WO2015150160A1 - SCHWEIßELEKTRODENEINHEIT - Google Patents

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WO2015150160A1
WO2015150160A1 PCT/EP2015/056220 EP2015056220W WO2015150160A1 WO 2015150160 A1 WO2015150160 A1 WO 2015150160A1 EP 2015056220 W EP2015056220 W EP 2015056220W WO 2015150160 A1 WO2015150160 A1 WO 2015150160A1
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WO
WIPO (PCT)
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welding
welding electrode
electrode unit
nachsetzeinrichtung
vorhubbewegung
Prior art date
Application number
PCT/EP2015/056220
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English (en)
French (fr)
Inventor
Peter Cornelius
Jens Husner
Stefan Leidinger
Michael Döbert
David KLECHA
Original Assignee
Thyssenkrupp System Engineering Gmbh
Thyssenkrupp Ag
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Thyssenkrupp System Engineering Gmbh, Thyssenkrupp Ag filed Critical Thyssenkrupp System Engineering Gmbh
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Priority to US15/300,648 priority patent/US10625369B2/en
Priority to CN201580018283.5A priority patent/CN106457452B/zh
Publication of WO2015150160A1 publication Critical patent/WO2015150160A1/de

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Classifications

    • 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
    • B23K11/14—Projection welding
    • 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
    • B23K11/30—Features relating to electrodes
    • B23K11/31—Electrode holders and actuating devices therefor
    • B23K11/317—Equalizing; Balancing devices for electrode holders

Definitions

  • the present invention relates to a welding electrode unit and to a method for welding, preferably for projection welding.
  • Such welding electrode units are known, for example, from industrial manufacturing plants in which workpieces are welded at high clocking. In doing so, the welding electrodes perform pre-strokes to contact a workpiece to be welded. It is imperative that the
  • Welding electrode unit contacted the workpiece with a welding electrode to maintain an electric current necessary for the welding process. If the contact is interrupted, the flow of current through the welding electrode stops, whereupon the welding process stops. Such a tearing of the contact between the welding electrode and the workpiece is often inevitable when the welding process is part of the
  • the interrupted welding process then has an adverse effect on the strength and the visual quality (surface quality) of the weld.
  • Movement of the welding electrode determined by a coupling of the Nachsetzdoch with the Vorhubdoch.
  • the keeping constant of the pressure of the welding electrode on the workpiece during the welding process should be further optimized.
  • the welding electrode unit it is the intention with the welding electrode unit to increase the strength in the weld as well as their visual point quality (surface quality).
  • the object is achieved by a welding electrode unit, wherein the
  • Welding electrode unit comprises a movable Nachsetz spectacular, wherein the
  • the welding electrode unit according to the invention has the advantage that the Nachsetz raised can be locked in the welding position.
  • locking the Nachsetzzi is determined solely by the force storage means and is substantially independent of other potential parameters that could influence the Nachsetzzi with. This advantageously makes it possible to keep the pressure set in the welding process constant.
  • the welding electrode comes into contact with a workpiece to be welded in the welding position. It is preferred as
  • Part of a manufacturing plant in which, for example, workpieces before the
  • the workpiece is a sheet metal that is to be provided and then first formed in the course of the production process and subsequently, for example, to a
  • the Nachsetziens ensures that the contact between the welding electrode and workpiece to be welded, which might otherwise be interrupted by the melting in the weld, maintained.
  • Vorhubterrorism is decoupled from the Nachsetzzi. Pre-stroke movement and Nachsetzzi preferably take place in the same direction on a workpiece direction.
  • Decoupling is advantageously a Mitbeeintr foundedung the Nachsetzzi excluded by the Vorhubzi, which can otherwise be difficult to avoid because Vorhubterrorism and Nachsetzzi are preferably rectified.
  • the force applied to the welding electrode is determined by the force storing means.
  • Knee lever mechanism a substantially perpendicular to the Vorhubdoch extending drive movement in the Vorhubdoch the Vietnamesesetz noticed is translatable. This makes it possible to realize advantageously a welding electrode unit, which can be integrated into a production plant to save space. In particular, can be increased by the toggle mechanism of the stroke without reducing the Vorhubkraft.
  • the welding electrode unit is designed such that the Vorhubterrorism takes place with a time delay to the Nachsetzzi.
  • the Vorhubterrorism is terminated when the welding position is reached. Only then do the welding process and the repositioning movement required to maintain the welding process begin.
  • Knee lever mechanism extends and locks the Nachsetz observed whose
  • a Vorhubraum along which the Vorhubonia takes place, by means of a column guide can be fixed. It is provided that the Nachsetz noticed is connected to the column guide so that the Nachsetz immunity uses the column guide as a kind of rail system. It is conceivable that the Nachsetz issued the column guide at least partially surrounds and is movable relative to it. By the column guide the Vohubterrorism is controlled and supports the transmission of the drive movement to the Vorhubterrorism in an advantageous manner.
  • the toggle mechanism is connected to a power source, wherein the Vorhubterrorism by a power flow of the Power source via the toggle mechanism in the Nachsetz sensible is controllable.
  • the power source causes the drive movement and the toggle mechanism transmits the outgoing from the power source force loss as possible on the
  • the power source a a
  • Compressor, a pump and / or a pneumatic cylinder includes.
  • the power source is adapted to the desired or required Vorhubterrorism.
  • the power source is directly controllable and / or adapted to the timing in a manufacturing plant.
  • a compact welding electrode unit can be realized, which can be integrated as easily as possible into a production plant.
  • the force storage means comprises a compression spring, an elastomer, a hydraulic and / or another pneumatic cylinder.
  • the force storage means is at least partially enveloped by the Nachsetz noticed and carried in the Nachsetz gear in the Vorhubiolo.
  • the force with which the welding electrode is acted upon can be optimally adapted to the welding process or to the workpiece to be welded.
  • a sensor means for force measurement By means of the adjusting screw can be fixed advantageously a biasing force for the Nachsetzzi.
  • the force measuring sensor means that it is possible to check immediately whether the pressure is constant or whether a readjustment of the pretensioning force is required. This makes it possible to ensure that the pressure of the welding electrode on the workpiece during the
  • the Nachsetz shark is at least partially encased by a housing and / or arranged on a base plate.
  • the housing comprises on one of the base plate facing away Side a lid region on which the force storage means is arranged.
  • the housing not only holds the force storage means, but protects it in an advantageous manner against harmful environmental influences that could permanently limit the functionality of the force storage means.
  • the welding electrode is connected via a plunger with the force storage means and the base plate has a recess through which the plunger is passed.
  • the plunger is arranged on the force storage means in such a way that the plunger and / or the energy storage means at least partially protrudes from the housing.
  • the plunger can be guided through the recess with a precise fit, thereby further advantageously supporting the advancing movement along the advancing direction.
  • an adapter is arranged between welding electrodes and plunger, wherein the adapter is adaptable to a workpiece to be welded. It is conceivable that different adapters differ, for example, in their length. Depending on the thickness of the workpiece can then choose the right adapter for the respective manufacturing process. As a result, the welding electrode unit can be used for a variety of different workpieces. This is particularly advantageous for manufacturing equipment in which different components are formed and / or welded.
  • Another object of the present invention is a method for welding, preferably for projection welding, wherein a welding electrode by a
  • Vorhubterrorism is transferred to a welding position, one with the
  • the Vorhubieri of the Nachsetz is decoupled. Due to the decoupling the Nachsetzzi is solely dependent on the power storage means and is therefore easier and more precise adjustable.
  • FIG. 1 shows a perspective view of a welding unit according to a first exemplary embodiment of the present invention.
  • FIGS. 2a and 2b show in different side views respectively the
  • FIGS 2a and 2b show in different side views each one
  • a such welding electrode unit 100 is, for example, part of a manufacturing plant, in which a component for a vehicle, such as a hood, molded and joined. It is conceivable that in the manufacturing plant one or more workpieces 12 are first folded and then welded in a welding process in a weld 14. Preferably, the welding process is one
  • the welding electrode unit 100 is responsible for the welding.
  • the welding electrode unit 100 in this case comprises a welding electrode 13, which is arranged via an adapter 18 on a plunger 11.
  • the plunger 11 is retracted relative to a base plate 5, whereby the welding electrode 13 is arranged at a distance from the workpieces to be welded or to the workpiece 12 to be welded.
  • the base plate 5 of the welding electrode unit 100 comprises a
  • the recess is preferably adapted precisely to the plunger 1 1.
  • the leadership of the plunger can be supported 1 1 during its Vorhubmony. It is conceivable that the plunger 1 1 protrudes at least partially from the base plate 5 already in the basic position.
  • the compression spring 8 is connected via an upper spring pin 7 with the Nachsetz noticed 2 and a lower spring pin 9 with the plunger 1 1.
  • the Nachsetz driving 2 comprises a housing 17, wherein the housing 17 on its side facing away from the base plate 5 has a lid portion on the inside of the upper spring pin 7 and the compression spring 8 is fixed.
  • the Nachsetzz driving 2 is driven via a toggle mechanism 4 to a Vorhubdoch.
  • the Nachsetz driving 2 itself is coupled to a column guide 3, that the column guide 3, the Vorhubides in the Vorhubterrorism pretends.
  • the column guide 3 is also preferably fastened to the base plate.
  • the welding electrode unit 100 is the first exemplary one
  • Embodiment of the present invention shown in two different side views in a basic position.
  • part of the housing 17 is not shown in Figure 2b to release the view of the compression spring 8.
  • Knee lever mechanism 4 controlled the Vorhubamba.
  • the toggle mechanism 4 is preferably made in detail
  • first and the second hinge axis A and B are arranged along a direction parallel to the Vorhubraum direction, wherein
  • a piston of Pnaumatikzylinders 6 is extended, the first rocker 41 pivoted clockwise and the distance between the first hinge axis A and the second hinge axis B increases.
  • the piston is preferably pivotally connected to the first rocker 41 about a third hinge axis C.
  • the third hinge axis C moves at least partially on a circular path.
  • the pneumatic cylinder 6 is preferably pivoted on the base plate about a fourth hinge axis D, whereby the piston during its drive movement adjusts its inclination relative to the base plate 5.
  • FIGS. 3a and 3b the welding electrode unit 100 in the welding position according to the first exemplary embodiment of the present invention is shown in two different side views.
  • the Vorhubterrorism is completed.
  • the Vorhubterrorism of Nachsetz responded and thus the plunger 1 1 is preferably completed when the knee joint mechanism 4 is extended, i. the first, the second and the third joint axis A, B and C are arranged along the direction parallel to the Vorhubides E direction.
  • the Nachsetz responded 2, preferably locked in a fully extended toggle mechanism 4, in the welding position by means of the toggle mechanism 4.
  • the exemplary embodiment is formed by the compression spring 8. It is provided that over the duration of the welding process, the welding electrode 13 acts with a substantially constant force or with a substantially constant pressure on a weld 14. In this way, melting of the workpiece 12 occurring in the course of a welding process due to the system is compensated for in the region of the weld 14 (path-wise) via the trailing movement effected by the compression spring 8.
  • the force acting on the plunger 1 1 by the compression spring 8 can optionally be adjusted with the aid of an adjusting screw 1, wherein by means of the adjusting screw 1, a biasing force is adjustable or fixable, with the welding electrode 13 presses on the workpiece 12.
  • the welding electrode unit 100 has a sensor means 10 for force measurement, which is preferably arranged between the lower spring pin 9 and the plunger 11. This makes it possible in an advantageous manner, the force effect of the

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Resistance Welding (AREA)

Abstract

Die vorliegende Erfindung schlägt eine Schweißelektrodeneinheit vor, wobei die Schweißelektrodeneinheit eine bewegbare Nachsetzeinrichtung umfasst, wobei die Nachsetzeinrichtung ein Kraftspeichermittel aufweist, über das eine direkt oder indirekt mit dem Kraftspeichermittel verbundene Schweißelektrode für deren Nachsetzbewegung mit einer Kraft beaufschlagbar ist, wobei die Nachsetzeinrichtung durch eine Vorhubbewegung in eine Schweißstellung überführbar ist und in der Schweißstellung arretierbar ist

Description

BESCHREIBUNG
Schweißelektrodeneinheit
Stand der Technik Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schweißelektrodeneinheit und eine Verfahren zum Schweißen, vorzugsweise zum Buckelschweißen.
Solche Schweißelektrodeneinheiten sind beispielsweise aus industriellen Fertigungsanlagen bekannt, in denen bei einer hohen Taktung Werkstücke verschweißt werden. Dabei Vollziehen die Schweißelektroden Vorhubbewegungen, um mit einem zu schweißenden Werkstück in Kontakt zu treten. Es ist dabei zwingend erforderlich, dass die
Schweißelektrodeneinheit das Werkstück mit einer Schweißelektrode kontaktiert, um einen für den Schweißprozess notwendigen elektrischen Strom aufrechtzuerhalten. Wird der Kontakt unterbrochen, stoppt der Stromfluss durch die Schweißelektrode, woraufhin der Schweißprozess aussetzt. Ein solches Abreißen des Kontakts zwischen Schweißelektrode und Werkstück erfolgt oftmals zwangsläufig, wenn der Schweißprozess ein Teil des
Werkstücks zumindest zeitweise aufschmelzt. Der unterbrochene Schweißprozess wirkt sich dann nachteilig auf die Festigkeit und die Sichtpunktqualität (Oberflächenqualität) der Schweißstelle aus.
Um ein kontinuierlichen Schweißprozess zu garantieren, kennt der Stand der Technik Vorrichtungen, wie beispielsweise die aus der Druckschrift DE 10 2010 005 357 A1 , die für eine Nachsetzbewegung sorgen und das Unterbrechen des Kontakts unterbinden. Der Erfolg der Vorrichtung aus der Druckschrift DE 10 2010 005 357 A1 ist unter anderem darin begründet, dass der Druck der Schweißelektrode auf das Werkstück im Wesentlichen konstant gehalten werden kann. Dafür ist es erforderlich, dass eine Nachsetzeinrichtung in der Schweißstellung über eine Kraftquelle in Position gehalten wird. Dabei wird die
Bewegung der Schweißelektrode bestimmt durch eine Kopplung der Nachsetzbewegung mit der Vorhubbewegung.
Offenbarung der Erfindung
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die aus dem Stand der Technik bekannte Schweißelektrodeneinheit weiter zu verbessern. Insbesondere soll das Konstanthalten des Drucks der Schweißelektrode auf das Werkstück während des Schweißprozesses weiter optimiert werden. Dabei ist es die Absicht, mit der Schweißelektrodeneinheit die Festigkeit in der Schweißstelle genauso zu erhöhen wie ihre Sichtpunktqualität (Oberflächenqualität). Zudem wäre es wünschenswert eine kompakte Schweißelektrodeneinheit zur Verfügung zu stellen, die sich möglichst einfach in eine Fertigungsanlage integrieren lässt.
Die Aufgabe wird gelöst durch eine Schweißelektrodeneinheit, wobei die
Schweißelektrodeneinheit eine bewegbare Nachsetzeinrichtung umfasst, wobei die
Nachsetzeinrichtung ein Kraftspeichermittel aufweist, über das eine direkt oder indirekt mit dem Kraftspeichermittel verbundene Schweißelektrode für deren Nachsetzbewegung mit einer Kraft beaufschlagbar ist, wobei die Nachsetzeinrichtung durch eine Vorhubbewegung in eine Schweißstellung überführbar ist und in der Schweißstellung arretierbar ist.
Gegenüber dem Stand der Technik hat die erfindungsgemäße Schweißelektrodeneinheit den Vorteil, dass die Nachsetzeinrichtung in der Schweißstellung arretierbar ist. Durch die Arretierung wird die Nachsetzbewegung ausschließlich durch das Kraftspeichermittel bestimmt und ist im Wesentlichen unabhängig von anderen potenziellen Parametern, die die Nachsetzbewegung mit beeinflussen könnten. Dies erlaubt es in vorteilhafter Weise den im Schwei ßprozess eingestellten Druck konstant zu halten.
Dabei ist es vorgesehen, dass die Schweißelektrode mit einem zu verschweißenden Werkstück in der Schweißstellung in Kontakt tritt. Dabei ist als bevorzugtes
Schweißverfahren ein Buckelschweißen vorstellbar. Vorzugsweise erfolgt die
Vorhubbewegung linear. Weiterhin ist denkbar, dass die Schweißelektrodeneinheit
Bestandteil einer Fertigungsanlage ist, in der beispielsweise Werkstücke vor dem
Verschweißen umgeformt, bevorzugt verfalzt, werden. Beispielsweise handelt es sich bei dem Werkstück um ein Blech, das bereitgestellt werden soll und anschließend im Rahmen des Fertigungsprozesses zunächst geformt und anschließend, beispielsweise zu einer
Motorhaube verschweißt wird. Dabei sorgt die Nachsetzbewegung dafür, dass der Kontakt zwischen Schweißelektrode und zu verschweißenden Werkstück, der möglicherweise andernfalls durch das Aufschmelzen in der Schweißstelle unterbrochen werden könnte, aufrecht erhalten bleibt.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen, sowie der Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen entnehmbar.
In einer weiteren Ausführungsform ist es vorgesehen, dass die Vorhubbewegung von der Nachsetzbewegung entkoppelt ist. Vorzugsweise erfolgen hierbei Vorhubbewegung und Nachsetzbewegung in dieselbe auf ein Werkstück gerichtete Richtung. Durch die
Entkopplung wird in vorteilhafter Weise eine Mitbeeinträchtigung der Nachsetzbewegung durch die Vorhubbewegung ausgeschlossen, die sich andernfalls nur schwer vermeiden lässt, da Vorhubbewegung und Nachsetzbewegung vorzugsweise gleichgerichtet sind. Als Konsequenz wird die Kraft, mit der die Schweißelektrode beaufschlagt wird durch das Kraftspeichermittel festgelegt.
In einer weiteren Ausführungsform ist es vorgesehen, dass die Nachsetzeinrichtung mittels einer Kniehebelmechanik
— in die Schweißstellung überführbar ist und/oder
— in der Schweißstellung arretierbar ist. Mit Hilfe der Kniehebelmechanik lässt sich nicht nur auf einfache Weise die Vorhubbewegung steuern, sondern die Nachsetzeinrichtung in der Schweißstellung derart arretieren, dass die Nachsetzbewegung von der
Vorhubbewegung entkoppelt ist. Dabei ist es vorgesehen, dass durch die
Kniehebelmechanik eine im Wesentlichen senkrecht zur Vorhubbewegung verlaufende Antriebsbewegung in die Vorhubbewegung der Nachsetzeinrichtung übersetzbar ist. Dies erlaubt es, in vorteilhafter Weise eine Schweißelektrodeneinheit zu realisieren, die platzsparend in eine Fertigungsanlage integrierbar ist. Insbesondere lässt sich durch die Kniehebelmechanik der Hubweg ohne Verringerung der Vorhubkraft steigern.
In einer weiteren Ausführungsform ist es vorgesehen, dass die Schweißelektrodeneinheit derart ausgestaltet ist, dass die Vorhubbewegung zeitversetzt zur Nachsetzbewegung erfolgt. Insbesondere wird die Vorhubbewegung beendet, sobald die Schweißstellung erreicht wird. Erst dann setzen der Schwei ßprozess und die für das Aufrechthalten des Schweißprozesses erforderliche Nachsetzbewegung ein. Vorzugsweise ist die
Kniehebelmechanik durchgestreckt und arretiert die Nachsetzeinrichtung, dessen
Kraftspeichermittel dann allein für die Nachsetzbewegung verantwortlich ist.
In einer weiteren Ausführungsform ist es vorgesehen, dass eine Vorhubrichtung, entlang der die Vorhubbewegung erfolgt, mittels einer Säulenführung festlegbar ist. Dabei ist es vorgesehen, dass die Nachsetzeinrichtung derart mit der Säulenführung verbunden ist, dass die Nachsetzeinrichtung die Säulenführung als eine Art Schienensystem nutzt. Dabei ist es vorstellbar, dass die Nachsetzeinrichtung die Säulenführung zumindest teilweise umgibt und relativ zu ihr bewegbar ist. Durch die Säulenführung wird die Vohubbewegung kontrolliert und die Übertragung der Antriebsbewegung auf die Vorhubbewegung in vorteilhafte Weise unterstützt.
In einer weiteren Ausführungsform ist es vorgesehen, dass die Kniehebelmechanik mit einer Kraftquelle verbunden ist, wobei die Vorhubbewegung durch einen Kraftfluss von der Kraftquelle über die Kniehebelmechanik in die Nachsetzeinrichtung steuerbar ist.
Vorzugsweise bewirkt die Kraftquelle die Antriebsbewegung und die Kniehebelmechanik überträgt die von der Kraftquelle ausgehende Kraft möglichst verlustfrei auf die
Nachsetzeinrichtung für die Vorhubbewegung. Durch die Kniehebelmechanik lässt sich die Kraft in vorteilhafte Weise möglichst direkt bzw. unmittelbar auf die Nachsetzeinrichtung übertragen.
In einer weiteren Ausführungsform ist es vorgesehen, dass die Kraftquelle einen
Kompressor, eine Pumpe und/oder einen Pneumatikzylinder umfasst. Insbesondere ist die Kraftquelle an die gewünschte bzw. geforderte Vorhubbewegung angepasst. Vorzugsweise ist die Kraftquelle direkt ansteuerbar und/oder an die Taktung in einer Fertigungsanlage angepasst. Insbesondere lässt sich durch die Kniehebelmechanik ein räumlich kleiner Pneumatikzylinder bei gleichzeitiger Steigerung des Hubweges ohne Verringerung der Vorhubkraft realisieren. Dadurch lässt sich eine kompakte Schweißelektrodeneinheit verwirklichen, die sich möglichst einfach in eine Fertigungsanlage integrieren lässt.
In einer weiteren Ausführungsform ist es vorgesehen, dass das Kraftspeichermittel eine Druckfeder, einen Elastomer-, einen Hydraulik und/oder ein weiteren Pneumatikzylinder umfasst. Insbesondere wird das Kraftspeichermittel von der Nachsetzeinrichtung zumindest teilweise umhüllt und bei der Nachsetzeinrichtung bei der Vorhubbewegung mitgeführt. In vorteilhafter Weise lässt sich durch die Wahl einer Federkonstanten der Druckfeder die Kraft, mit der die Schweißelektrode beaufschlagt wird, möglichst optimal an den Schweißprozess bzw. an das zu verschweißende Werkstück anpassen. In einer weiteren Ausführungsform ist es vorgesehen, dass die Nachsetzeinrichtung
— eine Einstellschraube und/oder
— ein Sensormittel zur Kraftmessung umfasst. Mittels der Einstellschraube lässt sich in vorteilhafter Weise eine Vorspannkraft für die Nachsetzbewegung festgelegen. Durch das Sensormittel zur Kraftmessung lässt sich unmittelbar überprüfen, ob der Druck konstant ist oder ob eine Nachkorrektur der Vorspannkraft erforderlich ist. Dadurch ist es möglich, dafür zu sorgen, dass der Druck der Schweißelektrode auf das Werkstück während der
Schweißprozesses möglichst konstant bleibt, auch wenn durch das Aufschmelzen des Werkstücks dieses Konstanthalten erschwert wird. In einer weiteren Ausführungsform ist es vorgesehen, dass die Nachsetzeinrichtung zumindest teilweise von einem Gehäuse ummantelt wird und/oder auf einer Grundplatte angeordnet ist. Insbesondere umfasst das Gehäuse auf einer der Grundplatte abgewandten Seite einen Deckelbereich, an dem das Kraftspeichermittel angeordnet ist. Das Gehäuse hält nicht nur das Kraftspeichermittel, sondern schützt es in vorteilhafter Weise vor schädlichen Umwelteinflüssen, die die Funktionalität des Kraftspeichermittels auf Dauer einschränken könnten.
In einer weiteren Ausführungsform ist es vorgesehen, dass die Schweißelektrode über einen Stößel mit dem Kraftspeichermittel verbunden ist und die Grundplatte eine Aussparung aufweist, durch die der Stößel hindurchführbar ist. Insbesondere ist der Stößel derart am Kraftspeichermittel angeordnet, dass der Stößel und/oder das Kraftspeichermittel zumindest teilweise aus dem Gehäuse herausragt. Weiterhin ist es vorgesehen, dass der Stößel passgenau durch die Aussparung führbar ist und dadurch die Vorhubbewegung entlang der Vorhubrichtung in vorteilhafter Weise weiter unterstützt wird.
In einer weiteren Ausführungsform ist es vorgesehen, dass zwischen Schweißelektroden und Stößel ein Adapter angeordnet ist, wobei der Adapter an ein zu verschweißendes Werkstück anpassbar ist. Dabei ist es vorstellbar, dass sich verschiedene Adapter beispielsweise in ihrer Länge unterscheiden. Abhängig von der Dicke des Werkstücks lässt sich dann der passende Adapter für den jeweiligen Fertigungsprozess wählen. Dadurch lässt sich die Schweißelektrodeneinheit für eine Vielzahl von unterschiedlichen Werkstücken verwenden. Dies ist besonders für Fertigungsanlagen von Vorteil, in denen unterschiedliche Bauteile geformt und/oder geschweißt werden.
Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Schweißen, vorzugsweise zum Buckelschweißen, wobei eine Schweißelektrode durch eine
Vorhubbewegung in eine Schweißstellung überführt wird, wobei eine mit der
Schweißelektrode verbunden Nachsetzeinrichtung in der Schweißstellung arretiert wird und die Schweißelektrode für eine Nachsetzbewegung direkt oder indirekt mit einer Kraft beaufschlagt wird. Durch die Arretierung ist die Nachsetzbewegung weitgehend unabhängig von anderen Einflüssen und kann in vorteilhafter Weise allein durch die Wahl des Kraftflussmittels, beispielsweise bei einer Druckfeder durch dessen Federkonstante, bestimmt werden.
Insbesondere kann durch die Arretierung darauf verzichtet werden, durch weiteren
Kraftaufwand die Nachsetzeinrichtung nach Einnahme der Schweißstellung in ihrer Position zu halten. In einer weiteren Ausführungsform ist es vorgesehen, dass die Vorhubbewegung von der Nachsetzeinrichtung, vorzugsweise mit einer Kniehebelmechanik, entkoppelt wird. Durch die Entkopplung wird die Nachsetzbewegung allein abhängig vom Kraftspeichermittel und ist daher einfacher und präziser einstellbar.
In einer weiteren Ausführungsform ist es vorgesehen, dass zum Schweißen, vorzugsweise zum Buckelschweißen, eine Schweißelektrodeneinheit gemäß einem der Ansprüche 1 bis 12 verwendet wird. Dadurch lässt sich in vorteilhafter Weise eine möglichst feste
Schweißstellung realisieren, die zudem erhöhten Anforderungen in Hinblick auf die
Sichtpunktqualität gerecht wird.
Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den
Zeichnungen, sowie aus der nachfolgenden Beschreibung von bevorzugten
Ausführungsformen anhand der Zeichnungen. Die Zeichnungen illustrieren dabei lediglich beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung, welche den wesentlichen
Erfindungsgedanken nicht einschränken
Kurze Beschreibung der Figuren Die Figur 1 zeigt in einer perspektivischen Ansicht eine Schweißeinheit gemäß einer ersten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Die Figuren 2a und 2b zeigen in verschiedenen Seitenansichten jeweils die
Schweißelektrodeneinheit gemäß der ersten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in einer Grundstellung.
Figuren 2a und 2b zeigen in verschiedenen Seitenansichten jeweils eine
Schweißelektrodeneinheit gemäß einer ersten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in einer Schweißstellung.
Ausführungsformen der Erfindung
In den verschiedenen Figuren sind gleiche Teile stets mit den gleichen Bezugszeichen versehen und werden daher in der Regel auch jeweils nur einmal benannt bzw. erwähnt.
In Figur 1 ist in einer perspektivischen Ansicht eine Schweißelektrodeneinheit 100 gemäß einer ersten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt. Eine solche Schweißelektrodeneinheit 100 ist beispielsweise Bestandteil einer Fertigungsanlage, in der ein Bauteil für ein Fahrzeug, wie z.B. eine Motorhaube, geformt und gefügt wird. Dabei ist es vorstellbar, dass in der Fertigungsanlage ein oder mehrere Werkstücke 12 zunächst gefalzt und anschließend in einem Schweißprozess in einer Schweißstelle 14 verschweißt werden. Vorzugsweise handelt es sich beim Schweißprozess um einen
Buckelschweißprozess. In der Fertigungsanlage ist die Schweißelektrodeneinheit 100 verantwortlich für das Verschweißen. Die Schweißelektrodeneinheit 100 umfasst hierbei eine Schweißelektrode 13, die über einen Adapter 18 an einem Stößel 1 1 angeordnet ist. In einer in der Figur illustrierten Grundstellung der Schweißelektrodeneinheit 100 ist der Stößel 1 1 gegenüber eine Grundpatte 5 eingefahren, wodurch die Schweißelektrode 13 beabstandet zu den zu verschweißenden Werkstücken bzw. zu dem zu schweißenden Werkstück 12 angeordnet ist. Um von der Grundstellung in eine Schweißstellung, in der die
Schweißelektrode zumindest eines der zu verschweißenden Werkstücke 12 kontaktiert, zu gelangen, ist es vorgesehen, dass der Stößel 1 1 entlang einer Vorrhubrichtung E eine Vorhubbewegung vollzieht.
Vorzugsweise umfasst die Grundplatte 5 der Schweißelektrodeneinheit 100 eine
Aussparung, die der Stößel 1 1 bei seiner Vorhubbewegung passiert bzw. durchschreitet. Dabei ist die Aussparung vorzugsweise passgenau an den Stößel 1 1 angepasst. Dadurch kann die Führung des Stößels 1 1 bei seiner Vorhubbewegung unterstützt werden. Dabei ist es vorstellbar, dass der Stößel 1 1 bereits in der Grundstellung zumindest teilweise aus der Grundplatte 5 herausragt. Durch die Vorhubbewegung soll das Maß des Herausragens derart vergrößert werden, dass die Schweißelektrode 13 am Ende seiner Vorhubbewegung in Kontakt tritt mit dem zu verschweißenden Werkstück 12.
Weiterhin ist es vorgesehen, dass der Stößel 1 1 über eine Druckfeder 8 mit einer
Nachsetzeinrichtung 2 verbunden ist. Vorzugsweise ist die Druckfeder 8 über einen oberen Federbolzen 7 mit der Nachsetzeinrichtung 2 und über einen unteren Federbolzen 9 mit dem Stößel 1 1 verbunden. Dabei umfasst die Nachsetzeinrichtung 2 ein Gehäuse 17, wobei das Gehäuse 17 auf seiner der Grundplatte 5 abgewandten Seite einen Deckelbereich aufweist, an dessen Innenseite der obere Federbolzen 7 bzw. die Druckfeder 8 befestigt ist.
Vorzugsweise umgibt das Gehäuse 17 die Druckfeder 8 hülsenartig, wobei an einem unteren, der Grundplatte 5 zugewandten Ende das Gehäuse 17 eine Öffnung aufweist, aus der der Stößel 1 1 und/oder die Druckfeder 8 aus dem Gehäuse 17 herausragt.
Es ist weiterhin vorgesehen, dass die Nachsetzeinrichtung 2 über eine Kniehebelmechanik 4 zu einer Vorhubbewegung antreibbar ist. Die Nachsetzeinrichtung 2 selbst ist dabei derart an eine Säulenführung 3 gekoppelt, dass die Säulenführung 3 die Vorhubrichtung bei der Vorhubbewegung vorgibt. Vorzugsweise umfasst bzw. umgreift zumindest ein Teil der Nachsetzeinrichtung 2, insbesondere ein Teil des Gehäuses 17, dazu die Säulenführung 3. Die Säulenführung 3 ist vorzugsweise ebenfalls an der Grundplatte befestigt. In Figur 2a und 2b ist die Schweißelektrodeneinheit 100 der ersten beispielhaften
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in zwei verschiedenen Seitenansichten in einer Grundstellung dargestellt. Dabei ist in Figur 2b ein Teil des Gehäuses 17 nicht dargestellt, um den Blick auf die Druckfeder 8 freizugeben. Für die Vorhubbewegung der
Nachsetzeinrichtung 2 und damit für den Stößel 1 1 aus der Grundstellung ist es vorgesehen, dass die Kniehebelmechanik 4 eine im Wesentlichen senkrecht zur Vorhubrichtung verlaufende Antriebsbewegung bzw. im Wesentlichen senkrecht zur Vorhubbewegung gerichtete Antriebskraft in die Vorhubbewegung übersetzt. Damit wird über die
Kniehebelmechanik 4 die Vorhubbewegung gesteuert. Die Kniehebelmechanik 4 setzt sich im Detail vorzugsweise aus
— einer um eine erste Gelenkachse A verschwenkbaren ersten Schwinge 41 und
— einer um eine zweite Gelenkachse B verschwenkbare zweiten Schwinge 42 zusammen, wobei erste und zweite Schwinge 41 und 42 derart miteinander verbunden sind, dass die erste Schwinge 41 relativ zur zweiten Schwinge 42 um eine dritte Gelenkachse C
verschwenkbar ist. Insbesondere sind die erste und die zweite Gelenkachse A und B entlang einer parallel zur Vorhubrichtung verlaufenden Richtung angeordnet, wobei
— die erste Schwinge 41 um die erste Gelenkachse A verschwenkbar an der entlang der Vorhubrichtung bewegbaren Nachsetzeinrichtung 2 und
— die zweite Schwinge 42 um die zweite Gelenkachse B an einer ortsfesten Gerüststruktur 15
angelenkt ist. Dadurch ist es möglich, dass durch eine im Wesentlichen senkrecht zur Vorhubrichtung verlaufende Antriebsbewegung, die die dritte Gelenkachse C vollzieht, ein Abstand zwischen der ersten Gelenkachse A und der zweiten Gelenkachse B variierbar ist, wodurch schließlich die Nachsetzeinrichtung 2 entlang der Vorhubrichtung E bewegbar ist. In der in Figur 1 dargestellten Ausführungsform ist es vorgesehen, dass die Antriebsbewegung durch einen Pneumatikzylinder 6 eingeleitet wird. Für eine Bewegung der
Nachsetzeinrichtung 2 in Richtung Grundplatte 5 wird ein Kolben des Pnaumatikzylinders 6 ausgefahren, die erste Schwinge 41 im Uhrzeigersinn verschwenkt und der Abstand zwischen erster Gelenkachse A und der zweiten Gelenkachse B vergrößert. Der Kolben ist dabei vorzugsweise an der ersten Schwinge 41 um eine dritte Gelenkachse C schwenkbar angelenkt. Bei der Antriebsbewegung des Kolbens bewegt sich die dritte Gelenkachse C zumindest teilweise auf einer kreisförmigen Bahn. Um die Schwenkbewegung der ersten Schwinge A bewirken zu können ist es daher erforderlich, dass der Kolben bei seiner Antriebsbewegung zumindest teilweise dieser kreisförmigen Bahn folgt. Dazu ist der Pneumatikzylinder 6 vorzugsweise an der Grundplatte um eine vierte Gelenkachse D schwenkbar angelenkt, wodurch der Kolben während seiner Antriebsbewegung seine Neigung relativ zur Grundplatte 5 anpasst.
In den Figuren 3a und 3b ist die Schweißelektrodeneinheit 100 in der Schweißstellung gemäß der ersten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in zwei verschieden Seitenansichten dargestellt. In der Schweißstellung ist die Vorhubbewegung beendet. Die Vorhubbewegung von Nachsetzeinrichtung und damit des Stößels 1 1 wird vorzugsweise beendet, sobald die Kniegelenkmechanik 4 durchgestreckt ist, d.h. die erste, die zweite und die dritte Gelenksachse A,B und C entlang der parallel zur Vorhubrichtung E verlaufenden Richtung angeordnet sind. Insbesondere wird die Nachsetzeinrichtung 2, vorzugsweise bei einer durchgestreckten Kniehebelmechanik 4, in der Schweißstellung mittels der Kniehebelmechanik 4 arretiert.
Sobald die Schweißstellung erreicht wird, ist die durch die Kniehebelmechanik 4 gesteuerte Vorhubbewegung beendet. Eine sich anschließenden Nachsetzbewegung ist insbesondere unabhängig von der Vorhubbewegung. Für die im Schweißprozess erforderliche
Nachsetzbewegung sorgt ein Kraftspeichermittel, das in der dargestellten ersten
beispielhaften Ausführungsform durch die Druckfeder 8 gebildet wird. Dabei ist es vorgesehen, dass über die Dauer des Schweißprozesses die Schweißelektrode 13 mit einer im Wesentlichen konstanten Kraft bzw. mit einem im Wesentlichen konstanten Druck auf eine Schweißstelle 14 einwirkt. Hierdurch wird ein bei einem Schweißprozess systembedingt auftretendes Aufschmelzen des Werkstücks 12 im Bereich der Schweißstelle 14 (wegmäßig) über die von der Druckfeder 8 bewirkte Nachsetzbewegung ausgeglichen. Die durch die Druckfeder 8 auf den Stößel 1 1 wirkende Kraft lässt sich dabei optional mit Hilfe eine Einstellschraube 1 einstellen, wobei mittels der Einstellschraube 1 eine Vorspannkraft einstellbar bzw. festlegbar ist, mit der die Schweißelektrode 13 auf das Werkstück 12 drückt.
Insbesondere verfügt die Schweißelektrodeneinheit 100 über ein Sensormittel 10 zur Kraftmessung, das vorzugsweise zwischen dem unteren Federbolzen 9 und dem Stößel 1 1 angeordnet ist. Dadurch lässt sich auf vorteilhafte Weise die Kraftein Wirkung der
Schweißelektrode 13 auf das Werkstück 12 kontrollieren und gegebenenfalls durch die Einstellschraube 1 korrigieren bzw. optimieren. Bezugszeichenliste
1 Einstellschraube
2 Nachsetzeinrichtung
3 Säulenführung
4 Kniehebelmechanik
5 Grundplatte
6 Pneumatikzylinder
7 oberer Federbolzen
8 Druckfeder
9 unterer Federbolzen
10 Sensormittel zur Kraftmessung
11 Stößel
12 Werkstück
13 Schweißelektrode
14 Schweißstelle
15 Gerüststruktur
16 Zylinderachse
17 Gehäuse
18 Adapter
41 erste Schwinge
42 zweite Schwinge
A erster Gelenkachse
B zweiter Gelenkachse
C dritter Gelenkachse
D vierter Gelenkachse
E Vorhubrichtung

Claims

PATENTANSPRÜCHE:
1. Schweißelektrodeneinheit (100), wobei die Schweißelektrodeneinheit (100) eine
bewegbare Nachsetzeinrichtung (2) umfasst, wobei die Nachsetzeinrichtung (2) ein Kraftspeichermittel aufweist, über das eine direkt oder indirekt mit dem
Kraftspeichermittel verbundene Schweißelektrode (13) für deren Nachsetzbewegung mit einer Kraft beaufschlagbar ist, wobei die Nachsetzeinrichtung (2) durch eine Vorhubbewegung in eine Schweißstellung überführbar ist und in der Schweißstellung arretierbar ist.
2. Schweißelektrodeneinheit (100), wobei die Vorhubbewegung von der
Nachsetzbewegung entkoppelt ist.
3. Schweißelektrodeneinheit (100), wobei die Nachsetzeinrichtung (2) mittels einer Kniehebelmechanik (4)
— in die Schweißstellung überführbar ist und/oder
— in der Schweißstellung arretierbar ist.
4. Schweißelektrodeneinheit (100) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei die Schweißelektrodeneinheit (100) derart ausgestaltet ist, dass die
Vorhubbewegung zeitversetzt zur Nachsetzbewegung erfolgt.
5. Schweißelektrodeneinheit (100), wobei eine Vorhubrichtung (D), entlang der die
Vorhubbewegung erfolgt, mittels einer Säulenführung (3) festlegbar ist.
6. Schweißelektrodeneinheit (100) gemäß einem der Ansprüche 3 bis 5, wobei die
Kniehebelmechanik (4) mit einer Kraftquelle verbunden ist, wobei die
Vorhubbewegung durch einen Kraftfluss von der Kraftquelle über die
Kniehebelmechanik (4) in die Nachsetzeinrichtung (2) steuerbar ist.
7. Schweißelektrodeneinheit nach Anspruch 6, wobei die Kraftquelle einen Kompressor, eine Pumpe und/oder einen Pneumatikzylinder (6) umfasst.
8. Schweißelektrodeneinheit (100) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei das Kraftspeichermittel eine Druckfeder, einen Elastomer-, einen Hydraulik und/oder ein weiteren Pneumatikzylinder umfasst.
9. Schweißelektrodeneinheit (100) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Nachsetzeinrichtung (2)
— eine Einstellschraube (1 ) und/oder
— ein Sensormittel (10) zur Kraftmessung umfasst.
10. Schweißelektrodeneinheit (100) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei die Nachsetzeinrichtung (3) zumindest teilweise von einem Gehäuse (17) ummantelt wird und/oder auf einer Grundplatte (5) angeordnet ist.
11 . Schweißelektrode (100) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Schweißelektrode (13) über einen Stößel (1 1 ) mit dem Kraftspeichermittel verbunden ist und die Grundplatte (5) eine Aussparung aufweist, durch die der Stößel (1 1 ) hindurchführbar ist.
12. Schweißelektrodeneinheit (100) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei zwischen Schweißelektroden (13) und Stößel (1 1 ) ein Adapter (18) angeordnet ist, wobei der Adapter (18) an ein zu verschweißendes Werkstück (12) anpassbar ist.
13. Verfahren zum Schweißen, vorzugsweise zum Buckelschweißen, wobei eine
Schweißelektrode (13) durch eine Vorhubbewegung in eine Schweißstellung überführt wird, wobei eine mit der Schweißelektrode (13) verbundene
Nachsetzeinrichtung (2) in der Schweißstellung arretiert wird und die
Schweißelektrode (13) für eine Nachsetzbewegung direkt oder indirekt mit einer Kraft beaufschlagt wird.
14. Verfahren gemäß Anspruch 13, wobei die Vorhubbewegung von der
Nachsetzeinrichtung (2), vorzugsweise mit einer Kniehebelmechanik (4), entkoppelt wird.
15. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 13 oder 14, wobei zum Schweißen,
vorzugsweise zum Buckelschweißen, eine Schweißelektrodeneinheit (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 12 verwendet wird.
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