Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur niederohmigen

Verschweißung von Blechen mit hoher Taktzahl.

Zum Stand der Technik ist aus der Patentliteratur aus der Deutschen

Offenlegungsschrift 19 02 569 ein Verfahren zum Widerstandsschweißen und - löten bzw. Lichtbogenschweißen von beschichteten Blechen und Maschinen

dazu, bekannt.

Nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 wird hier ausgegangen von einem Verfahren zum Widerstands - Schweißen bzw. zum elektrischen Widerstandslöten von Blechen und metallischen Körpern.

Dieses Verfahren ist, nach dem Kennzeichen des Anspruchs 1 , dadurch

gekennzeichnet, dass spitze Fortsätze ( z.B. durch Körnung, Prägen, Fräsung und dergl.) in Richtung zum Dekorblech, das z.B. .beidseits voll beschichtet ist, am anzuschweißenden Blech ausgebildet sind, die durch einen Vorwärmstrom, der zunächst durch das anzuschweißende ( obere ) Blech geleitet ist, so stark erwärmt sind, dass hierdurch die innere Beschichtung des Dekorblechs schmilzt ( oder zerstört wird ), die spitzen Fortsätze metallischen Kontakt mit dem Dekorblech erhalten und durch automatische Steuerung oder sonstige Schaltungen und

Regulierungen ein Schweißstrom mit optimalen Schweißdaten, die eine Verletzung der Dekorschicht ausschließen, über die Berührungsstelle, die Bleche

verschweißend, in das Dekorblech geleitet wird.

Weiter ist aus der neueren DE 20 2004 020 166 U1 eine Schweißvorrichtung mit einem Schweißteil bekannt.

In dieser Druckschrift wird von einem Stand der Technik ausgegangen, bei dem Impuls - Schweißverfahren mit Presskrafteinwirkung auf die zu verschweißenden Bauteile bekannt ist. In diesem Zusammenhang wird zum Beispiel an konventionelle Kondensatorentladungs - Schweißverfahren nebst zugehörigen

Schweißvorrichtungen gedacht. Bei solchen Impuls - Schweißverfahren werden die zusammen gepressten Werkstücke von einem Impulsstrom durchflössen, wobei sie am Kontaktbereich in einen teigigen Zustand übergehen und sich miteinander verbinden. Um eine ausreichend hohe Stromkonzentration zu erreichen, heißt es dort weiter, werden die Kontaktstelen der Werkstücke möglichst klein gehalten, wobei zum Beispiel ein Punkt - oder Linienkontakt besteht. Bei Blechen werden zu diesem Zweck an einen oder beiden Blechen in einer Bauteilvorbereitung Buckel angebracht oder angeformt. Dies erfordert einen zusätzlichen Aufwand.

Weiter wird bezüglich des Standes der Technik auf die DE 40 38 016 A1 und die DE 19 44 614 A1 eingegangen.

In der DE 20 2004 020 166 U1 wird die Aufgabe genannt, in Anbetracht des oben beschriebenen Standes der Technik eine verbesserte Schweißtechnik aufzuzeigen.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird im Anspruch 1 herzu ausgegangen von einer Schweißvorrichtung zum Impulsschweißen von Werkstücken (3,4) mit einer

Schweißstromquelle (10), mindestens zwei Elektroden (12,13) und einer

Elektrodenanpressvorrichtung (11).

Diese Schweißvorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine

Elektrode (12) einen in Zustellrichtung (15) über die Elektrodenstirnwand

vorstehenden Stempel (14) zur Verformung eines beaufschlagten Werkstücks (3) an der Schweißstelle (7) aufweist.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung und ein Verfahren anzugeben, mit denen die sichere Verschweißung von Blechen bei hoher Taktzahl ermöglicht wird. Hierbei soll der Übergangswiderstand an der Schweißstelle möglichst niedrig, das heißt niederohmig, sein. Die Standzeit der Werkzeuge und die gesamte Prozess - Sicherheit sollen hierbei hohen Anforderungen genügen.

Diese Aufgabe wird durch die Vorrichtung nach Anspruch 1

Vorrichtung zur niederohmigen Verschweißung von Blechen mit hoher Taktzahl mit den folgenden Merkmalen:

a) einem u -förmig geformten Grundkörper (1) in dessen beiden,

horizontal gelagerten, Schenkeln ein unteres Hubantriebselement (2) und ein oberes Hubantriebselement (7), die sich gegenüberstehen, angeordnet sind, wobei dem unteren

Hubantriebselement (2) eine untere Elektroden - Halteeinrichtung (3) und dem oberen Hubantriebselement (7) eine obere Elektroden - Halteeinrichtung (6) in der Richtung der Wirkungskraft folgen, b) einer von der unteren Elektroden - Halteeinrichtung (3) gehaltene untere Schweißelektrode (11) und einer von der oberen Elektroden

- Halteeinrichtung (6) gehaltene obere Schweißelektrode (5), wobei die untere Schweißelektrode (11) einen, jeweils zentral

angeordneten, spitz zulaufenden, unteren Prägekopf (10) und die obere Schweißelektrode ( 5) einen oberen Prägekopf (8) trägt, c) einer, die zu verschweißenden Fügepartner (9) in den

Zwischenraum zwischen die beiden Prägeköpfe (10,8) befördernden, Fügepartner - Zufuhreinrichtung (4), d) einer, einen, den Fügepartnern (9) angepassten den Schweißstrom liefernden Stromquelle. Außerdem wird beansprucht dass beide Prägeköpfe (10,8) jeweils ein Vorspannelement (15) aufweisen, dessen Vorspannung mittels mindestens einem Stellelement (12) eingestellt werden kann, wobei die Vorspannung mittels eines Kraft - Messsensors (13) gemessen werden kann und beansprucht wird dass die jeweils von einem Hubantriebselement (2,7) auf die jeweilige Elektroden - Halteeinrichtung (3,6) ausgeübte Druckkraft mit einem Kraft - Messsensor (14) gemessen werden kann. Es wird weiter beansprucht ,dass ein Prägekopf (10,8) aus Keramik oder einem anderen harten, nicht leitenden Material ist.

, bzw. das Verfahren nach Anspruch 5

Verfahren zur niederohmigen Verschweißung von Blechen mit hoher Taktzahl mit den folgenden Merkmalen:

a) die zu verschweißenden Fügepartner werden von einer Fügepartner

- Zufuhreinrichtung (4) zwischen eine untere Schweißelektrode (11) und eine obere Schweißelektrode (5) befördert wo sie von einem und /oder zwei Prägeköpfen (10,8) mit einer bestimmten,

einstellbaren Vorspannung fixiert werden,

b) die untere Schweißelektrode (11) und die obere Schweißelektrode (5) werden von beiden Seiten auf die beiden Fügepartner gedrückt, wobei jeweils der Elektrodendruck gemessen wird, c) der, den jeweiligen Fügepartnern angemessene, Schweißstrom

fließt und verschweißt die Fügepartner,

d) die beiden Schweißelektroden mit ihren jeweiligen

Prägeköpfen(19,8) werden mittels eines entsprechenden

Hubantriebselements (2,7) zurückgezogen und die Fügepartner - Zufuhreinrichtung (4) liefert das Schweißergebnis in einen

Bereitstellungsraum und ,dass ein Prägekopf (10,8) während des Prozesses mittels eines Stellelementes (12) unabhängig von der jeweiligen Schweißelektrode (11 ,5) und dem Elektrodendruck auf den Fügepartner eingestellt werden kann beansprucht wird weiter, dass ein Prägekopf (10,8) unabhängig von der Stellung einer Elektrode nach dem Prägevorgang je nach der Materialpaarung den Druck auf den jeweiligen Fügepartner erhöhen oder verringern kann oder sich ganz aus der Schweißzone herausziehen kann. Desweitern wird beansprucht ein Computerprogramm mit einem Programmcode zur Durchführung der Verfahrensschritte, wenn das Programm in einem Computer ausgeführt wird sowie ein maschinenlesbarer Träger mit dem Programmcode eines Computerprogramms zur Durchführung des Verfahrens , wenn das Programm in einem Computer ausgeführt wird gelöst.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung wird im Folgenden näher beschrieben.

Es zeigen im Einzelnen:

Fig.1 : einen Querschnitt durch die erfindungsgemäße Vorrichtung

Fiq.2: eine Schnittdarstellung aus dem Bereich der Prägeköpfe

Fig.3 zwei Schnitt - Darstellungen aus dem Bereich des Schweißvorgangs

Fig.4: eine unmittelbare Schnittdarstellung der Schweißverbindung

Die Fig.1 : zeigt einen Querschnitt durch die erfindungsgemäße Vorrichtung.

Der zangenförmig gestaltete Grundkörper 1 der Schweißvorrichtung weist im

Wesentlichen ein unteres Hubantriebselement 2 und ein oberes Hubantriebselement 7 auf zwischen denen mittels einer Fügepartner - Zufuhreinrichtung 4 zwei

Fügepartner 9 für einen zu erfolgenden Schweißvorgang exakt positioniert zugeführt werden. Die hier gezeigten zu verschweißenden beiden Fügepartner 9 bestehen beispielhaft aus einem, im Schnitt gezeigten, länglichen Blechstreifen der mit einem anderen, u -förmig gebogenen, den länglichen Blechstreifen umklammernden, weiteren Blechstreifen verschweißt werden soll.

Unmittelbar an diesem Schweißvorgang beteiligt sind zwei, hier als Druckspitze zu erkennende, Prägeköpfe, nämlich der untere Prägekopf 10 und der obere Prägekopf 8. Diese beiden Prägeköpfe 10 und 8 sind direkt verbunden mit der entsprechenden unteren Schweißelektrode 11 und der oberen Schweißelektrode 5.

Die beiden Schweißelektroden 11 und 5 sind wiederum jeweils gehalten von der entsprechenden unteren Elektroden - Halteeinrichtung 3 und der oberen Elektroden - Halteeinrichtung 6.

Hierbei weisen sowohl die untere Elektroden - Halteeinrichtung 3 als auch die obere Elektroden - Halteeinrichtung 6 jeweils eine eigene, unabhängig voneinander wirkende Kraft - Messeinrichtung auf.

Betätigt werden die beiden Elektroden - Halteeinrichtungen von dem unteren Hubantriebselement 2 und dem oberen Hubantriebselement 7.

Die Fig.2: zeigt eine Schnittdarstellung aus dem Bereich der Prägeköpfe. Ausgehend von der aus der Fiq.1 bekannten oberen Schweißelektrode 5 und der oberen

Elektroden - Halteeinrichtung 6 mit ihrer Kraft - Messeinrichtung ist hier beispielhaft neben dem oberen Prägekopf 8 der Schaft 16 des oberen Prägekopfs 8 mit seinem Vorspannelement 5 zu erkennen. Über dem Schaft 16 des oberen Prägekopfs sind zwei kraftmäßig hintereinander geschaltete Stellelemente 12 dargestellt mit deren Hilfe die Vorspannung des Vorspannelements 15, zum Beispiel als

Federvorspannung, eingestellt werden kann. Als Stellelemente 12 können zum Beispiel Piezoelektrische - Elemente Verwendung finden. Zur Messung dieser Vorspannung dient ein Kraft - Messsensor 13. Mittels eines weiteren Kraft - Messsensors 14 kann der Elektrodendruck gemessen werden der von dem oberen Hubantriebselement 7 auf die obere Schweißelektrode 6 ausgeübt wird .Im unteren Teil der Fig.2 ist mit 17 der entsprechende Schaft des unteren Prägestempels bezeichnet. Auch die übrigen, nicht gezeigten, Bauteile wie die Stellelemente 12, der Kraft - Messsensor 13, das Vorspannelement 15 und der Kraft - Messsensor 14 für den Elektrodendruck entsprechen der im oberen Teile der Fig.2 beschriebenen Anordnung. Die Fig.3 zeigt zwei Schnitt - Darstellungen aus dem Bereich des Schweißvorgangs. In der linken Fig.3a sind als Beispiel für zu verschweißende Bleche als ein erster Fügepartner ein Blech aus Metallstrukturmaterial 19 und als weiterer zweiter

Fügepartner ein, dieses Blech 19 als eine u - förmig umklammernde

Metalleinfassung 18, dargestellt. Diese Darstellung entspricht, lediglich

seitenverkehrt, den in der Fig.1 gezeigten Verhältnissen.

In der rechten Fig.3b sind die in der Fig.3a gezeigten Fügepartner im Schnitt nach der mechanischen Einwirkung durch die Prägeköpfe gezeigt.

Das hier beispielhaft gezeigte Blech aus Metallstrukturmaterial 19 ist dadurch gekennzeichnet, dass, wie sein Name schon sagt, es im Wesentlichen aus einer gitterähnlichen Metallstruktur mit dazwischenliegenden Hohlräumen besteht. Ein solches Blech setzt einer Druckbelastung mittels eines spitzen Prägekopfs naturgemäß weniger Widerstand entgegen als ein entsprechendes Blech aus einem normalen Metall. Dies ist in der Fig.3b dadurch zu erkennen, dass das

Metallstrukturmaterial 19 durch die Krafteinwirkung der Schäfte 17 und 16 der beiden Prägeköpfe 10 und 8 in der Mitte stark deformiert ist, während die Metalleinfassung 18 eher ein normales Deformierungs - Verhalten zeigt. Die untere Schweißelektrode 11 und die obere Schweißelektrode 5 sind in dieser Darstellung noch stromlos.

Die Fig.4:zeigt eine unmittelbare Schnittdarstellung der Schweißverbindung. Diese Darstellung unterscheidet sich von der Fig.3b dadurch, dass nach dem Fluss eines Schweißstroms sich an den mechanischen Verbindungsflächen des

Metallstrukturmaterials 19 und der Metalleinfassung 18 eine innige

Schweißverbindung 20 gebildet hat.

Die Steuerung und Reglung des beschriebenen Schweißprozesses erfolgt einmal mittels der Stellelemente 12 die die Vorspannung bestimmen mit der der jeweilige Prägekopf auf den entsprechenden Fügepartner einwirkt, wobei die Messung der Vorspannung mittels des entsprechenden Kraft - Messsensors 13 erfolgt.

Weiter wird der Druck der Schweißelektroden auf die Fügepartner mittels der entsprechenden Hubantriebselemente ausgeübt und mittels der entsprechenden Kraft - Messsensoren 14 gemessen.

Die Steuerung und die Art des Schweißstroms richten sich nach der Art und

Ausgestaltung der jeweiligen Fügepartner, wobei die Taktzahl der Zufuhreinrichtung der Fügepartner die Taktzahl der Schweißvorrichtung bestimmt. Hierbei wird eine

Taktzahl von mindestens 1200 Schweißvorgängen pro Stunde erreicht.

Die Höhe des Schweißstroms wird niedrig gehalten, wobei darauf geachtet wird, dass die Schweiß - Elektroden nicht mit Material der Fügepartner beschichtet sind um ein Anheften der Fügepartner an die Schweißelektroden zu vermeiden. Somit lässt sich eine hohe Zuverlässigkeit und eine hohe Taktzahl erreichen.

Der Druck eines Prägekopfs kann während des Bearbeitungsprozesses durch ein

Stellelement unabhängig von der Schweißelektrode und dem Elektrodendruck auf den Fügepartner eingestellt werden.

Der jeweilige Prägekopf erzeugt in dem Fügepartner eine Zündspitze an der entlang die spätere Schweißnaht verläuft. Auf diese Weise wird eine gute Leitfähigkeit der Verschweißung erreicht. Ein Prägekopf kann aus Keramik oder einem anderen harten schlecht leitendem Material sein. Prägespitzen verhindern ein Verschieben der Fügepartner beim Schweißen, was bei der erreichbaren hohen Taktzahl wichtig ist. Ein Prägekopf kann unabhängig von der Elektrode nach dem Prägevorgang, je nach der Art der Materialpaarung, den Druck auf den Fügepartner erhöhen oder verringern oder sich aus der Schweißzone ganz herausziehen.

An einem Schweißvorgang können beide Schweißelektroden mit ihren Prägeköpfen und dem entsprechenden Hubantriebselement beteiligt sein, es kann jedoch auch eine Schweißelektrode mit ihrem Prägekopf quasi statisch bleiben und sich nicht mit ihrem Prägekopf und dem betreffenden Hubantriebselement am Schweißvorgang beteiligen. Dies betrifft natürlich nicht die elektrische Funktion der

Schweißelektroden.

Des Weiteren kann in einer, nicht gezeigten, Sonderbauform zusätzliche die Funktion einer Messung des ohmschen Widerstandes vorgesehen sein, bevor der eigentliche Schweißvorgang geschaltet wird. Auf diese Weise kann durch die Berührung der Spitzen der Prägeköpfe mit den Fügpartnern vor dem eigentlichen Schweißvorgang abgeschätzt werden, welchen ohmschen Widerstand später die fertige

Schweißverbindung aufweist. Sollte diese Widerstandsmessung nicht dem

gewünschten Wert entsprechen, kann mittels einer zusätzlichen Druckerhöhung auf die Fügepartner das Ergebnis der Schweißung vor dem Schweißvorgang noch beeinflusst werden. Referenzwerte für eine entsprechende Abschätzung werden im konkreten Fall mittels entsprechender Messreihen gewonnen.

Dadurch lässt sich die Zuverlässigkeit der gesamten Anlage wesentlich erhöhen.

Fügepartner sind bevorzugt Materialien wie Strukturmetalle die im Inneren

Hohlräume aufweisen ( beispielsweise Metallschäume ).

Es können jedoch selbstverständlich auch andere Materialien als Fügepartner verwendet werden.

Die komplexe Steuerung der beschriebenen Bewegungsabläufe erfordert ein spezielles Steuerungsprogramm

Bezuqszeichenliste

Grundkörper der Schweißvorrichtung

unteres Hubantriebselement

untere Elektroden - Halteeinrichtung mit Kraft - - Messeinrichtung

Fügepartner - Zufuhreinrichtung

obere Schweißelektrode

obere Elektroden - Halteeinrichtung mit Kraft - Messeinrichtung oberes Hubantriebselement

oberer Prägekopf

Fügepartner

Unterer Prägekopf

untere Schweißelektrode

Stellelemente für oberen Prägestempel

Kraft - Messsensor für Prägestempel

Kraft - Messsensor für Elektrodendruck

Vorspannelement ( Federelement )

Schaft des oberen Prägestempels

Schaft des unteren Prägestempels

Metalleinfassung ( Kontaktblech )

Metallstrukturmaterial

Schweißverbindung