BUDDE, Karl-Friedrich (Sunderholzer Weg 19, Gevelsberg, 58285, DE)
| Patentansprüche 1 . Verfahren zur Halterung und zum Verschweißen eines zu verschweißenden Teils (7) für das Bolzenschweißverfahren, dadurch gekennzeichnet, dass das zu verschweißende Teil (7) mittels Vakuum an einer als Schweißspitze ausgebildeten Bolzenhalters (5) eines Schweißkopfs (1 ) gehaltert wird und in diesem Zustand der Schweißvorgang durchgeführt wird. 2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Schweißstrom im gehalterten Zustand (allein) durch die Vakuumhalterung vom Bolzenhalter (5) auf das zu verschweißende Teil (7) gewährleistet wird. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahme und das Platzieren des zu verschweißenden Teils (7) mittels eines erzeugten Vakuums in der Form eines pick-and-place Verfahrens erfolgt. 4. Bolzenhalter für einen Schweißkopf zur Durchführungen des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Bolzenhalter (5) einen Vakuumkanal (9) aufweist, dessen offene Spitze (13) durch ein zu verschweißendes Teil (7) im gehaltenen Zustand im Wesentlichen dichtend abgeschlossen wird. 5. Bolzenhalter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Spitze (13) des Bolzenhalters (5) im Profil eine geringere Abmessung als der Grundriss des zu verschweißenden Teils (7) aufweist, so dass sich die Spitze (13) des Bolzen- halters (5) während des Schweißvorgangs in Richtung der Schweißachse gesehen im Schatten des zu verschweißenden Teils (7) befindet und hierdurch gegen durch Schweißspritzer verursachte Verunreinigungen geschützt ist. Bolzenhalter nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Vakuumkanal (9) vorzugsweise in einem von der Spitze (13) entfernten Bereich einen Vakuumanschluss (1 1 ) aufweist. Bolzenhalter nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der stirnseitige, als Schweißspitze (1 ) ausgebildete Abschluss (13) des Bolzenhalters (5) in seiner Form dem in diesem Bereich anliegenden Au ßenumfang des zu verschweißenden Teils (7) derart angepasst ist, so dass im gehalterten Zustand zumindest eine dichtende Linienberührung zwischen dem zu verschweißenden Teil (7) und dem Abschluss (13) des Bolzenhalters (5) gegeben ist. Bolzenhalter nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der stirnseitige Abschluss (13) konkav angefast ist. Bolzenhalter nach einem der Ansprüche 7, dadurch gekennzeichnet, dass der stirnseitige Abschluss komplementär zu dem in diesem Bereich anliegenden Außenumfang des zu verschweißenden Teils ausgebildet ist, so dass im gehalterten Zustand eine dichtende Flächenberührung zwischen dem zu verschweißenden Teil und dem Abschluss des Bolzenhalters gegeben ist. |
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Halterung und zum Verschweißen eines zu verschweißenden Teils für das Bolzenschweißverfahren sowie einen Bolzenhalter hierfür.
Derartige Verfahren und Bolzenhalter finden beispielsweise in der Fahrzeugtechnik Anwendung, wobei der Begriff Bolzenschweißverfahren das Schweißverfahren definiert ohne die Form der zu verschweißenden Teile auf Bolzen einzuschränken.
Entsprechend werden mit dem Bolzenschweißverfahren neben eigentlichen Bolzen auch Schrauben, Muttern, Kugeln etc. an einen Körper angeschweißt bzw. mit diesem verschweißt.
Für den Schweißvorgang ist es im Bolzenschweißverfahren notwendig, das zu verschweißende Teil an der Schweißspitze derart zu haltern, dass sowohl ein Zünden des Lichtbogens und damit Leiten des Schweißstroms als auch ein Eintauchen des zu verschweißenden Teils in die Schmelze ermöglicht wird.
Am Markt bekannte Verfahren weisen hierzu einen mechanischen Bolzenhalter auf, welcher den Au ßenumfang des zu verschweißenden Teils mit metallischen Fingern oder Federn umgreift.
Hierbei können sich am Bolzenhalter insbesondere durch beim Eintauchen in die Schmelze durch Spritzer erzeugte Verunreinigungen festsetzen, welche sich nachteiligerweise für das Haltern und Verarbeiten weiterer zu verschweißender Teile negativ auswirken.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Halterung und zum Verschweißen eines zu verschweißenden Teils für das Bolzenschweißverfahren sowie einen Bolzenhalter hierfür zu schaffen, welche vorgenannte Nachteile vermeiden und auf einfache und kostengünstige Art und Weise ein einwandfreies Haltern und Verschweißen von zu verschweißenden Teilen ermöglicht.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie durch einen Bolzenhalter mit den Merkmalen des Patentanspruchs 4 gelöst.
Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren wird ein zu verschweißendes Teil mittels Vakuum an einer als Schweißspitze ausgebildeten Bolzenhalters eines Schweißkopfs gehaltert und in diesem Zustand der Schweißvorgang durchgeführt. Hierbei verschließt das zu verschweißende Teil im gehalterten Zustand mit seinem Au ßenumfang eine Öffnung eines Vakuumkanals, so dass nicht nur eine mechanische Halterung sondern auch die für den Schweißvorgang notwendige Übertragung des Schweißstroms zwischen Bolzenhalter und zu verschweißendem Teil gewährleistet ist.
Das zu verschweißende Teil kann beispielsweise in Form eines pick-and-place Verfahrens aus einem Teilereservoir aufgenommen werden, indem die Spitze des Bolzenhalters an ein aufzunehmendes Teil herangeführt wird. Vor oder zum Zeitpunkt des Aufnehmens wird ein Vakuum erzeugt, so dass das zu verschweißende Teil durch im Wesentlichen dichtendes Verschließen der Vakuumöffnung durch den im Vakuumkanal herrschenden Unterdruck (im Vergleich zum Umgebungsdruck) festgesaugt angelagert ist.
In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung wird die Übertragung des Schweißstrom im gehalterten Zustand ausschließlich durch die Vakuumhalterung vom Bolzenhalter auf das zu verschweißende Teil gewährleistet, ohne dass hierfür zusätzliche mechanische Greifer zur Strom Übertragung notwendig wären.
Erfindungsgemäß weist der Bolzenhalter für einen Schweißkopf eines Schweißautomaten oder eine Schweißpistole einen (innen liegenden) Vakuumkanal auf, dessen offene Spitze durch ein zu verschweißendes Teil im gehaltenen Zustand im Wesentlichen dichtend abgeschlossen wird. In weiterer Ausgestaltung der Erfindung weist die Spitze des Bolzenhalters im Profil eine geringere Abmessung als der Grundriss des zu verschweißenden Teils auf, so dass sich die Spitze des Bolzenhalters während des Schweißvorgangs in Richtung der Schweißachse gesehen im Schatten des zu verschweißenden Teils befindet. Hierdurch ist der Bolzenhalter vorteilhafterweise gegen durch Schweißspritzer verursachte Verunreinigungen geschützt, so dass auch das Aufnehmen und Verschweißen weiterer Teile unbeeinträchtig bleibt.
Der Vakuumkanal kann vorzugsweise in einem von der Spitze entfernten Bereich einen Vakuumanschluss aufweisen, um auf einfache Art und Weise einen vorzugsweise lösbaren (beispielsweise Schraub-, Bajonettanschluss) beispielsweise seitlichen Anschluss eines Schlauches zu ermöglichen, mit welchem der von einer Quelle erzeugte Unterdruck, das sogenannte Vakuum, übertragen wird. Selbstverständlich ist es aber auch denkbar den Anschluss innenliegend im Schweißkopf, beispielsweise koaxial zur Längsachse des Schweißkopfs auszubilden, so dass der Anschluss durch den Schweißkopf bzw. die Schweißachse hindurch geführt ist.
In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist der stirnseitige, als Schweißspitze ausgebildete Abschluss des Bolzenhalters in seiner Form dem in diesem Bereich anliegenden Au ßenumfang des zu verschweißenden Teils derart angepasst, so dass im gehalterten Zustand (des zu verschweißenden Teils) zumindest eine dichtende Linienberührung (entlang des Umfangs der Ränder des Abschlusses) zwischen dem zu verschweißenden Teil und dem Abschluss des Bolzenhalters gegeben ist.
Hierzu kann der stirnseitige Abschluss konkav angefast oder sogar komplementär zu dem in diesem Bereich anliegenden Au ßenumfang des zu verschweißenden Teils ausgebildet sein, so dass im gehalterten Zustand eine im Wesentlichen dichtende (ringförmige) Linien- oder gar Flächenberührung zwischen dem zu verschweißenden Teil und dem Abschluss des Bolzenhalters gegeben ist.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann das Vorhandensein eines zu verschweißenden Teils an dem Bolzenhalter überwacht werden, indem das Vakuum bzw. der Unterdruck im Vakuumkanal kontrolliert wird, so dass bei Überschreiten eines vordefinierten Wertes ein Alarm ausgelöst und/oder das Nichtvorhandensein eines zu verschweißenden Teils detektiert wird. Hierdurch kann vorteilhafterweise ein unbemerktes Verlieren eines zu verweißenden Teils und damit ein fehlerhafter automatisierter Schweißvorgang vermieden werden.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen. Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.
In der Zeichnung zeigt:
Fig. 1 eine teilgebrochene Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Bolzenhalters.
Die in Fig. 1 dargestellte Schweißkopfspitze eines nicht näher dargestellten Schweißkopfes eines Schweißautomaten oder einer Schweißpistole weist einen Anschluss 3 auf, um vorzugsweise in lösbarer Form an einen solchen Schweißkopf mechanisch und/oder elektrisch angeschlossen zu werden.
In Richtung der in der Zeichnung linksseitig dargestellten Spitze des Schweißkopfs befindet sich ein Bolzenhalter 5 in Form eines an der Spitze offenen Rohres oder Hohl- Zylinders, das in nicht näher dargestellter Weise mechanisch und elektrisch mit dem weiteren Material der Schweißkopfspitze 1 (beispielsweise mittels Flansch und Schraubverbindung oder auch festgeschweißt) fest verbunden ist.
Im Inneren des Bolzenhalters 5 befindet sich ein vorzugsweise gleichförmig ausgebil- deter Vakuumkanal 9, welcher im der Spitze 13 gegenüberliegenden Bereich einen radial nach au ßen führenden Vakuumanschluss 1 1 aufweist. Über diesen Vakuuman- schluss 1 1 kann ein in der Zeichnung nicht näher dargestellter Schlauch, vorzugsweise lösbar, beispielsweise über einem Bajonett- oder Schraubverschluss, angeschlossen werden. Dieser Schlauch verbindet dann den Vakuumkanal 9 mit einer Quelle, welche, beispielsweise mittels Vakuumsaugdüsen, einen Unterdruck - das sogenannte Vakuum - erzeugen kann. Im in Fig. 1 dargestellten gehalterten Zustand eines zu verschweißenden Teils 7, beispielsweise einer Kugel, liegt das zu verschweißende Teil 7 am stirnseitig offenen Abschluss 13 des Vakuumkanals 9 an dessen Rändern mit seinem in diesem Bereich anliegenden Bereich des Außenumfangs an und verschließt im Wesentlichen dichtend den Vakuumkanal 9, so dass das zu verschweißende Teil 7 fest angesaugt ist bzw. - so lange ein Unterdruck erzeugt wird - angesaugt wird.
Je nach Kontur des zu verschweißenden Teils kann der Bolzenhalter 5 zumindest an seiner Spitze 13 entsprechend angepasst sein, um zumindest eine umlaufende Linienberührung zum verschweißenden Teil 7 zu ermöglichen, so dass der im Vakuumkanal 9 herrschende Unterdruck gegenüber dem höheren Umgebungsdruck durch diese
Linienberührung abgedichtet ist.
Hierbei ist es denkbar, den Bolzenhalter, zumindest an der Spitze 13, mit unterschiedlichen gewünschten Profilen, wie rund, oval, eckig, etc. auszubilden, wobei zusätzlich die Stirnfläche des Abschlusses 13 nach innen bzw. konkav angefast oder gar zur
Kontur des zu verschweißenden Teils in diesem Bereich komplementär, beispielsweise sphärisch ausgebildet sein kann. Bei einer entsprechenden Ausbildung des stirnseitigen Abschlusses 13 kann sogar eine über eine Linienberührung hinausgehende ringförmige (runde, ovale, eckige) Flächenberührung erfolgen, so dass die Dichtwirkung erhöht wird und die Anlagerung des zu verschweißenden Teils 7 an der Spitze 13 verbessert werden kann.
Nach der Erfindung wird jedoch nicht nur das zu verschweißende Teil 7 mittels des als Vakuum bezeichneten Unterdrucks gehalten, sondern auch die elektrische, unmittelba- re und direkte Verbindung und damit die Übertragung des für das Bolzenschweißverfahren notwendigen Schweißstroms von der Schweißkopfspitze 1 zum zu verschweißenden Teil 7 gewährleistet, um ein Verschweißen des zu verschweißenden Teils 7 für das Bolzenschweißverfahren also einem Hub-Zündungsverfahren, insbesondere ein Short-Cycle-Verta ren, mit einem oder an einem entsprechenden Körper zu ermöglichen.
Nach der Erfindung kann vorteilhafterweise auf sonst notwendige, mechanische Greifer eines Bolzenhalters verzichtet werden, ohne dass hierdurch das Platzieren des zu verschweißenden Teils 7 an der entsprechenden Schweißstelle oder die Übertragung des Schweißstroms und damit der Schweißvorgang beeinträchtigt wäre.
Wie in Fig. 1 dargestellt, weist der Bolzenhalter 5 eine im Vergleich zur Kontur des zu verschweißenden Teils 7 eine geringere äußere Abmessung auf, so dass sich der
Bolzenhalter 5 mit seiner Außenfläche in Richtung der Schweißachse bzw. Längsachse L gesehen im„Windschatten" des zu verschweißenden Teils 7 befindet.
Schweißspritzer, welche während des Schweißvorgangs, insbesondere beim Eintau- chen des zu verschweißenden Teils 7 in ein mittels Lichtbogen erzeugtes Schmelzbad eines in Richtung der Längsachse L in der Zeichnung linksseitig befindlichen, nicht näher dargestellten Körpers auftreten, können so nicht den sich hinter dem zu verschweißenden Teil 7 im vollständigen Schatten befindlichen Bolzenhalter 5 treffen. Unerwünschte Schweißperlen auf oder auch zwischen den sonst üblichen Fingern eines Bolzenhalters, welche das Greifen und die Stromübertragung weiterer Schweißvorgänge beeinträchtigen, können hierbei vermieden werden.
Zudem bietet der Schatten in Richtung zur Schweißstelle auch Schutz gegen die beim Schweißvorgang, insbesondere durch das Schweißbad, erzeugte Hitze, so dass auch zu verschweißende Teile mit geringem Abstand zum Schweißbad, wie beispielsweise eine Kugel mit wenigen Millimetern Durchmesser, mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und einem derartigen Bolzenhalter verschweißt werden können, ohne dass ein Bolzenhalter sich aufgrund der ausgesetzten Hitze verformt und/oder seine mechanischen Eigenschaften, insbesondere Federeigenschaft, einbüßt.
Um ein zu verschweißendes Teil 7 in einen in Fig. 1 dargestellten, gehalterten Zustand aufzunehmen, kann die Schweißspitze 1 mit ihrem Abschluss 13 beispielsweise in Form eines pic-and-place Verfahrens an ein Reservoir mit zu verschweißendem Teil herangeführt werden, um dort mittels eines, bereits bestehenden Vakuums einen zu verschweißenden Teil 7 anzusaugen.
In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung wird der Unterdruck bzw. das Vakuum erst kurz vor oder im Augenblick des Aufnehmens bedarfsgerecht erzeugt, um auf diese Weise ein zu verschweißendes Teil durch Ansaugen aus dem Reservoir aufzunehmen. Nach dem Aufnehmen wird der Schweißkopf mit dem mittels Vakuum fest angeordneten, zu verschweißenden Teil entsprechend für den Schweißvorgang platziert und der Schweißvorgang in bekannter Weise eingeleitet.
Nach dem Abschluss des Schweißvorgangs wird der Schweißkopf mit seinem Bolzenhalter und dessen Spitze 13 von dem nun verschweißten Teil 7 entweder mit einer höheren Kraft als die aus dem erzeugten Unterdruck resultierende Saugkraft abgehoben, oder in bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung der Unterdruck vor dem Abheben von der in der Zeichnung nicht näher dargestellten Quelle hierzu abgeschalten.
Nach Abschluss kann in einem weiteren Zyklus für einen weiteren Schweißvorgang erneut ein Teil aus dem Reservoir aufgenommen werden.
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