 'and by an adjustable resistor 26, during the time course of the partial welding current il can be influenced by a switch 28.
  • the partial welding current il can be selected by the potential difference U02 between the poles 22 ', 24 "of the current source 12" and by an adjustable resistor 30, while its temporal progression can be influenced by means of a switch 32 ,
  • a fourth embodiment of a device 2 according to the invention is shown, in which the power source 12 is formed as an AC power source and consists of a MF inverter and a transformer 34 with center tap and two rectifier diodes 36, 38.
  • the electrodes 14, 16 are negatively poled, while the electrode 18 is positively poled.
  • FIG. 6B shows a modification of the fourth exemplary embodiment according to FIG. 6A, which differs from the exemplary embodiment according to FIG. 6A in that, instead of a single transformer, two transformers 34 ', 34 "are provided with respective rectifier diodes 36'. In this way, both half-waves of the current flowing on the primary side of the respective transformer 34 'or 34 "current on the secondary side of the respective transformer 34' and 34" in a In addition, in this embodiment, one of the transformers 34 'and 34 "is prevented from saturating.
  • FIG. 7 shows a fifth exemplary embodiment of a device 2 according to the invention, in which the current source 12 is connected to the electrodes 14, 16, 18 via four thyristors 40, 42, 44, 46.
  • a current source 12 provided with two negative poles 20, 22 and one positive pole 24 is used. det, as already shown in Fig. 1.
  • the thyristor 40 is connected in a connection line between the negative pole 20 and the first electrode 14, while the thyristor 46 is connected in a connecting line between the negative pole 22 and the second electrode 16.
  • the thyristors 40, 42 are connected in parallel to each other in opposite directions to the electrodes 14, 16.
  • Fig. 8 shows the device 2 of FIG. 7 in an operating condition in which the thyristors 40, 42 lock while the thyristors 44, 46 conduct, so that both in the extending across the electrodes 14 and 18 welding circuit and in the over the electrodes 16 and 18 extending welding circuit a partial welding current flows.
  • FIG. 9 shows the device 2 according to FIG. 7 in an operating state in which the thyristors 40 and 44 conduct, while the thyristors 42 and 46 block.
  • a welding current flows exclusively in the welding circuit running across the electrodes 14, 18, while the welding circuit running across the electrodes 16, 18 is interrupted.
  • FIG. 10 shows the device 2 according to FIG. 7 in an operating state in which the thyristors 40, 46 conduct while the thyristors 42, 44 are blocking, in this operating state a welding current flows exclusively in the welding circuit extending across the electrodes 16, 18 while the welding circuit running across the electrodes 14, 18 is interrupted.
  • Fig. 11 shows the embodiment of FIG. 7 in connection with additional measuring means for measuring at least one parameter of the welding process during the welding process.
  • the measuring means 48 may have a characteristic of the sectional Welding currents il and i2, the welding voltages Ul and U2, a force with which the electrodes 14, 16 are placed on the workpieces 4, 8, or measure other parameters of the welding process.
  • the measuring means 48 are in data transmission connection with control and / or regulating means 50, by the current sources 12 ', 12''can be controlled or regulated, for example, to influence the welding currents il and i2 according to the respective requirements.
  • control and / or regulating means 50 By the control and / or regulating means 50, the thyristors 40, 42, 44 and 46 are further controlled.
  • FIG. 15 shows by way of example time profiles of the currents il and i2, wherein it can be seen that the time profile of the current il of the time profile of the current i2 is independent.
  • Fig. 16 shows a sixth embodiment of a device according to the invention, which differs from the
  • Embodiment of FIG. 2 differs in that it is used to weld only two workpieces 4, 8 together. Accordingly, the third electrode 18 is formed so as to be suitable for simultaneously contacting the workpieces 4 and 8.

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Abstract

Bei einem Widerstands -Schweißverfahren zum Verschweißen von wenigstens zwei Werkstücken (4, 6, 8) miteinander, bei dem über eine erste Elektrode (14) und eine zweite Elektrode (16) ein Schweißstrom in die Werkstücke eingeleitet wird, wird wenigstens eines der Werkstücke derart über wenigstens eine dritte Elektrode (18) kontaktiert, daß zwei der Elektroden in einem ersten Schweißstromkreis zum Einleiten eines ersten Teil -Schweißstromes in die Werkstücke liegt und daß die übrige Elektrode oder wenigstens eine der übrigen Elektroden in einem zweiten Schweißstromkreis zum Einleiten eines zweiten Teil- Schweißstromes in die Werkstücke liegt. Erfindungsgemäß werden der erste Teil -Schweißstrom und der zweite Teil-Schweißstrom getrennt voneinander gemessen (21, 23), wobei wenigstens eine Kenngröße des Schweißprozesses in Abhängigkeit von wenigstens einem der gemessenen Teil-Schweißströme beeinflußt wird.

Description

Widerstands -Schweißverfahren und -Vorrichtung
Die Erfindung betrifft ein Widerstands-Schweiß- verfahren der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art und eine Widerstands -Schweißvorrichtung der im Oberbegriff des Anspruchs 18 genannten Art zum Ver- schweißen von wenigstens zwei Werkstücken miteinander. Der Klimawandel und die steigenden Energiepreise führen insbesondere in der Automobilindustrie zu der Anforderung, durch Gewichtsreduzierung der Kraftfahrzeuge Brennstoff zu sparen. Eine Möglichkeit zur Ge- wichtsreduzierung ist hierbei der Einsatz dünnerer hochlegierter austenitischer Stähle mit hoher Festigkeit und/oder von Aluminium. Die Schweißeigenschaften dieser Werkstoffe in einem Widerstandsschweißverfahren weichen jedoch von denen herkömmlich verwendeter Werk- stücke erheblich ab, so daß die Qualität der Schweißverbindungen sich verschlechtert, insbesondere bei Mischverbindungen, beispielsweise bei einer Verbindung eines normalfesten oder eines hochfesten Stahlbleches. Die unterschiedlichen physikalischen Eigenschaften und chemischen Zusammensetzungen dieser Bleche haben entscheidenden Einfluß auf ihre Schweißeignung und dadurch auf die Qualität der jeweils erzielten Schweißverbindung. Beispielsweise schmilzt bei einer Mischverbindung das hochfeste Blech eher als das normalfeste, da der elektrische Widerstand eines hochfesten Stahles höher ist als der eines normalfesten Stahles. Um eine Schweißverbindung hoher Qualität zu erzielen, ist es wünschenswert, daß sich während des Schweißvorganges an einer Grenzfläche zwischen zwei zu verschweißenden Werkstücken eine Schweißlinse bildet, die symmetrisch zu der Grenzfläche ist. Hierfür ist es wünschenswert, daß beide Bleche gleichzeitig schmelzen.
Die vorgeschilderten Probleme treten insbesondere bei Mehrblech- Schweißverbindungen auf, bei denen mehr als zwei Bleche miteinander verschweißt werden, die aus unterschiedlichen Materialien bestehen und/oder unterschiedliche Werkstückdicken und/oder unterschiedliche Oberflächenveredelung aufweisen.
Durch DE 199 15 121 Al und DE 199 23 172 Al ist ein Widerstandsschweißverfahren zum Verschweißen von wenigstens zwei Werkstücken miteinander bekannt, bei dem über eine erste Elektrode und eine zweite Elektrode ein Schweißstrom in die Werkstücke eingeleitet wird. Die aus diesen Druckschriften bekannten Verfahren sind insbesondere zum Verschweißen von Aluminiumblechen so- wie von aus zwei oder drei Blechen bestehenden Anordnungen geeignet. Bei der DE 199 15 121 Al ist die Lage der Schweißlinse relativ zu einer Grenzfläche zwischen den zu verschweißenden Werkstücken steuerbar, so daß während des Schweißvorganges insbesondere eine zu der Grenzfläche symmetrische Schweißlinse gebildet werden kann. Bei dem in der Druckschrift beschriebenen Verfahren wird hierbei eine an den Elektroden anliegende Schweißspannung umgepolt. Da auf diese Weise insbesondere die Bildung einer zu einer Grenzfläche zwischen den zu verschweißenden Werkstücken asymmetrische
Schweißlinse vermieden werden kann, ist die Qualität der Schweißverbindung gesteigert. Außerdem ist die Standzeit bzw. Standmenge der Elektroden bzw. Elektro- denkappcn ciuCut . Widerstands-Schweißverfahren sind ferner durch DE 20 2007 000 009 Ul, WO 2004/004961 Al, US 5 552 573 A, DE 197 54 546 Cl, JP 10 029 071 A, JP 08 118 037 A und JP 05 192 274 A, US 3 462 577 und DE 39 23 433 Al be- kannt .
Durch DE 10 2007, DE 196 11 597 Al, DE-AS 2 005 583, DD 259 585, DE 10 2005 014 969 Al und DE 35 07 012 C2 sind Verfahren zum Lichtbogenschweißen bekannt.
Durch die DE-PS 46 70 57 ist ein Widerstands- Schweißverfahren der betreffenden Art zum Verschweißen von wenigstens zwei Werkstücken miteinander bekannt, bei dem über eine erste Elektrode und eine zweite Elektrode ein Schweißstrom in die Werkstücke eingeleitet wird und bei dem wenigstens eines der Werkstücke derart über wenigstens eine dritte Elektrode kontaktiert wird, daß zwei der Elektroden in einem ersten Schweißstromkreis zum Einleiten eines ersten Teil -Schweißstromes in die Werkstücke liegen und daß die übrige Elektrode oder wenigstens eine der übrigen Elektroden in einem zweiten Schweißstromkreis zum Einleiten eines zweiten Teil-
Schweißstromes in die Werkstücke liegt. Ein ähnliches Verfahren ist auch aus der DE-PS 11 67 466 bekannt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Widerstands-Schweißverfahren bzw. eine Widerstands- Schweißvorrichtung der im Oberbegriff des Anspruchs 1 bzw. 18 genannten Art anzugeben, mit dem bzw. mit der sich eine hohe Qualität der Schweißverbindung erzielen läßt.
Diese Aufgabe wird hinsichtlich des Verfahrens durch die im Anspruch 1 angegebene Erfindung und hinsichtlich der Vorrichtung durch die im Anspruch 20 angegebene Erfindung gelöst .
Ausgehend von einer Anordnung, bei der zwei Elektroden vorgesehen sind, um einen Schweißstrom in die zu verschweißenden Werkstücke einzuleiten, liegt der Erfindung der Gedanke zugrunde, daß sich der Schweißvorgang dann besonders gut beeinflussen läßt, beispielsweise hinsichtlich der Bildung einer Schweißlinse, wenn sich der Schweißstrom an den Elektroden getrennt voneinander beeinflussen läßt .
Hierzu sieht das erfindungsgemäße Verfahren vor, daß wenigstens eines der Werkstücke derart über wenigstens eine dritte Elektrode kontaktiert wird, daß zwei der Elektroden in einem ersten Schweißstromkreis zum
Einleiten eines ersten Teil -Schweißstromes in die Werkstücke liegen und daß die übrige Elektrode oder wenigstens eine der übrigen Elektroden in einem zweiten Schweißstromkreis zum Einleiten eines zweiten Teil- Schweißstromes in die Werkstücke liegt. Erfindungsgemäß wird somit der Schweißstrom über wenigstens zwei Schweißstromkreise in die Werkstücke eingeleitet. Bei einer Schweißzange kann beispielsweise und insbesondere eine der Elektroden in dem ersten Schweißstromkreis und die andere Elektrode in dem zweiten Schweißstromkreis liegen, so daß sich der an den Elektroden der Zange fließende Teil -Schweißstrom für die Elektroden getrennt voneinander beeinflussen läßt . Auf diese Weise läßt sich der Schweißvorgang besonders präzise beeinflussen, insbesondere hinsichtlich der Zufuhr an Schweißenergie an den Elektroden beispielsweise einer Schweißzange. Hierzu ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß der erste Teil -Schweißstrom und der zweite Teil -Schweißstrom getrennt voneinander gemessen werden und daß we- nigstens eine Kenngröße des Schweißprozesses in Abhängigkeit von wenigstens einem der gemessenen Schweißströme beeinflußt wird. Beispielsweise und insbesondere ist es erfindungsgemäß hierdurch möglich, die Teil- Schweißströme getrennt voneinander zu steuern bzw. zu regeln. Auf diese Weise können besonders hochwertige Schweißverbindungen mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens erzeugt werden. Anstelle der Teil -Schweißströme können erfindungsgemäß auch von hiervon abhängige, ins- besondere elektrische Größen gemessen werden, beispielsweise elektrische Spannungen, Widerstände oder Leistungen.
Die Beeinflussung wenigstens einer Kenngröße des Schweißvorganges kann in einer Einstellung und/oder einer Steuerung und/oder einer Regelung bestehen und vor bzw. nach dem Schweißvorgang bzw. während des Schweißvorganges vorgenommen werden.
Erfindungsgemäß ist es grundsätzlich ausreichend, wenn zur Bildung von wenigstens zwei Schweißstromkrei- sen wenigstens eine dritte Elektrode vorhanden ist.
Entsprechend den jeweiligen Anforderungen können jedoch auch mehr als drei Elektroden vorgesehen sein.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, daß die erste und die zweite Elektrode zueinander gleich und die dritte Elektrode zu der ersten und zweiten
Elektrode gegensätzlich gepolt wird, derart, daß der erste Teil -Schweißstrom über die erste Elektrode und die dritte Elektrode und der zweite Teil -Schweißstrom über die zweite und die dritte Elektrode fließt. Han- delt es sich bei der ersten und der zweiten Elektrode beispielsweise um Elektroden einer Schweißzange, so können diese erfindungsgemäß negativ gepolt werden, während die dritte Elektrode positiv gepolt wird. Eine aufgrund des Peltier-Effektes auftretende stärkere Er- wärmung der positiv gepolten Elektrode tritt somit an der dritten Elektrode und damit nicht an den Elektroden der Schweißzange auf. Auf diese Weise ist die Standzeit bzw. Standmenge der relativ teuren Elektroden der Schweißzange erhöht. Die Abnutzung der dritten Elek- trode kann zudem dadurch reduziert werden, daß diese als flächige Elektrode ausgebildet ist, da sie ausschließlich zum Einleiten des Schweißstromes und nicht dazu dient, die zu verschweißenden Werkstücke anein- ander anzupressen, wie dies bei den Elektroden einer Schweißzange der Fall ist.
Eine außerordentlich vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, daß der erste Teil-Schweißstrom und der zweite Teil -Schweißstrom hinsichtlich jeweils wenigstens einer Kenngröße voneinander getrennt eingestellt und/oder gesteuert und/oder geregelt werden.
Eine andere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, daß die Einstellung und/oder Steuerung und/oder Regelung während des Schweißvorganges ausgeführt wird. Bei dieser Ausführungsform kann der Schweißvorgang also online beeinflußt werden.
Es ist erfindungsgemäß auch möglich, daß die Einstellung und/oder Steuerung und/oder Regelung vor oder nach einem Schweißvorgang ausgeführt wird, wie dies eine andere Weiterbildung der Erfindung vorsieht.
Bei den Ausführungsformenm, bei denen die Teil- Schweißströme hinsichtlich wenigstens einer Kenngröße beeinflußt werden, sehen vorteilhafte Weiterbildungen vor, daß die Kenngröße die Amplitude und/oder er zeitliche Mittelwert und/oder der Effektivwert wenigstens eines Schweißstromes ist und/oder daß die Kenngröße die Amplitude und/oder der zeitliche Mittelwert und/oder der Effektivwert wenigstens einer Schweißspannung ist und/oder daß die Kenngröße die Amplitude und/oder der zeitliche Mittelwert und/oder der Effektivwert einer Schweißleistung ist und/oder daß die Kenngröße eine Zeitdauer und/oder ein zeitlicher Verlauf eines Schweißstromes oder einer Schweißspannung und/oder eine Kraft, mit der eine der Elektroden auf das zugeordnete Werkstück gepreßt wird, ist.
Erfindungsgemäß können entsprechend den jeweiligen Anforderungen der erste Teil -Schweißstrom und der zwei- te Teil-Schweißstrom durch dieselbe Stromquelle oder durch unterschiedliche Stromquellen erzeugt werden, wie dies andere Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens vorsehen.
Entsprechend den jeweiligen Anforderungen kann der Schweißstrom ein Gleichstrom oder ein Wechselstrom sein, wie dies andere Weiterbildungen der Erfindung vorsehen.
Gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Polarität der Elektroden während des Schweißvorganges gewechselt. Auf diese Weise ergeben sich hinsichtlich der Beeinflussung des Schweißvorganges zusätzliche Möglichkeiten. Insbesondere kann bei dieser Ausführungsform verändert werden, welche der Elektroden gleichgepolt sind. Sind beispielsweise bei Verwendung einer Schweißzange zu
Beginn des Schweißvorganges zunächst deren beide Elektroden gleich gepolt, während die dritte Elektrode gegensätzlich gepolt ist, so kann die Polarität während des Schweißvorganges derart verändert werden, daß eine der Elektroden der Schweißzange mit der dritten Elektrode gleichgepolt ist, während die andere Elektrode der Schweißzange dazu gegensätzlich gepolt ist.
Eine andere Weiterbildung der Erfindung sieht vor, daß durch Einstellung bzw. Steuerung bzw. Regelung we- nigstens einer Kenngröße des Schweißprozesses die Lage und/oder Größe einer sich während des Schweißvorganges an einer Grenzfläche zwischen zwei Werkstücken bildenden Schweißlinse beeinflußt wird, wie dies eine andere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung vorsiehe. Ins- besondere kann die Lage und Größe der Schweißlinse so beeinflußt werden, daß sich eine zu der Grenzfläche zwischen den zu verschweißenden Werkstücken symmetrische Schweißlinse bildet. Werden mittels des erfin- dungsgemäßen Verfahrens mehr als zwei Werkstücke miteinander verschweißt, so können erfindungsgemäß die Teil-Schweißströme so gewählt werden, daß sich an jeder Grenzfläche zwischen zwei zu verschweißenden Werkstük- ken eine zu der Grenzfläche symmetrische Schweißlinse bildet.
Eine Weiterbildung der vorgenannten Ausführungsform sieht vor, daß die Parameter des Schweißprozesses wenigstens einen Schweißstrom und/oder wenigstens eine Schweißspannung und/oder eine Temperatur wenigstens einer Elektrode und/oder wenigstens eine Kraft, mit der eine Elektrode auf das zugeordnete Werkstück gepreßt wird, und/oder einen elektrischen Widerstand und/oder einen von einem dieser Parameter umfassen. Bei dem Schweißstrom kann es sich hierbei um wenigstens einen der Teil -Schweißströme oder den insgesamt durch die zu verschweißenden Werkstücke fließenden Schweißstrom handeln. Unter dem Schweißprozess wird erfindungsgemäß das jeweilige Widerstandsschweiß-Verfahren mit seinen Parametern und Randbedingungen verstanden. Grundsätzlich ist das erfindungsgemäße Verfahren zum Verschweißen von Werkstücken geeignet, die sich hinsichtlich Material und Werkstückdicke gleichen. Besonders gut ist das erfindungsgemäße Verfahren jedoch dann geeignet, wenn sich wenigstens zwei der Werkstücke hinsichtlich Material und/oder Werkstückdicke unterscheiden, wie dies eine andere vorteilhafte Weiterbildung vorsieht. Da sich mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens die an den Elektroden fließenden Teil- Schweißströme getrennt voneinander beeinflussen lassen, können mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens Werkstücke miteinander verschweißt werden, die sich hinsichtlich ihres Materiales und ihrer Werkstückdicke stark voneinander unterscheiden. Dies gilt insbesondere für Schweißverbindungen von mehr als zwei Werkstücken. Da es für bestimmte Schweißaufgaben von Bedeutung sein kann, welche der Elektroden elektrisch mit Masse verbunden ist, sieht eine andere Weiterbildung der Erfindung vor, daß die MasseVerbindung der Elektroden umschaltbar ist.
Die Elektroden können bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens auf beliebige geeignete Weise ausgestaltet sein. Eine vorteilhafte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt vor, wenn zwei der Elektroden durch die Elektroden einer Schweißzange gebildet sind.
Erfindungsgemäß ist es grundsätzlich ausreichend, wenn mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens zwei Werkstücke miteinander verschweißt werden. Eine außer- ordentlich vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht jedoch vor, daß wenigstens drei Werkstücke miteinander verschweißt werden. Hierbei ist es erfindungsgemäß möglich, daß jedes der Werkstücke mittels einer Elektrode kontaktiert wird, also beispielsweise drei Werkstücke jeweils durch eine von drei Elektroden kontaktiert werden. Erfindungsgemäß ist es jedoch auch möglich, daß die Anzahl der Elektroden der Anzahl der Werkstücke entspricht oder größer ist als die Anzahl der Werkstücke ist, wobei wenigstens eines der Werk- stücke durch wenigstens zwei Elektroden kontaktiert wird. Auch Kombinationen der beiden zuvor erwähnten Konstellationen sind möglich.
Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind in den Ansprüchen iy bis 34 angegeben. Die Erfindung wird nachfolgend anhand der beigefügten stark schematisierten Zeichnung näher erläutert, in der Ausführungsbeispiele einer erfindungsgemäßen Widerstands-Schweißvorrichtung zur Durchführung von Ausführungsbeispielen des erfindungsgemäßen
Widerstands -Schweißverfahrens dargestellt sind. Dabei bilden alle beschriebenen, in der Zeichnung dargestellten und in den Patentansprüchen beanspruchten Merkmale für sich genommen sowie in beliebiger Kombination tnit- einander den Gegenstand der Erfindung, unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Patentansprüchen und deren Rückbeziehung sowie unabhängig von ihrer Beschreibung bzw. Darstellung in der Zeichnung.
Es zeigt : Fig. 1 stark schematisiert ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungs- gemäßen Widerstands -Schweißvorrichtung, die nachfolgend auch kurz als Vorrichtung bezeichnet wird, Fig. 2 in gleicher Darstellung wie Fig. 1 ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zusammen mit einem elektrischen Ersatzschaltbild, Fig. 3 das Ausführungsbeispiel gemäß Fig.
2 mit geänderter Polarität,
Fig. 4 in gleicher Darstellung wie Fig. 2 ein drittes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrich- tung,
Fig. 5 ein elektrisches Ersatzschaltbild gemäß Fig . 1 , Fig. 6A in gleicher Darstellung wie Fig. 1 ein viertes ÄuaJlühxur-ysbeisp;' ■"-"* einer erfindungsgemäßen Vorrichtung,
Fig. 6B in gleicher Darstellung wie Fig. 6A eine Abwandlung des Ausführungsbei- spiels gemäß Fig. 6A,
Fig. 7 in gleicher Darstellung wie Fig. 1 ein fünftes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, in der Tyristören verwendet werden,
Fig. 8 bis 10 die Vorrichtung gemäß Fig. 7 in verschiedenenen Schaltzuständen der Tyristoren,
Fig. 11 in gleicher Darstellung wie Fig. 7 das Ausführungsbeispiel gemäß Fig.
7 in Kombination mit Meßmitteln sowie Steuerungs- und/oder Regelungsmitteln,
Fig. 12 bis 14 verschiedene Möglichkeiten einer MasseVerbindung von Elektroden der erfindungsgemäßen Vorrichtung,
Fig. 15 beispielhaft den zeitlichen Verlauf von Teil -Schweißströmen bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens und
Fig. 16 in gleicher Darstellung wie Fig. 1 ein sechstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung.
In den Figuren der Zeichnung sind gleiche bzw. sich entsprechende Bauteile mit den gleichen Bezugs - zeichen versehen.
In Fig. 1 ist ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 2 zur Durchführung eines Ausführungsbeispieles eines erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt, das zum Verschweißen von Werkstücken miteinander dient. Bei dem dargestellten Ausführungs- beispiel mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens drei Werkstücke 4, 6, 8 verschweißt, bei denen es sich bei diesem Ausführungsbeispiel um Bleche handelt, die aus unterschiedlichen Materialien bestehen und unterschiedliche Werkstückdicken aufweisen. Die erfindungsgemäße Vorrichtung 2 weist Mittel 10 zum Erzeugen eines
Schweißstromes auf, die bei diesem Ausführungsbeispiel eine Stromquelle 12 aufweisen. Zum Einleiten des Schweißstromes in die Werkstücke 4, 6, 8 sind eine erste Elektrode 14 und eine zweite Elektrode 16 vorgese- hen, die bei diesem Ausführungsbeispiel durch Elektroden einer Schweißzange gebildet sind.
In allgemein bekannter Weise werden die Werkstücke 4, 6, 8 mittels der Elektroden 14, 16 aneinandergepreßt und beim Fließen des Schweißstromes miteinander ver- schweißt. Wie aus Fig. 1 ersichtlich ist, kontaktiert die erste Elektrode 14 das Werkstück 4, während die zweite Elektrode 16 das Werkstück 8 kontaktiert.
Erfindungsgemäß weist die Vorrichtung 2 eine dritte Elektrode 18 auf. Wie in Fig. 1 dargestellt, weist die Stromquelle 12 bei diesem Ausführungsbeispiel zwei negative Pole 20, 22, die mit der ersten Elektrode 14 bzw. der zweiten Elektrode 16 verbunden sind, sowie einen positiven Pol 24 auf, der mit der dritten Elektrode 18 verbunden ist. Durch diese Verschaltung fließt während eines Schweißvorganges ein erster Teil -Schweißstrom il über die erste Elektrode 14, das erste Werkstück 4, das zweite Werkstück 6 und die dritte Elektrode 18, während ein zweiter Teil -Schweißstrom i2 über die zweite Elektrode 16, das dritte Werkstück 8, das zweite Werkstück 6 und die dritte Elektrode 18 fließt. Somit liegen bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel die Elektroden 14, 18 in einem ersten Schweißstromkreis, während die zweite Elektrode 16 zusammen mit der dritten Elektrode 18 in einem zweiten Schweißstromkreis liegt .
Erfindungsgemäß werden der erste Teil -Schweißstrom und der zweite Teil -Schweißstrom getrennt voneinander gemessen, wobei ein Meßgerät zur Messung des ersten Teil -Schweißstromes in Fig. 1 schematisch bei dem Bezugszeichen 21 und ein Meßgerät zur Messung des zweiten Teil-Schweißstromes in Fig. 1 bei dem Bezugszeichen 23 angedeutet ist. Erfindungsgemäß wird wenigstens eine Kenngröße des Schweißprozesses in Abhängigkeit von we- nigstens einem der gemessenen Teilströme beeinflußt. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel werden der erste Teil -Schweißstrom und der zweite Teil-Schweißstrom getrennt voneinander gesteuert bzw. geregelt. Entsprechende Steuerungs- bzw. Regelungsmittel sind in Fig. 1 schematisch angedeutet und mit dem Bezugszeichen 25 bezeichnet.
Bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens fließt in dem ersten Schweißstromkreis und damit durch die Werkstücke 4, 6 der erste Teil -Schweißstrom il, während in dem zweiten Schweißstromkreis und damit durch die Werkstücke 6, 8 der zweite Teil -Schweißstrom i2 fließt. Während des Schweißvorganges, also während des Bildens einer Schweißverbindung zwischen den Werkstücken 4, 6, 8, werden der erste Teil -Schweißstrom und der zweite Teil -Schweißstrom durch die Meßgeräte 21 bzw. 23 getrennt voneinander gemessen und die Meßwerte über nicht dargestellte Signalleitungen den Steuerungsbzw. Regelungsmitteln 25 zugeführt. Falls entsprechend den jeweiligen Anforderungen erforderlich, können auch weitere Parameter des Schweißprozesses den Steuerungsbzw. Regelungsmitteln zugeführt werden, beispielsweise Material und Blechdicke der Werkstücke 4, 6, 8. Durch Wahl der Potentiale an den Polen 20, 22, 24 der Strom- quelle 12 sind die Teil -Schweißströme il und i2 unabhängig voneinander durch die Steuerungs- bzw. Regelungsmittel 25 einstellbar bzw. steuerbar bzw. regelbar. Insbesondere können die Teil -Schweißströme il und i2 so gewählt werden, daß sich während des Schweißvor- ganges trotz der unterschiedlichen Materialien und
Blechdicken der Werkstücke 4, 6, 8 sowohl zwischen den Werkstücken 4, 6 als auch zwischen den Werkstücken 6, 8 eine Schweißverbindung hoher Qualität bildet.
In Fig. 2 ist ein zweites Ausführungsbeispiel ei- ner erfindungsgemäßen Vorrichtung 2 dargestellt, das sich von dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 dadurch unterscheidet, daß anstelle der gemeinsamen Stromquelle 12 zwei separate Stromquellen 12', 12'' vorgesehen sind, von denen die Stromquelle 12' zur Erzeugung des Teil -Schweißstromes il und die Stromquelle 12'' zur Erzeugung des Teil -Schweißstromes i2 dient.
Für das Folgende sei angenommen, daß es sich bei dem ersten Werkstück 4 und dem zweiten Werkstück 6 um normalfestes Stahlblech handelt, während es sich bei dem dritten Werkstück 8 um hochfestes Stahlblech handelt. In diesem Fall ist der spezifische elektrische Widerstand des dritten Werkstücks 8 größer als der elektrische Widerstand der Werkstücke 4, 6.
In Fig. 2 ist rechts das elektrische Ersatzschalt- bild der Vorrichtung 2 dargestellt, wobei Rül den Übergangswiderstand zwischen der ersten Elektrode 14 und dem ersten Werkstück 4 , RwI den Widerstand des ersten Werkstücks 4, Rü2 den Übergangswiderstand zwischen den Werkstücken 4, 6, κw2 den Widerstand des Werkalüukö 6, RÜ3 den Übergangswiderstand zwischen den Werkstücken 6, 8, Rw3 den Widerstand des Werkstücks 8 und RÜ4 den Übergangswiderstand zwischen dem Werkstück 8 und der dritten Elektrode 16 darstellt. Daraus ergeben sich der elektrische Widerstand RA in dem ersten Schweißstromkreis und der elektrische Widerstand RB in dem zweiten Stromkreis wie folgt:
RA = R01 + R-1 + Rü2 + 1 / 2 * Rw2 RB = Rü3 + Rw3 + Rü4 + 1 / 2 * Rw2
Fließen in den Stromkreisen die Teil -Schweißströme il und i2, so ergibt sich die zwischen den Werkstücken 4, 6 dissipierte Leistung PA und die zwischen den Werk- stücken 6, 8 dissipierte Leistung PB wie folgt:
PA = i l ' * (Rül + Rwl + Rü2 + 1 /2 * Rw2 ) PB = i2 * * (Rü3 + Rw3 + Rü4 + 1/2 * Rw2 )
Durch entsprechende Wahl der Potentiale an den Polen 20, 22, 24' und 24'' der Stromquellen 12' und 12'' können die Teil -Schweißströme il und i2 so eingestellt bzw. gesteuert bzw. geregelt werden, daß sich während des Schweißvorganges sowohl an der Grenzfläche zwischen den Werkstücken 4 und 6 als auch an der Grenzfläche zwischen den Werkstücken 6 und 8 eine Schweißlinse bildet, die zu einer sicheren Verschweißung der Werkstücke 4, 6, 8 miteinander führt.
Bei dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbei- spiel ist die erste Elektrode 14 durch Verbindung mit einem entsprechenden Pol 20' der Spannungsquelle 12' negativ gepolt, während die dritte Elektrode 18 durch Verbindung mit den entsprechenden Polen 24' und 24'' der Stromquellen 12', 12'' posiciv und die zweite Ξlek- trode 16 durch Verbindung mit einem entsprechenden Pol 22' der Stromquelle 12'' negativ gepolt ist.
In Fig. 3 ist das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 mit veränderter Polarität der Pole 20', 22' , 24', 24'' dargestellt. Hierbei sind der Pol 20' der Stromquelle
12' und der Pol 24'' der Stromquelle 12'' positiv, während der Pol 24' der Stromquelle 12' und der Pol 22' der Stromquelle 12'' negativ sind. Im Ergebnis ist bei diesem Ausführungsbeispiel die erste Elektrode 14 posi- tiv und die zweite Elektrode 16 negativ gepolt. Welche Polarität die dritte Elektrode 18 hat, hängt von den Potentialen an den Polen 24', 24'' der Stromquellen 12', 12'' ab, so daß die Teil -Schweißströme il und i2 durch entsprechende Einstellung dieser Polaritäten ge- steuert werden können.
In Fig. 4 ist ein drittes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 2 dargestellt, das sich von dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 3 dadurch unterscheidet, daß die Stromquellen 12', 12'' so mit den Elektroden 14, 16, 18 verschaltet sind, daß die erste Elektrode 14 und die dritte Elektrode 18 positiv gepolt sind, während die zweite Elektrode 16 negativ gepolt ist .
Fig. 5 zeigt ein elektrisches Ersatzschaltbild der Vorrichtung 2 gemäß Fig. 2. Dadurch, daß die Ströme il und i2 getrennt voneinander eingestellt bzw. gesteuert bzw. geregelt werden können, ist es möglich, die an der Grenzfläche zwischen den Werkstücken 4, 6 einerseits und die an der Grenzfläche zwischen den Werkstücken 6, 8 andererseits dissipierte Energie unabhängig voneinander einzustellen. Dadurch ist es möglich, die Bildung der Schweißlinse an der jeweiligen Grenzfläche gezielt zu steuern und durch Vermeidung einer übermäßigen thermischen Belastung der Elektxüden Standzeit bzw. Standmenge der Elektroden 14, 16 zu erhöhen .
In der nachfolgenden Erläuterung soll angenommen werden, daß zur Erzielung des gewünschten Schweißergeb- nisses sowohl zwischen den Werkstücken 4, 6 (in Fig. 5 als "A-Seite" bezeichnet) als auch zwischen den Werkstücken 6, 8 (in Fig. 5 als "B" -Seite bezeichnet) im wesentlichen die gleiche elektrische Energie zu dis- spieren ist . Während des Schweißvorganges muß in einer solchen Konstellation der Teil -Schweißstrom in dem
Stromkreis mit dem größeren Widerstand reduziert werden, damit bei unterschiedlichem Gesamtwiderstand in dem Stromkreis die dissipierte elektrische Leistung gleich ist (PB = PA) . Falls beispielshalber RB = 1 , 2 * RÄ gilt und PA = PB sein soll, so ergibt sich folgendes:
il2 * RÄ = i22 Rn
Daraus folgt
il2 * RA = i22 * 1,2 * RA
sowie
il = i2 * SQR (1,2)
Werden die Teil-Schweißströme il und i2 entsprechend eingestellt, so ergibt sich während des Schweißvorganges das gewünschte Schweißergebnis. Der Teil-Schweißstrom il kann gemäß dem Ersatzschaltbild in Fig. 5 durch die Potentialdifferenz UOl zwischen den Polen 20', 24' der Stromquelle 12' sowie durch einen einstellbaren Widerstand 26 gewählt werden, während der zeitliche Verlauf des Teii-Schweißstrcmes il durch einen Schalter 28 beeinflußt werden kann. In hierzu entsprechender Weise kann der Teil -Schweißstrom il durch die Potentialdifferenz U02 zwischen den Polen 22', 24'' der Stromquelle 12'' sowie durch einen ein- stellbaren Widerstand 30 gewählt werden, während sein zeitlicher Verlauf mittels eines Schalters 32 beeinflußt werden kann.
In Fig. 6A ist ein viertes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 2 dargestellt, bei dem die Stromquelle 12 als Wechselstromquelle ausgebildet ist und aus einem MF-Inverter und einem Transformator 34 mit Mittelanzapfung sowie zwei Gleichrichter-Dioden 36, 38 besteht. Wie aus Fig. 6A ersichtlich ist, sind die Elektroden 14, 16 negativ gepolt, während die Elektrode 18 positiv gepolt ist.
In Fig. 6B ist eine Abwandlung des vierten Ausführungsbeispiels gemäß Fig. 6A dargestellt, das sich von dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 6A dadurch unterscheidet, daß anstelle eines einzelnen Transforma- tors zwei Transformatoren 34', 34" mit jeweils zugeordneten Gleichrichter-Dioden 36', 38' bzw. 36" und 38" vorgesehen sind. Auf diese Weise werden beide Halbwellen des auf der Primärseite des jeweiligen Transformators 34' bzw. 34" fließenden Stromes auf der Sekundär- seite des jeweiligen Transformators 34' bzw. 34" in einen Teil -Schweißstrom umgesetzt. Außerdem ist bei diesem Ausführungsbeispiel verhindert, daß einer der Transformatoren 34' bzw. 34" in eine Sättigung.
In Fig. 7 ist ein fünftes Ausführungsbeispiel ei- ner erfindungsgemäßen Vorrichtung 2 dargestellt, bei dem die Stromquelle 12 mit den Elektroden 14, 16, 18 über vier Tyristoren 40, 42, 44, 46 verschaltet ist. Hierbei wird eine mit zwei negativen Polen 20, 22 und einem positiven Pol 24 versehene Stromquelle 12 verwen- det, wie sie bereits in Fig. 1 dargestellt ist. Der Tyristor 40 ist in eine Verbindungsleitung zwischen dem negativen Pol 20 und der ersten Elektrode 14 geschaltet, während der Tyristor 46 in eine Verbindungsleitung zwischen dem negativen Pol 22 und der zweiten Elektrode 16 geschaltet ist. Die Tyristoren 40, 42 sind zueinander gegensinnig zu den Elektroden 14, 16 parallelgeschaltet .
Fig. 8 zeigt die Vorrichtung 2 gemäß Fig. 7 in einem Betriebszustand, in dem die Tyristoren 40, 42 sperren, während die Tyristoren 44, 46 leiten, so daß sowohl in dem über die Elektroden 14 und 18 verlaufenden Schweißstromkreis als auch in dem über die Elektroden 16 und 18 verlaufenden Schweißstromkreis ein Teil-Schweißstrom fließt.
Fig. 9 zeigt die Vorrichtung 2 gemäß Fig. 7 in einem Betriebszustand, in dem die Tyristoren 40 und 44 leiten, während die Tyristoren 42 und 46 sperren. In diesem Betriebszustand fließt ausschließlich in dem über die Elektroden 14, 18 verlaufenden Schweißstromkreis ein Schweißstrom, während der über die Elektroden 16, 18 verlaufende Schweißstromkreis unterbrochen ist.
Demgegenüber zeigt Fig. 10 die Vorrichtung 2 gemäß Fig. 7 in einem Betriebszustand, in dem die Tyristoren 40, 46 leiten, während die Tyristoren 42, 44 sperren, in diesem Betriebszustand fließt ausschließlich in dem über die Elektroden 16, 18 verlaufenden Schweißstromkreis ein Schweißstrom, während der über die Elektroden 14, 18 verlaufende Schweißstromkreis unterbrochen ist. Fig. 11 zeigt das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 7 im Zusammenhang mit zusätzlichen Meßmitteln zur Messung wenigstens eines Parameters des Schweißprozesses während des Schweißvorganges. Beispielsweise und insbesondere können die Meßmittel 48 eine Kenngröße der Tεil- Schweißströme il und i2, der Schweißspannungen Ul und U2, eine Kraft, mit der die Elektroden 14, 16 auf die Werkstücke 4, 8 aufgesetzt sind, oder andere Parameter des Schweißprozesses messen. Die Meßmittel 48 stehen in Datenübertragungsverbindung mit Steuerungs- und/oder Regelungsmitteln 50, durch die Stromquellen 12', 12'' ansteuerbar bzw. regelbar sind, um beispielsweise die Schweißströme il und i2 entsprechend den jeweiligen Anforderungen zu beeinflussen. Durch die Steuerungs- und/oder Regelungsmittel 50 sind ferner die Tyristoren 40, 42, 44 und 46 ansteuerbar.
Die Fig. 12, 13 und 14 zeigen verschiedene Möglichkeiten einer elektrischen Verschaltung der dritten Elektrode 18. Fig. 15 zeigt beispielhaft zeitliche Verläufe der Ströme il und i2, wobei ersichtlich ist, daß der zeitliche Verlauf des Stromes il von dem zeitlichen Verlauf des Stromes i2 unabhängig ist.
Fig. 16 zeigt ein sechstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, das sich von dem
Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 dadurch unterscheidet, daß es zum Verschweißen lediglich zweier Werkstücke 4, 8 miteinander dient. Dementsprechend ist die dritte Elektrode 18 so ausgebildet, daß sie zum gleichzeitigen Kontaktieren der Werkstücke 4 und 8 geeignet ist.

Claims

Patentansprüche
1. Widerstands -Schweißverfahren zum Verschweißen von wenigstens zwei Werkstücken miteinander,
bei dem über eine erste Elektrode und eine zweite Elek- trode ein Schweißstrom in die Werkstücke eingeleitet wird, und bei dem
wenigstens eines der Werkstücke derart über wenigstens eine dritte Elektrode kontaktiert wird, daß zwei der Elektroden in einem ersten Schweißstromkreis zum Einleiten eines ersten Teil -Schweißstromes in die Werkstücke liegt und daß die übrige Elektrode oder wenigstens eine der übrigen Elektroden in einem zweiten Schweißstromkreis zum Einleiten eines zweiten Teil- Schweißstromes in die Werkstücke liegt,
dadurch gekennzeichnet,
daß der erste Teil -Schweißstrom und der zweite Teil- Schweißstrom getrennt voneinander gemessen werden und
daß wenigstens eine Kenngröße des Schweißprozesses in Abhängigkeit von wenigstens einem der gemessenen Teil- Schweißströme beeinflußt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste und die zweite Elektrode zueinander gleich und die dritte Elektrode zu der ersten und zweiten Elektrode gegensätzlich gepolt wird, derart, daß der erste Teil-Schweißstrom über die erste Elektrode und die dritte Elektrode und der zweite Teil -Schweißstrom über die zweite und die dritte Elektrode fließt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2 , dadurch gekenn- zeichnet, daß der erste Teil -Schweißstrom und der zweite Teil -Schweißstrom hinsichtlich jeweils wenigstens einer Kenngröße voneinander getrennt eingestellt und/oder gesteuert und/oder geregelt werden.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Einstellung und/oder Steuerung und/oder Regelung während des Schweißvorganges ausgeführt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Einstellung und/oder Steuerung und/oder Regelung vor oder nach einem Schweißvorgang ausgeführt wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 5, da- durch gekennzeichnet, daß die Kenngröße die Amplitude und/oder der zeitliche Mittelwert und/oder der Effektivwert wenigstens eines Schweißstromes ist.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 6, da- durch gekennzeichnet, daß die Kenngröße die Amplitude und/oder der zeitliche Mittelwert und/oder der Effektivwert wenigstens einer Schweißspannung ist.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 7, da- durch gekennzeichnet, daß die Kenngröße die Amplitude und/oder der zeitliche Mittelwert und/oder der Effektivwert einer Schweißleistung ist.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis δ, da- durch gekennzeichnet, daß die Kenngröße eine Zeitdauer und/ein zeitlicher Verlauf eines Schweißstromes oder einer Schweißspannung und/oder eine Kraft, mit der eine der Elektroden auf das zugeordnete Werkstück gepreßt wird, ist.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Teil -Schweißstrom und der zweite Teil -Schweißstrom durch dieselbe Strom- quelle erzeugt werden.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Teil -Schweißstrom und der zweite Teil-Schweißstrom durch unterschiedliche Stromquellen erzeugt werden.
12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Schweißstrom ein Gleichstrom ist.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Schweißstrom ein Wechselstrom ist.
14. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Polarität wenigstens einer Elektrode während des Schweißvorganges gewechselt wird.
15. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß durch Einstellung bzw. Steuerung bzw. Regelung wenigstens eines Parameters des Schweißprozesses die Lage und/oder Größe einer sich wahrend des Schweißvoiyanyeö an einez~ Gϊθiizflache zwi- sehen zwei Werkstücken bildenden Schweißlinse beeinflußt wird.
16. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß die Kenngrößen des Schweißprozesses wenigstens einen Schweißstrom und/oder wenigstens eine Schweißspannung und/oder eine Temperatur wenigstens einer Elektrode und/oder wenigstens eine Kraft, mit der eine Elektrode auf das zugeordnete Werk- stück gepreßt wird, und/oder einen elektrischen Widerstand und/oder einen von einem dieser Parameter abhängigen Parameter umfassen.
17. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sich wenigstens zwei der
Werkstücke hinsichtlich Material und/oder Werkstückdik- ke unterscheiden.
18. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens zwei der Elektroden durch die Elektroden einer Schweißzange gebildet sind.
19. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens drei Werkstücke miteinander verschweißt werden.
20. Widerstands -Schweißvorrichtung zum Verschweißen von wenigstens zwei Werkstücken (4, 6, 8) miteinander,
mit Mitteln zum Erzeugen eines Schweißstromes, die mit einer ersten Elektrode (14) und einer zweiten Elektrode (16) zum Einleiten des Schweißstromes in die Werkstücke (4, 6, 8) verbunden sind und mit einer dritten Elektrode (18) , die mit den Mitteln zum Erzeugen eines Schweißstromes verbunden ist, wobei die Elektroden (14, 16, 18) derart mit den Mitteln zum Erzeugen eines Schweißstromes verschaltet sind, daß zwei der Elektroden (14, 16) in einem ersten Schweißstromkreis zum Einleiten eines ersten Teil -Schweißstromes in die Werkstücke (4, 6, 8) liegen und die übrige Elektrode (18) oder wenigstens eine der übrigen Elektroden in einem zweiten Schweißstromkreis zum Einleiten eines zweiten Teil -Schweißstromes in die Werkstücke (4, 6, 8) liegt,
gekennzeichnet durch
Meßmittel (21, 23) zur voneinander getrennten Messung des ersten Teil -Schweißstromes und des zweiten Teil- Schweißstromes und
durch Mittel (25) zur Beeinflussung wenigstens einer Kenngröße des Schweißprozesses in Abhängigkeit von wenigstens einem der gemessenen Teil -Schweißströme .
21. Vorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß die erste und die zweite Elektrode (14, 16) zueinander gleich und die dritte Elektrode (18) zu der ersten und zweiten Elektrode (14, 16) gegensätzlich gepolt ist, derart, daß bei Benutzung der Vorrichtung (2) der erste Teil -Schweißstrom über die erste Elektrode (14) und die dritte Elektrode (18) und der zweite Teil -Schweißstrom über die zweite Elektrode (16) und die dritte Elektrode (18) fließt.
22. Vorrichtung nach Anspruch 20 oder 21, gekennzeichnet durch Steuerungs- und/oder Regelungsmittel (25) zur voneinander getrennten Einstellung und/oder Steuerung und/oder Regelung des ersten Teil-Schweißstromes (il) und des zweiten Teil -Schweißstromes (i2) hinsichtlich jeweils einer Kenngröße.
23. Vorrichtung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß die Einstellung und/oder Steuerung und/oder Regelung während des Schweißvorganges ausführbar ist.
24. Vorrichtung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß die Einstellung und/oder Steuerung und/oder Regelung vor oder nach einem Schweißvorgang ausführbar ist.
25. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 20 bis 24, dadurch gekennzeichnet, daß die Kenngröße die Amplitude und/oder der zeitliche Mittelwert und/oder der Effektivwert wenigstens eines Schweißstromes ist .
26. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 22 bis 25, dadurch gekennzeichnet, daß die Kenngröße die Amplitude und/oder der zeitliche Mittelwert und/oder der Effektivwert wenigstens einer Schweißspannung ist.
27. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 22 bis 26, dadurch gekennzeichnet, daß die Kenngröße die Amplitude und/oder der zeitliche Mittelwert und/oder der Effektivwert einer Schweißleistung ist.
28. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 22 bis 27, dadurch gekennzeichnet, daß die Kenngröße eine Zeitdauer und/oder ein zeitlicher Verlauf eines Schweißstromes oder einer Schweißspannung ist.
29. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 20 bis 28, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur Erzeugung eines Schweißstromes eine gemeinsame Stromquelle (12) zur Erzeugung des ersten Teil -Schweißstromes und des zweiten Teil -Schweißstromes aufweisen.
30. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 20 bis 28, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur Erzeugung eines Schweißstromes unterschiedliche Stromquellen (12', 12'') zur Erzeugung des ersten Teil -Schweißstromes und eines zweiten Teil -Schweißstromes aufweisen.
31. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 20 bis 30, dadurch gekennzeichnet, daß der Schweißstrom ein Gleichstrom ist.
32. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 20 bis 30, dadurch gekennzeichnet, daß der Schweißstrom ein Wechselstrom ist.
33. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 20 bis 32, gekennzeichnet durch Mittel zum Wechseln der Polarität der Elektroden während des Schweißvorganges.
34. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 20 bis 33, dadurch gekennzeichnet, daß durch Einstellung bzw. Steuerung bzw. Regelung wenigstens einer Kenngröße des Schweißprozesses die Lage und/oder Größe einer sich während des Schweißvorganges einer Grenzfläche zwischen zwei Werkstücken (4, 6 bzw. 6, 8) bildenden Schweißlinse beeinflußbar ist.
35. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 20 bis 34, dadurch gekemizt-ichnet , daß die FcixciiiieLei. des Schweiß- prozesses wenigstens einen Schweißstrom und/oder wenigstens eine Schweißspannung und/oder eine Temperatur wenigstens einer Elektrode (14, 16, 18) und/oder wenigstens eine Kraft, mit der eine Elektrode (14, 16, 18) auf das zugeordnete Werkstück (4, 6, 8) gepreßt wird, umfassen.
36. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 20 bis 35, dadurch gekennzeichnet, daß sich wenigstens zwei der Werkstücke (4, 6, 8) hinsichtlich Material und/oder Werkstückdicke unterscheiden.
37. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 20 bis 36, dadurch gekennzeichnet, daß zwei der Elektroden (14, 16, 18) durch die Elektroden einer Schweißzange gebildet sind.
38. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 20 bis 37, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens drei Werkstücke (6, 8) miteinander verschweißt werden.
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