NETZELMANN UDO (DE)
FRAUNHOFER GES FORSCHUNG (DE)
US20170136568A1 | 2017-05-18 | |||
DE202014103058U1 | 2014-07-11 | |||
DE10150633A1 | 2003-04-30 | |||
US20100163732A1 | 2010-07-01 | |||
DE102007058566A1 | 2009-06-04 |
Patentansprüche 1. Verfahren zum Bestimmen der Qualität einer Schweiß oder Lötverbindung (4) beim Anschweißen oder Löten von Hartstoffkörpern (6) an Zähnen (8) eines Sägeblatts (10), insbesondere eines Band- oder Kreissägeblatts, durch Schweißen, insbesondere Widerstandsschweißen, oder Löten, wobei ein jeweiliger Zahn (8) und ein jeweiliger Hartstoffkörper (6) aneinandergefügt werden, dadurch gekennzeichnet, dass nach Anschweißen oder Löten des Hartstoffkörpers (6) an den Zahn (8) mittels einer Wärmeeinleitungseinrichtung (12) eine Wärmemenge Q in den Hartstoffkörper (6) eingeleitet wird, und dass mittels einer Temperaturerfassungseinrichtung (18) eine Temperatur erfasst wird, und anhand der erfassten Temperatur mittels einer elektronischen Datenverarbeitungseinrichtung (22) die Qualität der Schweiß- oder Lötverbindung (4) bestimmt wird. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur an dem Zahn (8) des Sägeblatts (10) erfasst wird. 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur an dem Hartstoffkörper (6) erfasst wird . 4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmemenge Q auf einer ersten Seite (16) bezüglich einer Ebene des Sägeblatts (10) in den Hartstoffkörper (6) eingeleitet wird und die Temperatur an dem Hartstoffkörper (6) auf einer der ersten Seite (16) gegenüberliegenden zweiten Seite (20) des Hartstoffkörpers (6) erfasst wird. 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur mittels einer Infrarotkamera als Temperaturerfassungseinrichtung (18) erfasst wird. 6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmemenge Q mittels Laserleistung P(t) in Form eines Pulses (14) mit Pulsdauer tp in den Hartstoffkörper eingeleitet wird. 7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Pulsdauer tp 0,05 s bis 0,5 s beträgt. 8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur über eine Zeitdauer tmess erfasst wird. 9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur zumindest teilweise während des Einleitens der Wärmemenge Q in den Hartstoffkörper (6) erfasst wird. 10. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine zeitlich gemittelte Änderungsrate der Temperatur ATp,gemitteit während des Einleitens der Wärmemenge Q in den Hartstoffkörper (6) ermittelt wird, dass eine zeitlich gemittelte Temperatur Tmess, gemittelt während der Zeitdauer tmess ermittelt wird, und dass eine normierte Temperaturänderungsrate hTnormiert ermittelt wird, indem die gemittelte Änderungsrate ATp,gemitteit durch die gemittelte Temperatur Tmess, gemittelt dividiert wird. 11. Einrichtung (2) zum Durchführen des Verfahrens nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung (2) eine Wärmeeinleitungseinrichtung (12) zum Einleiten einer Wärmemenge Q in den Hartstoffkörper (6) nach dem Anschweißen oder Löten des Hartstoffkörpers (6) an den Zahn (8), eine Temperaturerfassungseinrichtung (18) zum Erfassen der Temperatur und eine elektronische Datenverarbeitungseinrichtung (22) zum Bestimmen der Qualität der Schweiß- oder Lötverbindung (4) von Zahn (8) und Hartstoffkörper (8) anhand der erfassten Temperatur umfasst. 12. Einrichtung (2) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeeinleitungseinrichtung (12) ein Laser ist. 13. Einrichtung (2) nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperaturerfassungseinrichtung (18) eine Infrarotkamera ist. 14. Einrichtung (2) nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeeinleitungseinrichtung (12) und die Temperaturerfassungseinrichtung (18) derart angeordnet und ausgebildet sind, dass die Wärmemenge Q auf einer ersten Seite (16) bezüglich einer Ebene des Sägeblatts (8) in den Hartstoffkörper (6) einleitbar ist, und dass die Temperatur an dem Hartstoffkörper (6) auf einer der ersten Seite (16) gegenüberliegenden zweiten Seite (20) des Hartstoffkörpers (6) erfassbar ist. 15. Widerstandsschweißeinrichtung (32) mit einer Schweißelektrode (34) zum Anschweißen eines jeweiligen Hartstoffkörpers (6) an einen jeweiligen Zahn (8) eines Sägeblatts (10), wobei der jeweilige Hartstoffkörper (6) und der jeweilige Zahn (8) des Sägeblatts (10) durch Einleiten eines Schweißimpulses an- oder aufgeschmolzen und aneinandergefügt werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Widerstandseinrichtung (32) eine Einrichtung (2) nach einem der Ansprüche 11 bis 14 umfasst. |
Beschreibung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen der Qualität einer Schweiß- oder Lötverbindung beim Anschweißen oder Löten von Hartstoffkörpern an Zähnen eines Sägeblatts, insbesondere eines Band- oder Kreissägeblatts, durch
Schweißen, insbesondere Widerstandsschweißen oder Löten, wobei ein jeweiliger Zahn und ein jeweiliger
Hartstoffkörper aneinandergefügt werden.
Die Erfindung betrifft weiterhin eine Einrichtung zum
Durchführen des Verfahrens und eine Widerstandsschweißeinrichtung mit einer Schweißelektrode zum Anschweißen eines jeweiligen Hartstoffkörpers an einen jeweiligen Zahn des Sägeblatts.
Beim Herstellen von Sägeblättern werden beispielsweise elektrisch schweißbare Hartstoffkörper an einer
Schweißstelle an Zähne der Sägeblätter durch
Widerstandsschweißen gefügt, indem die Schweißobjekte an der Schweißstelle durch Energiezufuhr aufgeschmolzen und typischerweise unter der Wirkung einer Anpresskraft durch Erstarren der Schmelze verschweißt werden.
Wenn vorstehend von einem Hartstoffkörper die Rede ist, wird hierunter ein Körper an sich beliebiger Geometrie, insbesondere Kugel, Zylinder, Plattenform, aus einem
Hartstoff, insbesondere Hartmetall, Cermet, Schneidkeramik, Diamant, insbesondere beschichtet, verstanden. Bei
Hartmetall kann es sich beispielsweise um einen
schweißbaren Sinterwerkstoff mit einer Korngröße von 0,2 gm - 1,2 gm handeln, insbesondere bestehend aus 6% bis 16% Binder, meist Kobalt (Co) , und einem entsprechenden Rest 94% bis 84% insbesondere Wolframcarbid (WC) , insbesondere mit kleinen Mengen Tantal (Ta) , Niob (Nb) , oder Karbiden, wie zum Beispiel Tantalcarbid (TaC) , Titancarbid (TiC) , Niobcarbid (NbC) . Als Binder können neben Cobalt
insbesondere Nickel (Ni) oder Eisen-Kobalt-Nickel- Legierungen (FeCoNi) in Frage kommen. Zur Verbesserung der Schneid- und/oder Gleiteigenschaften kann das Hartmetall eine Beschichtung aus TiC, TiN, Titancarbonitrid (TiCN) oder Aluminiumoxyd (A1 2 0 3) umfassen. Bei Cermet und
Schneidkeramik handelt es sich beispielweise um schweißbare Sinterwerkstoffe mit keinem oder nur einem geringen Anteil an Wolframcarbid; üblich sind hier Mischcarbide, wie zum Beispiel Titancarbid oder Titannitrid oder Mischungen daraus. Als Binder kommen die vorstehend genannten Binder in Frage.
Prozessschwankungen, Geometrieabweichungen, Verschleiß und Abnutzung an Schweiß- oder Lötwerkzeug und andere Einflüsse können gelegentlich zu mangelhaften Schweiß- oder
Lötverbindungen führen. Typische Mängel beim Schweißen sind beispielsweise die Unterschweißung, bei der nur ein kleiner Flächenanteil der Schweißstelle eine Bindung liefert, oder sogenannte "Kleber", bei denen es sich um optisch
gutaussehende Schweißverbindungen handelt, die jedoch mechanisch keine nennenswerten Kräfte übertragen können. Unterschweißung und Kleber entstehen beispielsweise durch Risse, Hohlräume, Bindefehler oder ungenügende
Durchschweißung der Schweißverbindung oder der zu
verschweißenden Komponenten. Ein weiterer typischer Mangel ist die Überschweißung, bei der aufgrund von Form- oder Maßabweichungen, insbesondere unter Ausbildung eines
Wulstes, ein zu großer Flächenanteil eine Bindung liefert. Typische Mängel bei Lötverbindungen sind beispielsweise kalte Lötstellen oder die Verwendung von zu viel Lot, was wiederrum zu Form- oder Maßabweichungen, insbesondere unter Ausbildung eines Wulstes, führen kann, so dass ein zu großer Flächenanteil eine Bindung liefert. Solche Mängel können in der späteren Benutzung des Sägeblatts zu
Fehlfunktionen, beispielsweise Abtrennung der
Hartstoffkörper von den Zähnen, führen.
Zur Prüfung der Qualität von Schweiß- oder Lötverbindungen bei Sägeblättern sind aus dem Stand der Technik zerstörende Prüfverfahren, beispielsweise die metallographische
Präparation bekannt, wobei stichprobenartig einzelne
Sägeblätter entnommen werden und anhand von Schliffbildern der Schweiß- oder Lötverbindung die Qualität beurteilt wird. Nachteilig daran ist beispielsweise, die
Unvollständigkeit der Prüfung und der Verlust der geprüften Sägeblätter .
Weiter ist es aus dem Stand der Technik bekannt, die
Qualität der Schweiß- oder Lötverbindung anhand des
elektrischen Übergangswiderstands zwischen Hartstoffkörper und Sägeblatt zu bestimmen. Dazu wird ein elektrischer Strom über die Schweiß- oder Lötstelle geleitet und der Spannungsabfall an den Fügepartnern als Prüfgröße bestimmt. Hierzu ist es erforderlich, das Prüfobjekt an vier Stellen elektrisch zu kontaktieren. Die hierbei auftretenden zusätzlichen Übergangswiderstände können wiederum die
Messung verfälschen.
Weitere aus dem Stand der Technik bekannte zerstörungsfreie Prüfverfahren zum Bestimmen der Qualität von Schweiß- oder Lötverbindungen erweisen sich für die Anwendung bei
Sägeblättern als ungeeignet. Beispielsweise ist die
Sichtprüfung nur oberflächlich und daher ungenau. Die Ultraschallprüfung ist wegen der geringen Größe und der teilweise komplexen Formen der Hartstoffkörper nicht geeignet. Die Geometrie des Sägeblatts und Magnetismus der Werkstoffe erschweren die Wirbelstromprüfung. Das
Röntgenprüfverfahren ist einerseits zeitaufwändig und daher zu langsam für die Anwendung im Rahmen einer
Serienproduktion, andererseits kann die Röntgenstrahlung die Hartstoffkörper nur schwer durchdringen.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein
Verfahren zur Ermittlung der Qualität einer Schweiß- oder Lötnaht anzugeben, mit dem die Nachteile der aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren überwunden werden können.
Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, dass nach Anschweißen oder Löten des Hartstoffkörpers an den Zahn mittels einer Wärmeeinleitungseinrichtung eine Wärmemenge Q in den
Hartstoffkörper eingeleitet wird, und dass mittels einer Temperaturerfassungseinrichtung eine Temperatur erfasst wird, und anhand der erfassten Temperatur mittels einer elektronischen Datenverarbeitungseinrichtung die Qualität der Schweiß- oder Lötverbindung bestimmt wird.
Beim Einleiten der Wärmemenge Q in den Hartstoffkörper fließt ein Teil der eingeleiteten Wärmemenge Q über die Schweiß- oder Lötverbindung in das Sägeblatt. Es erwärmt sich also sowohl der Hartstoffkörper als auch das
Sägeblatt, wobei die Wärmeverteilung von dem
Wärmeableitungsvermögen der Schweiß- oder Lötverbindung abhängig ist. Die Temperatur wird erfasst und mit einer Referenztemperatur verglichen, wobei von der Abweichung der erfassten Temperatur von der Referenztemperatur auf die Qualität der Schweiß- oder Lötverbindung geschlossen wird. Erfindungsgemäß wird also die Qualität der Schweiß- oder Lötverbindung über das Wärmeableitungsvermögen der Schweiß oder Lötverbindung ermittelt. Das Vergleichen der
Temperatur mit der Referenztemperatur umfasst
beispielsweise das Vergleichen von absoluten
Temperaturwerten, Temperaturverläufen und Änderungsraten. Die Referenztemperatur ist insbesondere diejenige
Temperatur, die sich bei einer guten Schweiß- oder
Lötverbindung ergibt, wobei mit einer guten Schweiß- oder Lötverbindung eine Schweiß- oder Lötverbindung gemeint ist, die Qualitätsanforderungen, insbesondere hinsichtlich der Festigkeit, erfüllt.
Auf diese Weise ist es möglich, die Qualität der Schweiß oder Lötverbindung bei Sägeblättern bereits während der Fertigung der Sägeblätter zu bestimmen.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren, wird davon
ausgegangen, dass ein bestimmter Anteil der in den
Hartstoffkörper eingeleiteten Wärmemenge über die Schweiß oder Lötverbindung auf das Sägeblatt übertragen wird. Liegt ein Bindefehler, beispielsweise in Form eines Klebers oder einer Unterschweißung oder einer kalten Lötstelle vor, wird die Wärme langsamer über die Schweiß- oder Lötverbindung abgeleitet im Vergleich zur Wärmeableitung bei einer guten Schweiß- oder Lötverbindung. In diesem Fall erwärmt sich das Sägeblatt also langsamer und der Hartstoffkörper erwärmt sich schneller. Liegt dagegen beispielsweise eine Überschweißung vor, wird die Wärme schneller über die
Schweißverbindung abgeleitet im Vergleich zur
Wärmeableitung bei einer guten Schweißverbindung. In diesem Fall erwärmt sich das Sägeblatt also schneller und der Hartstoffkörper erwärmt sich langsamer. Durch Erfassen der Temperatur kann daher auf das Wärmeableitungsvermögen der Schweiß- oder Lötverbindung und somit auf die Qualität der Schweiß- oder Lötverbindung geschlossen werden.
Prinzipiell ist es denkbar, dass die Temperatur am
Sägeblatt erfasst wird. Vorteilhafterweise wird die
Temperatur an genau dem Zahn des Sägeblatts erfasst, an den der betrachtete Hartstoffkörper mittels der Schweiß- oder Lötverbindung angefügt ist.
Demgegenüber kann es sich ebenfalls als vorteilhaft erweisen, dass die Temperatur an dem Hartstoffkörper erfasst wird. Durch die starke Erwärmung während des
Schweiß- oder Lötvorgangs können im ungünstigen Fall
Veränderungen an der Oberfläche des Sägeblatts,
insbesondere sogenannte Anlauffarben, auftreten, die den Emissionsgrad des Sägeblatts verändern. Durch Erfassen der Temperatur am Hartstoffkörper kann also auf vorteilhafte Weise vermieden werden, dass die erfasste Temperatur durch die veränderten Emissionsgrade des Sägeblatts beeinflusst wird, was insbesondere bei der Temperaturmessung durch Infrarotstrahlung wichtig ist. Dabei kann in vorteilhafter Weise vorgesehen sein, dass die Wärmemenge Q auf einer ersten Seite bezüglich einer Ebene des Sägeblatts in den Hartstoffkörper eingeleitet wird und die Temperatur an dem Hartstoffkörper auf einer der ersten gegenüberliegenden zweiten Seite des Hartstoffkörpers erfasst wird. In diesem Fall wird also der Hartstoffkörper auf einer Seite erwärmt und die Temperatur auf der anderen Seite erfasst, jeweils bezüglich der Ebene des Sägeblatts.
Grundsätzlich kann das Erfassen der Temperatur in an sich beliebiger Weise erfolgen. Vorzugweise erfolgt das Erfassen der Temperatur berührungslos, insbesondere mittels eines Infraroteinzeldetektors mit einer Infrarotoptik.
Vorteilhafterweise wird die Temperatur mittels einer
Infrarotkamera als Temperaturerfassungseinrichtung erfasst. Dabei kann die Temperatur mittels Thermographie
insbesondere über eine Fläche B erfasst werden. Bei der Fläche B kann es sich um einen Flächenabschnitt mit
beliebig festlegbaren Abmessungen handeln. Die Fläche B ist dabei vorzugsweise nicht allzu groß, sie kann 0,5 bis 10 mm 2 betragen.
Ebenfalls kann das Einleiten der Wärmemenge Q in den
Hartstoffkörper in an sich beliebiger Weise erfolgen.
Vorzugsweise erfolgt das Einleiten der Wärmemenge Q in den Hartstoffkörper berührungslos. Beispielsweise kann der jeweilige Hartstoffkörper mittels induktiver Anregung erwärmt werden. Vorteilhafterweise kann vorgesehen sein, dass die Wärmemenge Q mittels Laserleistung in Form eines Pulses mit Pulsdauer t p in den Hartstoffkörper eingeleitet wird .
Vorteilhafterweise beträgt die Pulsdauer t p 0,05 s bis 0,5 s. Die Pulsdauer liegt etwa im Bereich der Größenordnung der thermischen Diffusionszeit durch den Hartstoffkörper bzw. durch die Schweiß- oder Lötverbindung.
Vorteilhafterweise wird die Temperatur über eine Zeitdauer t mess erfasst. Die Zeitdauer t mess beträgt insbesondere 0,1s bis 3s. Die Temperatur oder der Verlauf der über die
Zeitdauer t mess erfassten Temperatur kann dann mit einer Referenztemperatur oder einem Referenztemperaturverlauf verglichen werden. Ebenfalls ist es denkbar, dass eine gemittelte Temperaturänderungsrate der über die Zeitdauer t mess erfassten Temperatur ermittelt wird und mit einer gemittelten Referenzänderungsrate verglichen wird. Ferner ist es ebenfalls denkbar, dass eine maximale
Temperaturänderungsrate ermittelt wird und mit einer maximalen Referenzänderungsrate verglichen wird.
Es ist denkbar, dass die Temperatur erst nach Einleiten der Wärmemenge Q in den Hartstoffkörper erfasst wird.
Demgegenüber hat es sich als vorteilhaft erwiesen, dass die Temperatur zumindest teilweise während des Einleitens der Wärmemenge Q in den Hartstoffkörpers erfasst wird. Die Temperatur kann also bereits von Beginn des Einleitens der Wärmemenge mittels des Laserpulses mit der Pulsdauer t p an erfasst werden. Insbesondere ist die Zeitdauer t me ss länger als die Zeitdauer t p . Die reine Zeitdauer zum Ermitteln der Qualität einer Schweiß- oder Lötverbindung ab Einleiten der Wärmemenge beträgt insbesondere 0,1s bis 5s, insbesondere 0,1s - 3s .
In Weiterbildung dieses Erfindungsgedankens kann in
vorteilhafter Weise vorgesehen sein, dass eine zeitlich gemittelte Änderungsrate der Temperatur ATp, ge mitteit während des Einleitens der Wärmemenge Q in den Hartstoffkörper ermittelt wird, dass eine zeitlich gemittelte Temperatur Tmess, gemittelt während der Zeitdauer t mess ermittelt wird, und dass eine normierte Temperaturänderungsrate hT normie rt ermittelt wird, indem die gemittelte Änderungsrate
DTr, gemittelt durch die gemittelte Temperatur T mess, gemittelt dividiert wird. Es wird also die zeitlich gemittelte
Änderungsrate der Temperatur ATp, ge mitteit während des
Einleitens der Wärmemenge Q, also während der Zeitdauer t p , ermittelt, wobei hTp, ge mitteit beispielsweise nach folgender Formel ermittelt wird:
DTr, gemittelt
Dabei kann die Änderungsrate hTp, ge mitteit über die gesamte Zeitdauer t p oder über einen Zeitabschnitt to ermittelt werden, wobei vorzugsweise 0 < to < t p ist.
Ferner wird die zeitlich gemittelte Temperatur T mess, gemittelt über die Zeitdauer t mess ermittelt, wobei T mess, gemittelt
beispielsweise nach folgender Formel ermittelt wird:
T mess, gemittelt
Die Division der Änderungsrate AT p , ge mitteit durch T mess, gemittelt ergibt die normierte Temperaturänderungsrate AT normiert/ wobei AT normiert dann beispielsweise durch folgende Formel dargestellt wird:
ft r _ DTr, gemittelt
1 normiert— ~ ·
1 mess, gemittelt
Das Bestimmen der Qualität der Schweiß- oder Lötverbindung erfolgt dann anhand der normierten Temperaturänderungsrate hT normie rt r in dem die normierte Temperaturänderungsrate hT normiert mit einer normierten
Referenztemperaturänderungsrate AT re f, normiert verglichen wird, wobei die normierte Referenztemperaturänderungsrate
AT re f, normiert die normierte Änderungsrate einer guten
Referenzschweiß- oder Referenzlötverbindung ist. Die normierte Temperaturänderungsrate AT normier t ist zeitbezogen und unabhängig von der Laserleistung und von Störgrößen, wie beispielsweise Emissionsgradveränderungen.
Ferner ist Gegenstand der Erfindung eine Einrichtung zum Durchführen des Verfahrens umfassend eine
Wärmeeinleitungseinrichtung zum Einleiten einer Wärmemenge Q in den Hartstoffkörpers nach dem Anschweißen oder Löten des Hartstoffkörpers an den Zahn, eine
Temperaturerfassungseinrichtung zum Erfassen der Temperatur und eine elektronische Datenverarbeitungseinrichtung zum Bestimmen der Qualität der Schweiß- oder Lötverbindung von Zahn und Hartstoffkörper anhand der erfassten Temperatur.
Grundsätzlich kann die Wärmeeinleitungseinrichtung in an sich beliebiger Weise, beispielsweise als induktive Wärmeeinleitungseinrichtung, ausgebildet sein.
Vorteilhafterweise ist die Wärmeeinleitungseinrichtung ein Laser .
Ebenfalls kann die Temperaturerfassungseinrichtung in an sich beliebiger Weise, beispielsweise als
Infraroteinzeldetektor mit einer Infrarotoptik, ausgebildet sein. Vorzugsweise ist die Temperaturerfassungseinrichtung eine Infrarotkamera .
In vorteilhafter Weise kann vorgesehen sein, dass die
Wärmeeinleitungseinrichtung und die
Temperaturerfassungseinrichtung derart angeordnet und ausgebildet sind, dass die Wärmemenge Q auf einer ersten Seite bezüglich einer Ebene des Sägeblatts in den
Hartstoffkörper einleitbar ist, und dass die Temperatur an dem Hartstoffkörper auf einer der ersten gegenüberliegenden zweiten Seite des Hartstoffkörpers erfassbar ist.
Ebenfalls Gegenstand der Erfindung ist eine
Widerstandsschweißeinrichtung mit einer Schweißelektrode zum Anschweißen eines jeweiligen Hartstoffkörpers an einen jeweiligen Zahn des Sägeblatts, wobei der jeweilige
Hartstoffkörper und der jeweilige Zahn des Sägeblatts durch Einleiten eines Schweißimpulses an- oder aufgeschmolzen und aneinandergefügt werden, umfassend eine Einrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 14.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnung ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel im Einzelnen beschrieben ist. Dabei können die in der Zeichnung
dargestellten und in den Ansprüchen und in der Beschreibung erwähnten Merkmale jeweils einzeln für sich oder in
beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein. In der Zeichnung zeigen:
Fig. 1 eine schematische Ansicht der erfindungsgemäßen
Einrichtung von oben mit Sägeblatt;
Fig. 2 eine schematische Schrägansicht des Sägeblatts aus Fig. 1;
Fig. 3 eine schematische Ansicht einer erfindungsgemäßen
Widerstandsschweißeinrichtung von oben mit
Sägeblatt ;
Fig. 4 einen schematischen Verlauf eines Pulses;
Fig. 5 Verläufe einer an einem Sägeblatt erfassten
Temperatur;
Fig. 6 einen Verlauf einer an einem Sägeblatt erfassten
Temperatur, und
Fig. 7 die Änderungsrate des Temperaturverlaufs aus
Figur 6. Figur 1 zeigt eine schematische Ansicht der insgesamt mit dem Bezugszeichen 2 bezeichneten erfindungsgemäßen
Einrichtung zum Bestimmen der Qualität einer Schweiß- oder Lötverbindung 4 beim Anschweißen oder Löten von
Hartstoffkörpern 6 an Zähnen 8 eines Sägeblatts 10. In den Figuren sind beispielhaft Schweißverbindungen 4 zwischen Zahn 8 und Hartstoffkörper 6 dargestellt. Die Erfindung ist aber auch anwendbar auf Lötverbindungen. Der schematische Ausschnitt des Sägeblatts 10 aus Figur 1 ist in Figur 2 in einer Schrägansicht dargestellt. In der dargestellten
Ausführungsform ist an den Zahn 8 des Sägeblatts 10 bereits ein Hartstoffkörper 6 angeschweißt, so dass zwischen dem Hartstoffkörper 6 und dem Zahn 8 des Sägeblatts 10 eine Schweißverbindung 4 ausgebildet ist.
Die Einrichtung 2 umfasst eine Wärmeeinleitungseinrichtung 12 zum Einleiten einer Wärmemenge Q in den Hartstoffkörpers 6. Die Wärmeeinleitungseinrichtung 12 ist beispielsweise ein Laser. Die Wärmemenge Q wird in diesem Fall in Form eines Laserpulses P mit der Pulsdauer t p in den
Hartstoffkörper 6 eingeleitet. Figur 4 zeigt beispielhaft einen zeitlichen Verlauf 14 des Laserpulses P.
Gemäß der dargestellten Ausführungsform ist die
Wärmeeinleitungseinrichtung 12 derart angeordnet und ausgebildet, dass eine Wärmemenge Q auf einer ersten Seite 16 des Hartstoffkörpers 6 in den Hartstoffkörper 6
eingeleitet wird. Beim Einleiten der Wärmemenge in den Hartstoffkörper 6 erwärmt sich dieser und ein Teil der eingeleiteten Wärmemenge wird über die Schweißverbindung 4 in den Zahn 8 des Sägeblatts 10 abgeleitet.
Weiter umfasst die Einrichtung 2 eine
Temperaturerfassungseinrichtung 18 zum Erfassen einer Temperatur. Bei der Temperaturerfassungseinrichtung 18 handelt es sich beispielsweise um eine Infrarotkamera .
Gemäß der dargestellten Ausführungsform ist die
Temperaturerfassungseinrichtung 18 derart angeordnet und ausgebildet, so dass die Temperatur an einer der ersten Seite 16 gegenüberliegenden zweiten Seite 20 des
Hartstoffkörpers 6 erfasst wird.
Prinzipiell sind aber auch weitere nicht dargestellte
Ausführungsformen denkbar, bei denen die Temperatur beispielsweise an der ersten Seite 16 des Hartstoffkörpers 6, an der auch die Wärmemenge eingeleitet wird, oder an dem Zahn 8 des Sägeblatts 10 erfasst wird.
Ferner umfasst die Einrichtung 2 eine elektronische
Datenverarbeitungseinrichtung 22. Die von der
Temperaturerfassungseinrichtung 18 erfasste Temperatur wird über eine Kommunikationsverbindung 24 an die elektronische Datenverarbeitungseinrichtung 22 übertragen. Die
elektronische Datenverarbeitungseinrichtung 22 ermittelt anhand der erfassten Temperatur die Qualität der
Schweißverbindung 4, indem die erfasste Temperatur mit einer Referenztemperatur verglichen wird, und die
Abweichung der erfassten Temperatur von der
Referenztemperatur bestimmt wird. Dies ist in einem weiten Sinn zu verstehen und erfasst den Vergleich von einzelnen Temperaturwerten oder auch Temperaturverläufen.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren, wird davon
ausgegangen, dass ein bestimmter Anteil der in den
Hartstoffkörper 6 eingeleiteten Wärmemenge über die
Schweißverbindung 4 auf das Sägeblatt 10 übertragen wird. Dabei erwärmt sich sowohl das Sägeblatt 10 als auch der Hartstoffkörper 6, wobei das Erwärmen von dem
Wärmeableitungsvermögen der Schweißverbindung 4 abhängig ist .
Liegt beispielsweise ein Bindefehler oder eine ungenügende Durchschweißung vor, wird die Wärme langsamer über die Schweißverbindung 4 abgeleitet im Vergleich zur
Wärmeableitung bei einer guten Schweißverbindung 4. In diesem Fall erwärmt sich das Sägeblatt 10 also langsamer und der Hartstoffkörper 6 erwärmt sich schneller. Ein für diesen Fall beispielhafter am Hartstoffkörper erfasster Temperaturverlauf T mess ,i ist in Figur 5 durch die Kurve 26 dargestellt. Der Temperaturverlauf T mess ,i liegt dabei über dem durch die Kurve 28 ebenfalls in Figur 5 dargestellten Referenztemperaturverlauf T ref für den Fall einer guten Schweißverbindung 4.
Liegt dagegen eine Überschweißung in Form einer
Formabweichung unter Ausbildung eines Wulstes vor, wird die Wärme schneller über die Schweißverbindung 4 abgeleitet im Vergleich zur Wärmeableitung bei einer guten
Schweißverbindung. In diesem Fall erwärmt sich das Sägeblatt 10 also schneller und der Hartstoffkörper 6 erwärmt sich langsamer. Ein für diesen Fall beispielhafter am Hartstoffkörper 6 erfasster Temperaturverlauf T mess ,2 ist durch die Kurve 30 in Figur 5 dargestellt. Der Verlauf T ess , 2 liegt dabei unterhalb des Referenztemperaturverlaufs T ref . Anhand der Abweichungen der Verläufe T mess,i und T mess ,2 von dem Verlauf von T ref kann dann auf die Qualität der Schweißverbindung 4 geschlossen werden.
Weiter ist die elektronische Datenverarbeitungseinrichtung 22 insbesondere dazu ausgebildet, eine normierte
Temperaturänderungsrate AT normier t zu ermitteln. Dies wird im Folgenden anhand der Figuren 6 und 7 erläutert. Figur 6 zeigt einen am Hartstoffkörper erfassten Temperaturverlauf. Der Temperaturverlauf entspricht beispielsweise einem der Verläufe T mess,i oder T mess ,2 aus Figur 5, wobei der
Temperaturverlauf durch Subtraktion des Wertes To
verschoben wurde. Durch die Subtraktion mit Mittelwerten der Temperatur, können in den erfassten Messwerten
vorhandene Temperaturschwankungen, ausgeglichen werden. Anhand des in Fig. 6 dargestellten Temperaturverlaufs wird nun gemäß folgender Formel eine zeitlich gemittelte
Temperatur T mess, gemittelt über die Zeitdauer t mess ermittelt:
T mess, gemittelt— -ü j'- rteWt .
tmess t U
Figur 7 zeigt die Änderungsrate des Temperaturverlaufs aus Figur 6. Anhand der in Fig. 7 dargestellten Änderungsrate wird nun gemäß folgender Formel eine zeitlich gemittelte Änderungsrate AT p , gem itteit der erfassten Temperatur T p während des Einleitens der Wärmemenge Q in den Hartstoffkörper 6, also während der Zeitdauer t p ermittelt:
DT R , gemittelt
Gemäß der dargestellten Ausführungsform wird die
Änderungsrate AT p , ge mitteit über den Zeitabschnitt to
ermittelt, wobei 0 < to < t p ist.
Die normierte Temperaturänderungsrate AT normier t wird dann ermittelt, indem die gemittelte Änderungsrate AT p , ge mitteit durch die gemittelte Temperatur T mess , gemittelt dividiert wird:
DT r , gemittelt
ATnormiert—
Tmess, gemittelt
Die Qualität der Schweißverbindung 4 wird dann insbesondere bestimmt, indem die normierte Änderungsrate AT normier t mit einer normierten Referenztemperaturänderungsrate AT re t, normiert verglichen wird, wobei die normierte
Referenztemperaturänderungsrate AT ret , normiert die normierte Änderungsrate einer guten Referenzschweißverbindung ist.
Schließlich ist in Figur 3 eine schematische Darstellung einer Widerstandsschweißeinrichtung 32 mit Sägeblatt 10 gegeben. Die Widerstandsschweißeinrichtung 32 umfasst eine Schweißelektrode 34 zum Anschweißen eines jeweiligen
Hartstoffkörpers 6 an einen jeweiligen Zahn 8 des
Sägeblatts 10, wobei der jeweilige Hartstoffkörper 6 und der jeweilige Zahn 8 des Sägeblatts 10 durch Einleiten eines Schweißimpulses an- oder aufgeschmolzen und
aneinandergefügt werden. Nachdem der Schweißvorgang beendet ist, wird das Sägeblatt 10 mittels einer Sägeblattvorschubeinrichtung 36 in eine Vorschubrichtung 38 bewegt, sodass ein weiterer
Hartstoffkörper 6 an einen nachfolgenden Zahn 8
angeschweißt werden kann. Die Sägeblattvorschubeinrichtung 36 umfasst beispielsweise Greif- oder Klemmeinrichtungen zum Erfassen des Sägeblatts 10, die auf Vorschubschlitten montiert sind. Die Vorschubschlitten sind beispielsweise mittels eines Antriebs, insbesondere eines elektrischen Linearantriebs, in Richtung des Doppelpfeils 40 parallel zur Vorschubrichtung 38 verfahrbar. Ferner umfasst die Widerstandseinrichtung 32 die Einrichtung 2 mit
Wärmeeinleitungseinrichtung 12,
Temperaturerfassungseinrichtung 18 und elektronischer
Datenverarbeitungseinrichtung 22. Durch Bewegen des
Sägeblatts in Vorschubrichtung 38 wird der Zahn 8 an den bereits ein Hartstoffkörper 6 angeschweißt ist, in einen Bereich zwischen der Wärmeeinleitungseinrichtung 12 und der Temperaturerfassungseinrichtung 18 gebracht, sodass anhand der Einrichtung 2 nach dem Anschweißen des jeweiligen
Hartstoffkörpers 6 an den Zahn 8 die Qualität der
jeweiligen Schweißverbindung 4 von Zahn 8 und
Hartstoffkörper 6 bestimmt werden kann. Es können
insbesondere und vorzugsweise alle Schweißverbindungen bei einem Sägeblatt unmittelbar nach ihrer Herstellung auf die erfindungsgemäße Weise hinsichtlich der Qualität der
Schweißverbindung geprüft werden.
Next Patent: METHOD FOR JOINING HARD MATERIAL BODIES TO TEETH OF A SAW BLADE