DE19539791A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Aufschweißen von Bolzen auf ein Werkstück nach dem Bolzenschweißverfahren - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Auf­ schweißen von Bolzen auf ein Werkstück nach dem Bolzen­ schweißverfahren nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Das Lichtbolzenschweißen mit Hubzündung dient bekanntlich zum Aufschweißen von vorwiegend stiftförmigen metallischen Teilen auf metallische Werkstücke. Zu Beginn des Schweiß­ vorgangs wird der Bolzen durch einen Hubmechanismus vom Werkstück abgehoben und zuerst ein Hilfslichtbogen und dann ein Hauptlichtbogen zwischen Bolzenspitze und Werk­ stück gezündet. Die Bolzenstirnfläche und der Grundwerk­ stoffschmelzen dabei. Nach Ablauf der Schweißzeit taucht der Bolzen mit relativ geringer Kraft in das Schmelzbad ein, und die Stromquelle schaltet ab. Für die Durchführung des Bolzenschweißverfahrens wird üblicherweise eine Schweißpistole verwendet, die eine Hubvorrichtung und ei­ nen Bolzenhalter aufweist. Die Hubvorrichtung wird von ei­ nem Steuergerät gesteuert, die die beschriebenen Bewegun­ gen des Bolzenhalters kontrolliert.

Das Aufschweißen von Bolzen auf Werkstücke aus Aluminium ist problematisch, wie das Schweißen von Aluminium gene­ rell.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben, mit dem bei Werkstoffen aus Aluminium ein zu­ friedenes Bolzenschweißen erhalten werden kann.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.

Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird zum einen der Bolzen nach Ablauf der Schweißzeit, die beliebig einstell­ bar und auch auf den Werkstoff abgestellt werden muß, mit hoher Geschwindigkeit in Richtung Schmelzbad befördert.

Allerdings erfolgt im zweiten Schritt ein deutliches Ab­ bremsen des Bolzens kurz vor oder unmittelbar bei Errei­ chen des Schmelzbades. Die eigentliche Eintauchzeit ist daher relativ lang, beispielsweise zwischen 10 bis 50 ms.

Dadurch, daß der Hub in Richtung Schmelzbad in zwei Stufen durchgeführt wird, nämlich in einer ersten mit hoher Ge­ schwindigkeit und einer zweiten mit deutlich verringerter Geschwindigkeit verlaufenden wird ein wirksames und zu­ friedenstellendes Anschweißen von Bolzen erzielt. Die hohe Geschwindigkeit in der ersten Stufe ermöglicht ein rasches Erreichen des Schmelzbades, wodurch dieses noch nicht eine unerwünschte Beschaffenheit aufweist. Das langsamere Ein­ tauchen des Bolzens in das Schmelzbad verhindert, daß das schmelzende Gut zur Seite spritzt und nicht genügend Schmelzgut verbleibt, um nach der Verfestigung eine aus­ reichend feste Verbindung zu schaffen.

Eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens geht von einer herkömmlichen Bolzenschweißpistole aus, die eine Hubvorrichtung aufweist, die mit einem Bolzenhalter gekop­ pelt ist. Die erfindungsgemäße Vorrichtung sieht eine Dämpfungsvorrichtung vor, die die Bewegung des Bolzenhal­ ters abbremst, wenn der Bolzen annähernd das Schmelzbad erreicht hat. Die Dämpfungsvorrichtung kann von einer Fe­ der gebildet sein, die den weiteren Hub des Bolzens bzw. des Bolzenhalters abbremst, wenn ein bestimmter Weg zu­ rückgelegt worden ist. Um diesen Weg veränderbar zu ge­ stalten, kann die Feder in ihrer Lage veränderbar sein. Im übrigen kann die Feder auch in ihrer Vorspannung veränder­ bar sein, um das Ausmaß der Abbremswirkung zu verändern.

Bei herkömmlichen Bolzenschweißpistolen wird der Hub in Richtung Schmelzbad von einer Feder erzeugt, während das Anheben des Bolzenhalters elektromagnetisch erfolgen kann. Alternativ ist jedoch auch denkbar, die Hubvorrichtung von einem elektromagnetischen Linearantrieb bilden zu lassen, der die Hübe in beiden Richtungen ausführt und in seiner Bewegung steuerbar ist.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Zeichnungen nä­ her erläutert.

Fig. 1 zeigt schematisch eine Bolzenschweißvorrichtung mit Hubzündung mit Merkmalen der Erfindung;

Fig. 2 zeigt die Bewegung des Bolzens in der Vorrichtung nach Fig. 1 in Abhängigkeit von der Zeit.

Die im einzelnen nicht dargestellte Bolzenschweißpistole enthält eine pistolenfeste Hubvorrichtung 10, die mit ei­ nem Bolzenhalter 12 gekoppelt ist. Der Schaft 14 des Bol­ zenhalters 12 taucht in die Hubvorrichtung 10 ein. Hubvor­ richtung kann z. B. ein Elektromagnet sein, der bei Akti­ vierung den Schaft 14, der als Anker dient, in die Spule hineinzieht und dadurch ein Anheben des Bolzenhalters 12, der in Fig. 1 einen Bolzen 16 aufnimmt, von einer Werk­ stückplatte 18 anhebt. Nach Beendigung der Aktivierung kann der Rückhub mit Hilfe einer Feder 20 erfolgen, welche auf den Schaft 14 wirkt, um den Bolzen 16 in ein zuvor erzeugtes Schmelzbad einzutauchen.

Die Ansteuerung der Hubvorrichtung 10 erfolgt über ein Steuergerät 22, das Bestandteil der Bolzenschweißpistole ist. In dem Steuergerät wird u. a. die Zeit eingestellt, in der der Lichtbogen aufrechterhalten werden soll (Schweiß zeit). Die Energieversorgung erfolgt mit Hilfe einer Schweißstromquelle 24 herkömmlichen Aufbaus.

An dem Schaft 14 ist ein seitlicher Ansatz 26 angebracht, der mit einer gehäusefesten Feder 20 zusammenwirkt. Die Feder besitzt am freien Ende einen Anschlag 30, der mit dem Ansatz 26 zusammenwirkt.

Die Wirkungsweise der Vorrichtung nach Fig. 1 wird anhand von Fig. 2 näher erläutert. In Fig. 2 ist der Hub des Bol­ zens 16 mit L bezeichnet. Zu Beginn des Schweißvorgangs liegt die Spitze des Bolzens 16 auf der Platte 18 auf, die aus Aluminium bestehen soll. Der Bolzen 16 ist dabei in herkömmlicher Weise von einem Keramikring 32 umgeben. Die­ se Position ist in Fig. 2 bei L = 0. Durch Ansteuerung der Hubvorrichtung 10 wird der Bolzenhalter 12 angehoben bis auf das Niveau L₁. Während der Zeit T_s bleibt dieser Zu­ stand bestehen. Es brennt ein Lichtbogen, der zum An­ schmelzen der Bolzenstirnfläche und des zugeordneten Be­ reiches der Platte 18 führt. Anschließend erfolgt eine De­ aktivierung der Hubvorrichtung 10, und die Feder 12 be­ schleunigt den Bolzenhalter 12 und damit den Bolzen 16 in Richtung Schweißbad. Dieser Hubvorgang erfolgt innerhalb der Zeit t₁, die sehr klein ist, beispielsweise 10 ms be­ trägt. Kurz vor Erreichen des Schweißbades schlägt der An­ satz 26 gegen den Anschlag 30 der Feder 28, wodurch die Geschwindigkeit des Hubvorgangs stark abgebremst wird. Der restliche Eintauchvorgang spielt sich in der Zeit t₂ ab, der z. B. 40 ms beträgt.

Die Darstellung der Vorrichtung zur Abdämpfung der Ge­ schwindigkeit des Bolzenhalters ist in Fig. 1 äußerst schematisch dargestellt. Sie kann vorzugsweise platzspa­ rend in der Bolzenschweißpistole integriert werden, indem z. B. die Dämpfungsfeder den Schaft 14 des Bolzenhalters 12 umgibt. Das Widerlager für die Feder 28 kann im übrigen verstellbar gemacht werden, um die Vorspannung der Feder zu verändern. Außerdem kann die Lage der Feder 28 insge­ samt verändert werden, um den Beginn der Dämpfung in Ab­ hängigkeit vom Hubweg zu verändern.

Claims (7)

1. Verfahren zum Aufschweißen von Bolzen auf ein Werkstück aus Aluminium nach dem Bolzenschweißverfahren, dadurch gekennzeichnet, daß nach Ablauf der Schweißzeit T_s der Bolzen mit hoher Geschwindigkeit in Richtung Schmelzbad bewegt und die Eintauchgeschwindigkeit kurz vor Errei­ chen des Schmelzbades signifikant verringert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Eintauchzeit ab dem Zeitpunkt der Verringerung der Geschwindigkeit 10 bis 50 ms beträgt.

3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach An­ spruch 1 oder 2 mit einer Bolzenschweißpistole, die ei­ ne mit einem Bolzenhalter gekoppelte Hubvorrichtung aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß eine Dämpfungs­ vorrichtung (28) vorgesehen ist, die die Bewegung des Bolzenhalters (12) abbremst, wenn der Bolzen (16) an­ nähernd das Schmelzbad erreicht hat.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Dämpfungsvorrichtung eine Feder (28) aufweist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorspannung der Feder (28) veränderbar ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Lage der Feder relativ zum Bolzenhal­ ter (12) veränderbar ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Hubvorrichtung von einem elektromagnetischen Linearantrieb gebildet ist.