DE10143220C1 - Bolzenschweißen mit magnetischer Lichtbogenrotation - Google Patents

Abstract

Beim Bolzenschweißen mit rotierendem Lichtbogen kann ein Werkstück, wie beispielsweise eine Mutter (1), mit im Wesentlichen ringförmiger Stirnfläche (17) auf einen Träger (2) aufgeschweißt werden. Durch die Rotation des Lichtbogens erfolgt somit eine im Wesentlichen gleichmäßige ringförmige Verschweißung der Stirnfläche (17) des Werkstücks (1) auf einen Träger (2). Um gleichzeitig die zur Erzeugung des Magnetfelds (B) Elektromagnetanordnung (3) vor Schweißspritzern zu schützen und die Einsehbarkeit bzw. Zugänglichkeit der Schweißstelle zu erhöhen, wird vorgeschlagen, das Magnetfeld (B) von der von der Schweißverbindung (7) her abgewandten Seite (18) des Trägers (2) aus zu erzeugen. Dazu wird also der Elektromagnet (3) an der Unterseite des Trägers (2) positioniert und während des Schweißvorgangs aktiviert. DOLLAR A Ein zentraler Feldformerdorn (5) aus magnetisch leitfähigem Material kann mehrere Aufgaben erfüllen. Einerseits dient er zur Formung der Feldlinien (6) des Magnetfelds (B), derart, dass er im Bereich des Lichtbogens (Schweißstelle) eine im Wesentliche radiale Komponente (B¶y¶) aufweist und andererseits kann er bei entsprechender Innenbohrung des Feldformerdorns (5) zur Schutzgaszuführung dienen.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Bolzenschweißverfahren, bei dem ein Werkstück mit in Draufsicht im Wesentlichen ringförmiger Stirnfläche auf einen Träger aufgeschweißt wird und der Lichtbogen während des Schweißvorgangs durch ein Magnetfeld in Rotation versetzt wird. Die vorliegende Erfindung bezieht sich darüber hinaus auf eine Elektromagnetanordnung zur Verwendung bei einem Bolzenschweißverfahren sowie auf die Verwendung einer solchen Elektromagnetanordnung bei einem Bolzenschweißverfahren.

Das Bolzenschweißen mit rotierenden Lichtbogen ist mittlerweile aus dem Stand der Technik gut bekannt. Dieses Verfahren wird üblicherweise eingesetzt, um Teile mit in Draufsicht ringförmiger Kontaktstirnseite auf einen Träger aufzuschweißen. Derartige Teile können beispielsweise Hohlbolzen, Hülsen, Rohrstücke und Mutern sein. Um den Lichtbogen während des Bolzenschweißvorgangs in Rotation zu versetzen, derart, dass er kontinuierlich über die ringförmige Stirnfläche des Werkstücks kreist, wird ein extern erzeugtes Magnetfeld angelegt, das eine radiale Feldkomponente B_RAD aufweist, die in Zusammenwirkung mit dem Schweißstrom I eine Rotationskraft F_ROT bewirkt, die den Lichtbogen kreisförmig rotieren lässt.

Ein derartiges Verfahren findet bspw. Anwendung in der KFZ-Industrie sowie im Stahlbau allgemein. Bspw. eignet es sich auch sehr gut für die Herstellung von Schaltschränken.

Zentrales Problem beim Bolzenschweißen mit rotierenden Lichtbogen ist es, ein Magnetfeld mit radialer Feldkomponente im Bereich des Schweißstroms derart zu erzeugen, dass der Schweißvorgang im Übrigen nicht behindert wird.

Aus der DE 44 32 550 C1 ist ein Hubzündungs-Bolzenschweißen bekannt, bei dem der aufzuschweißende Hohlbolzen eine besondere stirnseitige Ausgestaltung aufweist. Genauer gesagt weist der anzuschweißende Hohlbolzen einen kegelstumpfförmigen Flächenbereich auf, dessen kleinster Durchmesser kleiner ist als der Durchmesser der Werkstückbohrung und dessen größter Durchmesser mindestens im Wesentlichen gleich groß ist wie der Durchmesser der Werkstückbohrung. Durch eine solche Gestaltung kann eine Selbstzentrierung des Hohlbolzens gegenüber der Werkstückbohrung erreicht werden. Hinsichtlich der Rotation des Lichtbogens ist weiterhin von Bedeutung, dass die aus dem kegelstumpfförmigen Flächenbereich austretenden Magnetfeldlinien eine erhebliche Radialkomponente aufweisen, die eine wirksame Rotation des Lichtbogens um die Werkstückbohrung herum ergibt. Dieses Verfahren hat indessen bei wirtschaftlicher Betrachtung den Nachteil, dass beispielsweise kaum Standardmuttern verwendet werden können, sondern wesentlich teurere Spezialteile mit speziell gestalteter Stirnfläche verwendet werden müssen.

Aus der DE 44 00 957 C1 ist ein weiterer Ansatz bekannt, beim Lichtbogenschweißen mit rotierenden Lichtbogen eine radiale Magnetfeldkomponente zu erzeugen. Gemäß diesem Stand der Technik ist zum Anschweißen von Bolzen mit im Wesentlichen ringförmigem Querschnitt durch Lichtbogenverschweißung nach dem Hubzündungsprinzip ein Bolzenhalter von einer Elektromagnetspule umgeben, der ein Magnetfeld über ein Flussführungsteil zum Schweißspalt zu zugeführt wird, so dass sich in diesem eine radial zum Bolzen verlaufende Magnetfeldkomponente ausbildet. Diese Feldkomponente übt eine auf den Lichtbogen in Umfangsrichtung wirkende Kraft aus, so dass der hohle Bolzen über einen gesamten ringförmigen Querschnitt am Werkstück sicher angeschweißt wird. Um eine Einkopplung des von der Spule erzeugten Magnetfelds in das Werkstücks so gering wie möglich zu halten, ist das Flussführungsteil mit einem kegelstumpfförmigen Feldformer versehen, dessen verlängerte Mantellinie auf die Schweißstelle weist, so dass die an der Spitze des Feldformers gebildete Polfläche den Schweißspalt eng umschließt. Dieser Stand der Technik weist den Nachteil auf, dass einerseits die Elektromagnetspule um den Bolzenhalter herum angeordnet ist. Dies verstellt somit für den Bediener des Bolzenschweißgeräts den freien Blick auf die Schweißstelle. Darüber hinaus ist das zusätzliche Flussführungsteil notwendig, dass zusätzliche Kosten und Aufwand verursacht.

Aus der DD 142 517 C1 und der DD 224 788 A1 ein Verfahren zum Schweißen mittels eines magnetisch bewegten Lichtbogens bekannt, bei dem auf beiden Seiten des Trägerbauteils ein Magnet vorgesehen ist. Dabei ist auf der Unterseite eine Ringspule vorgesehen.

In der JP 10-024 368 wird eine Kühlvorrichtung für eine Spule einer Schweißvorrichtung vorgeschlagen, mit der die Spule von ihrer Außenseite her gekühlt wird.

Allgemein können also die Nachteile des Standes der Technik wie folgt zusammengefasst werden:

• - Alle bisher für das Rotationslichtbogenschweißen verwendeten Spulenanordnungen behindern die Zugänglichkeit der Schweißstelle.
• - Durch die sehr hohe thermische Strahlung des Lichtbogens kommt es zu einer Erwärmung der gesamten Anordnung, was zusätzliche Kühlmaßnahmen erfordert, die sich bei den bekannten Techniken schwer integrieren lassen.
• - Die Spulenanordnung ist durch Schweißspritzer und Verunreinigungen gefährdet.
• - Die Anbindung der Spulenanordnung oberhalb der Schweißstelle erschwert die automatische Beladung eines Bolzenhalters mit Werkstücken.
• - Wie beispielsweise in der DE 44 32 550 C2 zu sehen, lassen sich optimale Schweißergebnisse oft nur mit speziell gestalteten Sonderschweißelementen erreichen, was die Kosten des Verfahrens erheblich steigern kann.

Ausgehend von diesen Problemen ist es entsprechend Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Technik für das Bolzenschweißen mit rotierendem Lichtbogen bereitzustellen, bei dem die Zugänglichkeit der Schweißstelle durch die das Magnetfeld erzeugende Spulenanordnung nicht behindert wird. Eine weitere Aufgabe ist es, die Technik dahingehend weiterzuentwickeln, dass die Spulenanordnung sicher vor Schweißspritzern und Verunreinigungen geschützt wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Die abhängigen Ansprüche bilden den zentralen Gedanken der Erfindung in besonders vorteilhafter Weise weiter.

Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung ist also ein Bolzenschweißverfahren vorgeschlagen, bei dem Werkstück mit im Wesentlichen ringförmiger Stirnfläche auf einen Träger aufgeschweißt wird und der Lichtbogen während des Schweißvorgangs durch ein Magnetfeld in Rotation versetzt wird. Dabei wird das Magnetfeld von der von der Schweißverbindung abgewandten Seite des Trägers aus erzeugt. Durch diese auf den ersten Blick einfache Maßnahme lassen sich gleich zwei Vorteile auf einen Schlag erzielen: Einerseits wird die Zugänglichkeit und auch die Einsehbarkeit von oben nicht beeinträchtigt und andererseits wird die Magnetspule durch den Träger selbst gegen Schweißspritzer geschützt, da sie ja auf der von der Schweißstelle abgewandten Seite liegt. Überraschenderweise wurde bei der Tätigung der Erfindung festgestellt, dass trotz der Tatsache, dass der metallische Träger zwischen der Magnetspule und der Schweißstelle liegt, eine ausreichende radiale Magnetfeldkomponente im Bereich des Lichtbogens erzielt werden kann. Dies gilt besonders für magnetisch nicht leitfähige Materialien, wie beispielsweise V2A-Stahl.

Zu der Erzeugung des Magnetfelds von der von der Schweißverbindung abgewandten Seite des Trägers her kann ein Elektromagnet an der von der Schweißverbindung abgewandten Seite des Trägers positioniert und aktiviert werden.

Der Elektromagnet kann dabei derart ausgebildet sein, dass die Feldlinien des von ihm generierten Magnetfelds im Bereich der Schweißverbindung eine wesentliche radiale Komponente aufweisen, die den Lichtbogen in Rotation versetzen kann.

Dabei kann in eine Ringspule des Elektromagneten ein Feldformerdorn (Innendorn) aus magnetisch leitfähigem Material eingesetzt werden, der während des Schweißvorgangs gegen die von der Schweißverbindung abgewandten Seite des Trägers gedrückt wird.

Für den Fall des Schweißens auf ein Lochblech, bei dem also die Schweißstelle um ein Loch in dem Träger herum verläuft, kann in die Ringspule des Elektromagneten ein Feldformerdorn aus magnetisch leitfähigem Material eingesetzt werden, der während des Schweißvorgangs von der von der Schweißverbindung abgewandten Seite des Trägers her durch ein Loch in dem Träger hineinsteht.

Besonders vorteilhafterweise kann das Werkstück mittels des Feldformerdorns (Innendorn) auch zentriert werden. Diese Zentrierung kann beispielsweise mittels einer auf den Feldformerdorn aufgesetzten Kappe oder Aufsatz erfolgen.

Schließlich kann der Feldformerdorn noch eine weitere Funktion erfüllen: Während des Schweißvorgangs kann durch den Feldformerdorn ein Schutzgas von unten zu der entstehenden Schweißverbindung hin befördert werden.

Die Schweißverbindung kann wie bereits gesagt um das Loch in dem Träger herum geschaffen werden.

Der Elektromagnet kann eine in einem Gehäuse aufgenommene Ringspule aufweisen, wobei zwischen der Gehäusewand und der Ringspule ein Kühlfluid zirkulieren kann.

Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Elektromagnetanordnung zur Verwendung bei einem Bolzenschweißverfahren vorgesehen, bei dem ein Werkstück mit im Wesentlichen ringförmiger Auflagefläche auf einen Träger aufgeschweißt wird und der Lichtbogen während des Schweißvorgangs durch ein Magnetfeld eines Elektromagnets in Rotation versetzt wird. Der Elektromagnet weist eine Ringspule auf. Erfindungsgemäß ist ein magnetisch leitfähiger Innendorn vorgesehen, der in die Elektromagnetanordnung eingesetzt den Feldlinien des Magnetfelds in einem Bereich etwas oberhalb und in der Zentralachse des Elektromagneten eine Komponente im Wesentlichen parallel zu der Seitenfläche des Elektromagneten vermittelt.

Die Ringspule kann beispielsweise in einen nach oben offenen, magnetisch leitfähigen Topf eingebettet sein.

Der Innendorn kann zentral axial an dem Elektromagneten angeordnet sein.

Der Innendorn kann auswechselbar sein.

Der Innendorn kann über eine Anlageebene des Elektromagneten hervorstehen.

Der Innendorn kann mit seiner Spitze mit einer Kappe bzw. einem Aufsatz versehen sein, der bzw. die das Werkstück während des Schweißvorgangs zentriert.

Für den Fall, dass keine Schweißung auf einem gelochten Träger erfolgen soll, kann die Spitze des Feldformerdorns im Wesentlichen in der Anlage des Elektromagneten liegen, so dass bei Anlage des Elektromagneten an die Unterseite des Trägers die Spitze des Feldformerdorns in sicherem Kontakt mit der Trägerunterseite liegt.

Der Feldformerdorn kann derart durchbohrt sein, dass ein Gas an der Unterseite des Feldformerdorns in einem Einlass des Feldformerdorns zugeführt werden kann, wobei das Gas dann im Bereich der Spitze des Feldformerdorns durch eine Öffnung wieder austreten kann.

Die Ringspule kann in einem Gehäuse mit Übermaß aufgenommen sein, derart, dass zwischen der Gehäusewand und der Ringspule ein Kühlfluid in einem Zwischenraum zirkulieren kann.

Das Kühlfluid kann beispielsweise Wasser oder Pressluft sein.

Wenn die Elektromagnetanordnung plan auf den Träger (Unterseite) aufgesetzt ist, kann eine Ringdichtung den äußeren Bereich der Auflagefläche von einem Mittenbereich im Wesentlichen hermetisch trennen.

Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung schließlich wird die Verwendung einer Elektromagnetanordnung wie oben ausgeführt bei einem Bolzenschweißverfahren vorgeschlagen, bei dem ein Werkstück mit im Wesentlichen ringförmiger Stirnfläche auf einen Träger aufgeschweißt wird und der Lichtbogen während des Schweißvorgangs durch ein Magnetfeld der Elektromagnetanordnung in Rotation versetzt wird.

Weitere Merkmale, Eigenschaften und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden nunmehr anhand der detaillierten Beschreibung von Ausführungsbeispielen und bezugnehmend auf die Figuren der begleitenden Zeichnungen näher erläutert.

Fig. 1 zeigt schematisch die Anordnung einer Elektromagnetanordnung an der Unterseite eines Trägers, dem ein Werkstück mit ringförmiger Stirnfläche aufgeschweißt werden soll,

Fig. 2 zeigt eine Variierung des Ausführungsbeispiels von Fig. 1 dahingehend, dass das Werkstück um ein Loch (Bohrung) in dem Träger herum aufgeschweißt werden soll,

Fig. 3 zeigt die Verwendung eines Feldformerdorns auf der Innenseite der Spule zur Zufuhr beispielsweise eines Schutzgases unten an die Schweißstelle hin, und

Fig. 4 zeigt die Zirkulation von Kühlfluiden, wie beispielsweise Pressluft oder Wasser, um die Ringspule der Elektromagnetanordnung herum.

In Fig. 1 ist als Beispiel für ein Werkstück mit in Draufsicht im Wesentlichen ringförmiger Stirnfläche 17 eine Mutter 1 gezeigt, die auf einem im Wesentlichen planen metallischen Träger 2 aufgeschweißt werden soll. Im übrigen kann der Träger auch - bei entsprechender Anpassung der Stirnfläche des Werkstücks - eine gekrümmte Form aufweisen, wie es bspw. beim Aufschweissen von Werkstücken auf Auspuffkrümmern der Fall ist.

Die Schweissung wird also durch ein Bolzenschweißverfahren durchgeführt werden, bei dem sich der Lichtbogen während der Schweißung zwischen der ringförmigen Stirnfläche 17 der Mutter 1 und dem Träger 2 bildet. Da die Details des Bolzenschweißens selbst aus . dem Stand der Technik hinreichend bekannt sind, wird auf eine weitere Erläuterung und auch auf eine Darstellung in den Zeichnungen verzichtet. Die Zeichnungen zeigen also lediglich die Komponenten, in denen sich die vorliegende Erfindung vom Stand der Technik unterscheidet. Allgemeine Ausführungen zum Bolzenschweißen mit rotierenden Lichtbogen können beispielsweise in der bereits eingangs zitierten DE 44 00 957 C1 oder DE 44 32 550 C1 ersehen werden.

Wie sich im Verlauf der Beschreibung zeigen wird, ist es gerade ein Vorteil der vorliegenden Erfindung, dass übliche Bolzenschweissgeräte ohne spezielle Anpassung an das Rotationslichtbogenschweissen verwendet werden können, solange der Bolzenhalter des Bolzenschweissgeräts für Werkstücke mit in der Draufsicht im wesentlichen ringförmiger Stirnfläche ausgelegt ist.

Um den Lichtbogen während des Schweißens in Rotation zu versetzen, derart, dass er auf der in Draufsicht ringförmigen Stirnfläche 17 der Mutter 1 kreist, wird ein Magnetfeld B mit Feldlinien 6 erzeugt, die in dem Bereich des Lichtbogens, also in dem Zwischenraum zwischen der ringförmigen Stirnfläche 17 der Mutter 1 und dem Träger 2 eine nicht verschwindende radiale Komponente B_y aufweisen. Selbstverständlich ist ein vollständiger radialer Verlauf in diesem Bereich nicht notwendig, solange die radiale Komponente B_y ausreicht, um den Lichtbogen in Rotation zu versetzen.

Wie in Fig. 1 ersichtlich wird erfindungsgemäß die Elektromagnetanordnung 3 mit einer darin aufgenommenen Ringspule 4 auf der Unterseite des Trägers 18 positioniert, wobei also die Schweißung auf der Oberseite 19 des Trägers 2 ausgeführt werden soll. Wie ersichtlich ist die Ringspule 4 dabei in einem oben offenen, topfförmigen Gehäuse 23 der Elektromagnetanordnung 3 aufgenommen. Das Gehäuse der Elektromagnetanordnung 3 ist dabei aus einem magnetisch leitfähigen Material gebildet. Der obere, kreisförmige Rand des Gehäuses 23 definiert eine Auflagefläche 15, die bei aufgesetzter Elektromagnetanordnung 3 die Kontaktfläche zwischen dem Gehäuse 23 und der Unterseite 18 des Trägers 2 darstellt.

Fig. 1 zeigt die Anwendung der vorliegenden Erfindung auf das Beispiel des Aufschweißens einer Mutter 1 auf einen nicht durchbohrten Träger 2.

In der Elektromagnetanordnung 3 ist ein Feldformerdorn 5 zentral, d. h. in der Symmetrieachse 24 der Ringspule 4 und des Gehäuses 23, angeordnet. Dieser Feldformerdorn (auch Innendorn genannt) ist bei dem Anwendungsfall von Fig. 1, also dem Aufschweißen auf einen nicht durchbohrten Träger 2, derart positioniert, dass seine Spitze (14 in Fig. 3) plan auf der Unterseite 18 des Trägers 2 aufliegt. Somit stellt sich also der in Fig. 1 dargestellte Verlauf der Feldlinien 6 des durch die Elektromagnetanordnung 3 im aktivierten Zustand erzeugten Magnetfelds B ein, bei dem die Feldlinien 6 die Spitze 14 des Feldformerdorns 5 verlassen, bei einem Edelstahlträger 2 durch den Träger 2 hindurchtreten und schließlich die Ringspule 4 wieder an ihrer Außenseite treffen. Somit ergibt sich wie schematisch in Fig. 1 dargestellt die gewünschte Radialkomponente B_y der Feldlinien 6 im Bereich des Lichtbogens, also dem Zwischenraum zwischen der ringförmigen Stirnfläche 17 des Werkstücks 1 und der Oberseite 19 des Trägers 2.

Wie später noch genauer im Detail erläutert werden wird, weist der Feldformerdorn 5 gegebenenfalls noch weitere Funktionen auf. Beispielsweise kann für einen Schutzgastransport hin zu der Unterseite der Schweißstelle ein Gaseinlass 22 an der Unterseite des Feldformerdorns 5 und ein Gasauslass 21 im Bereich der Oberseite des Feldformerdorns 5 vorgesehen sein. Einlass 22 und Auslass 21 kommunizieren dabei mittels einer zentralen axialen Mittenbohrung 26 in dem Feldformerdorn 5.

Fig. 2 zeigt eine Abwandlung der vorliegenden Erfindung auf den Anwendungsfall, bei dem die Mutter 1 um ein Loch 20 in dem Träger 2 herum aufgeschweißt werden soll. In diesem Fall kann in Abwandlung zu Fig. 1 der Feldformerdorn 5 dahingehend modifiziert sein, dass seine Spitze derart ausgebildet ist, dass sie durch das Loch 20 in dem Träger 2 nach oben hindurchsteht, wenn die Elektromagnetanordnung 3 mit ihrer Anlagefläche 15 auf die Unterseite 18 des Trägers 2 aufgesetzt ist. Somit können die Magnetfeldlinien 6 noch besser, d. h. mit größerer Feldstärke und stärkerem Radialanteil im Bereich des Lichtbogens geführt werden.

Weiterhin ist in Fig. 2 eine weitere mögliche Funktion des Feldformerdorns 5 aufgezeigt. Wenn nämlich auf die Spitze des Feldformerdorns ein Aufsatz bzw. eine Kappe 25 aufgesetzt wird, kann der Feldformerdorn 5, der ja in der Zentralachse 24 der Elektromagnetanordnung 3 angeordnet ist, gleichzeitig auch eine Zentrierfunktion für die Mutter 1 aufweisen.

Fig. 3 zeigt genauer wie Schutzgas unten einem Feldformerdorn 5 mittels eines Einlasses 22 zugeführt werden kann, wobei das Schutzgas dann die Mittenbohrung 26 in dem Feldformerdorn 5 durchquert und an der Oberseite mittels des Auslasses 21 wieder ausgelassen werden kann.

Da wie in Fig. 3 ersichtlich ein Kühlmedium in einem Raum 10 zwischen der Gehäusewand 12 der Elektromagnetanordnung 3 und der Ringspule 4 zirkulieren kann, ist es gegebenenfalls notwendig, eine Ringdichtung 9 an der Oberseite der Elektromagnetanordnung vorzusehen. Diese Ringdichtung 9 teilt den Raum, der bei Auflage der Elektromagnetanordnung 3 an die Unterseite 18 des Trägers 2 zwischen der Elektromagnetanordnung 3 und dem Träger 2 gebildet wird, in einen Mittenbereich und einen äußeren Bereich, die hermetisch gegeneinander isoliert sind. Somit kann beispielsweise verhindert werden, dass sich das zentral zugeführte Schutzgas mit dem Kühlmedium, wie beispielsweise Pressluft oder Wasser mischt.

Fig. 4 zeigt weiterhin, dass der Einlass 11 für das Kühlmedium derart gebildet sein kann, dass die Luft als Kühlmedium beispielsweise spiralförmig in dem Zwischenraum zwischen Ringspule 4 und Gehäusewand 12 geführt wird, so dass die Luft dann im oberen Bereich der Gehäusewand 12 der Elektromagnetanordnung 3 wieder austreten kann, wie schematisch durch Pfeile 27 in Fig. 4 dargestellt ist.

Die Elektromagnetanordnung 3 weist wie dargestellt eine geschlossene, um mindestens eine Achse symmetrische Spulenanordnung 4 mit magnetisch leitfähigen, nach oben offenem Topfgehäuse auf. Weiterhin ist ein auswechselbarer magnetisch leitfähiger Innendorn 5 mit Gasdurchführung vorgesehen, der oberhalb des Spulentopfes ein magnetisches Streufeld erzeugt, dass den auf das Schweißteil (Träger) oberseitigen Lichtbogen zur Rotation bringt. Diese Anordnung ermöglicht eine sehr flache Spulenbauform, wobei sich die Erregerspule (Ringspule) 4 in die Werkstückaufnahme des Schweißteils integrieren lässt. Für mehrere Schweißungen auf einem Bauteil können mehrere Spulen in der Werkstückaufnahme integriert sein. Alternativ kann das Werkstück bezüglich der Feldformerspule 4 bewegt werden. Der Gasfluss durch den Innendorn 5 schützt die Schweißunterseite vor Anlassfarben oder im Falle der Schweißung auf eine Bohrung (Loch) 20 zusätzlich vor Oxidation. Gleichzeitig sorgt auch dieses Gas für eine Kühlung der Anordnung. Gegebenenfalls kann eine zusätzliche Kühlung beispielsweise mittels Pressluft entfallen.

Der auswechselbare Innendorn 5 senkt die Kosten bei Verschleiß oder veränderter Schweißaufgabe, da lediglich der Innendorn 5 ausgetauscht werden muss. Dadurch wird die Flexibilität der Anordnung für unterschiedliche Schweißaufgaben erheblich gesteigert.

Durch entsprechende Gestaltung des Innendorns 5 ist das Schweißen auch auf sehr dickem Material bis zu 15 mm Trägerstärke möglich. Der Innendorn 5 wird für das Schweißen auf Durchgangsbohrung wie dargestellt besonders gestaltet, um ein optimales Feld und damit eine gleichbleibende Rotation des Lichtbogens zu erreichen. Mit Veränderung der Dornform wird ein optimaler, an die jeweilige Schweißaufgabe angepasster Streufluss erreicht.

Bei einem Einsatz des Feldformers 5 kann das Rotationslichtbogenschweißen mit herkömmlichen serienmäßigen Bolzenschweißgeräten und Schweißpistolen ausgeführt werden.

Die Erfindung lässt sich besonders gut auf das Schweißen von handelsüblichen Edelstahlmuttern auf Edelstahl mit hoher Qualität anwenden.

Claims (25)

1. Bolzenschweißverfahren, bei dem ein Werkstück mit in Draufsicht im wesentlichen ringförmiger Stirnfläche (17) auf einen Träger (2) aufgeschweißt wird und der Lichtbogen während des Schweißvorgangs durch ein Magnetfeld (B) in Rotation versetzt wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Magnetfeld (B) ausschließlich von der von der Schweißverbindung (7) abgewandten Seite (18) des Trägers (2) aus erzeugt wird.

2. Bolzenschweißverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass während des Schweißvorgangs ein Elektromagnet (3) an der von der Schweißverbindung (7) abgewandten (18) Seite des Trägers (2) positioniert und aktiviert wird.

3. Bolzenschweißverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromagnet (3) derart ausgebildet ist, dass die Feldlinien (6) des von ihm generierten Magnetfelds (B) im Bereich der Schweißverbindung (7) eine wesentliche radiale Komponente (B_y) aufweisen.

4. Bolzenschweißverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger (2) aus einem nicht magnetisch leitfähigen Material besteht.

5. Bolzenschweißverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass in eine Ringspule (4) des Elektromagneten (3) ein Feldformerdorn (5) aus magnetisch leitfähigem Material eingesetzt wird, der während des Schweißvorgangs von der Schweißverbindung (7) abgewandten Seite des Trägers (2) her durch ein Loch (20) in dem Träger (2) hineinsteht.

6. Bolzenschweißverfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkstück mittels des Feldformerdorns (5) zentriert wird.

7. Bolzenschweißverfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Zentrierung mittels einer auf den Feldformerdorn (5) aufgesetzten Kappe (25) erfolgt.

8. Bolzenschweißverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass in eine Ringspule (4) des Elektromagneten (3) ein Feldformerdorn (5) aus magnetisch leitfähigem Material eingesetzt wird, der während des Schweißvorgangs gegen die von der Schweißverbindung (7) abgewandte Seite (18) des Trägers (2) gedrückt wird.

9. Bolzenschweißverfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass während des Schweißvorgangs durch den Feldformerdorn (5) hindurch ein Schutzgas von der der Schweißstelle abgewandten Seite des Feldformerdorns (5) zu der entstehenden Schweißverbindung hin befördert (21, 22) wird.

10. Bolzenschweißverfahren nach einem der Ansprüche 5, 6, 7 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Schweißverbindung (7) um das Loch (20) in dem Träger (2) herum geschaffen wird.

11. Bolzenschweißverfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromagnet (3) eine in einem Gehäuse (23) aufgenommene Ringspule (4) aufweist und zwischen der Gehäusewand (12) und der Ringspule (4) ein Kühlfluid zirkuliert (10).

12. Elektromagnetanordnung zur Verwendung bei einem Bolzenschweißverfahren, bei dem ein Werkstück mit in Draufsicht im wesentlichen ringförmiger Stirnfläche (17) auf einen Träger (2) aufgeschweißt wird und der Lichtbogen während des Schweißvorgangs durch ein Magnetfeld (B) eines Elektromagneten (3) in Rotation versetzt wird, der eine Ringspule (4) aufweist, gekennzeichnet dadurch, dass der Elektromagnet (3) auf der von der Schweißverbindung (7) abgewandten Seite (18) des Trägers (2) angeordnet ist und das Magnetfeld (B) ausschließlich durch den Elektromagneten (3) hervorgerufen wird.

13. Elektromagnetanordnung nach Anspruch 12, gekennzeichnet durch einen magnetisch leitfähigen Feldformerdorn (5), der den Feldlinien (6) des Magnetfelds (B) in einem Bereich zwischen dem Träger (2) und dem Werkstück eine Komponente (B_y) parallel zu der dem Träger (2) zugewandten Auflageebene (15) des Elektromagneten (3) vermittelt.

14. Elektromagnetanordnung nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Ringspule (4) in einen auf der der Schweißstelle zugewandten Seite offenen, magnetisch leitfähigen Topf (3) eingebettet ist.

15. Elektromagnetanordnung nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Feldformerdorn (5) zentral axial (24) in dem Elektromagneten (3) angeordnet ist.

16. Elektromagnetanordnung nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Feldformerdorn (5) auswechselbar ist.

17. Elektromagnetanordnung nach einem der Ansprüche 13 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Feldformerdorn (5) aus einer Auflageebene (15) des Elektromagneten (3) hervorsteht.

18. Elektromagnetanordnung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Feldformerdorn (5) an seiner Spitze (13) mit einer Kappe bzw. einem Aufsatz (25) versehen ist, der das Werkstück zentriert.

19. Elektromagnetanordnung nach einem der Ansprüche 13 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Spitze (13) des Feldformerdorns (5) auf Höhe der Anlageebene (15) des Elektromagneten (3) liegt.

20. Elektromagnetanordnung nach einem der Ansprüche 13 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass der Feldformerdorn (5) durchbohrt ist, derart, dass ein Gas an der Unterseite des Feldformerdorns (22) in einem Einlass (22) des Feldformerdorns (5) zugeführt werden kann, wobei das Gas dann im Bereich der Spitze (13) des Feldformerdorns (5) durch eine Öffnung (21) wieder austreten kann.

21. Elektromagnetanordnung nach einem der Ansprüche 12 bis 20, dadurch gekennzeichnet dass die Ringspule (4) des Elektromagneten (3) in einem Gehäuse (23) mit Übermaß aufgenommen ist, derart, dass zwischen der Gehäusewand (12) und der Ringspule (4) ein Kühlfluid in einem Zwischenraum (10) zirkulieren kann.

22. Elektromagnetanordnung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlfluid Wasser ist.

23. Elektromagnetanordnung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlfluid Pressluft ist.

24. Elektromagnetanordnung nach einem der Ansprüche 21 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass, wenn die Elektromagnetanordnung (3) plan auf dem Träger (2) aufgesetzt ist, eine Ringdichtung (9) den äußeren Bereich der Auflagefläche in der Auflageebene (15) von einem Mittenbereich abdichtend trennt.

25. Verwendung einer Elektromagnetanordnung nach einem der Ansprüche 12 bis 24 bei einem Bolzenschweißverfahren, bei dem ein Werkstück mit in Draufsicht im wesentlichen ringförmiger Stirnfläche (17) auf einen Träger (2) aufgeschweißt wird und der Lichtbogen während des Schweißvorgangs durch ein Magnetfeld (B) in Rotation versetzt wird.