AT504925B1 - POINT WELD ELECTRODE AND POINT WELDING METHOD - Google Patents
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Description
2 AT 504 925 B12 AT 504 925 B1
Die Erfindung betrifft eine Elektrode zum Punktschweißen von Blechen mit einem Grundkörper und einer Kontaktfläche, welche mit einem der zu verschweißenden Bleche in Kontakt tritt, wobei in der Kontaktfläche eine konkave Ausnehmung angeordnet ist.The invention relates to an electrode for spot welding sheets with a base body and a contact surface, which comes into contact with one of the sheets to be welded, wherein in the contact surface a concave recess is arranged.
Ebenso betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Durchführung einer Punktschweißung mit zwei an der Punktschweißzange befestigten Elektroden, welche mit je einem äußeren zumindest zweier zu verschweißender Bleche kontaktiert werden.Likewise, the invention relates to a method for carrying out a spot welding with two attached to the spot welding gun electrodes, which are each contacted with an outer at least two sheets to be welded.
Aus dem Stand der Technik ist bekannt, sogenannte Sichtpunkte herzustellen. Das heißt, dass im Wesentlichen auf einer Sichtseite von zwei verschweißten Blechen mit dem freien Auge kein Schweißpunkt ersichtlich ist. Dazu wird auf der Sichtseite der zu verschweißenden Bleche eine flache Elektrode eingesetzt. Auf der Gegenseite wird eine relativ ballige Elektrode eingesetzt, um eine ausreichende Stromdichte zu erhalten. Die ebene Kontaktfläche der flachen Elektrode hat zur Folge, dass die Stromdichte an der Schweißstelle relativ niedrig ist. Die Ursache hierfür liegt darin, dass auf der Seite der flachen Elektrode, also der Sichtseite, der Stromübergang an lokalen Überhöhungen der Oberfläche erfolgt, die durch die Rauigkeit der Bleche vorgegeben sind. Durch diesen Undefinierten Stromdurchgang bildet sich der Schweißpunkt nicht prozesssicher aus. Teilweise wird der geforderte Schweißpunkt erreicht, teilweise ist der Schweißpunkt zu klein und teilweise wird überhaupt kein Schweißpunkt erreicht. Des Weiteren ist bei einer Punktschweißung mit einer flachen Elektrode zu beobachten, dass die Oberfläche des Schweißpunkts nach innen einfällt, also eine Unebenheit gebildet wird. Dies ist damit zu erklären, dass während des Schweißvorgangs die ebene Kontaktfläche der flachen Elektrode an das Sichtblech gedrückt ist, sodass das erwärmte Blech in seiner Ausdehnung behindert ist. Beim Abkühlen kommt es zur Schrumpfung des Materials, was ein Einsinken der Oberfläche auf der Sichtseite hervorruft. Oft wird versucht mit langen Nachhaltezeiten und hohen Nachhaltekräften diesen Schrumpfungen entgegenzuwirken. Hohe Nachhaltezeiten erhöhen jedoch die Taktzeit und hohe Nachhaltekräfte führen wiederum dazu, dass die Bleche auf der Sichtseite deformiert werden. Ein weiterer Nachteil von derartigen flachen Elektroden zur Herstellung von Sichtpunkten besteht darin, dass beim Schweißen von dick-dünn-Verbindungen, wie dies meist bei Sichtpunkten erforderlich ist, die flache Elektrode auf der Sichtseite in das dünne Blech einsinkt. Somit verursacht die flache Elektrode selbst die Unebenheiten.From the prior art is known to produce so-called viewpoints. This means that essentially no welding point is visible on the visible side of two welded sheets with the naked eye. For this purpose, a flat electrode is used on the visible side of the sheets to be welded. On the opposite side, a relatively spherical electrode is used to obtain a sufficient current density. The flat contact surface of the flat electrode has the consequence that the current density at the weld is relatively low. The reason for this is that on the side of the flat electrode, ie the visible side, the current transfer occurs at local elevations of the surface, which are determined by the roughness of the sheets. Due to this undefined passage of the current, the spot weld does not form reliably. In some cases, the required spot weld is achieved, in some cases the spot weld is too small and sometimes no weld point is reached at all. Furthermore, in the case of a spot welding with a flat electrode, it can be observed that the surface of the welding spot is incident inward, ie an unevenness is formed. This is explained by the fact that during the welding process, the flat contact surface of the flat electrode is pressed against the viewing panel, so that the heated sheet is hindered in its extension. Upon cooling, shrinkage of the material occurs, causing the surface to sink in on the visible side. Often an attempt is made to counteract these shrinkages with long retention times and high retention forces. However, high retention times increase the cycle time and high retention forces in turn lead to the sheets being deformed on the visible side. Another disadvantage of such flat electrodes for the production of viewpoints is that when welding thick-thin connections, as is usually required at viewpoints, the flat electrode on the visible side sinks into the thin sheet. Thus, the flat electrode itself causes the bumps.
Die DE 38 44 001 A1 beschreibt eine Punktschweißelektrode, welche im Mittelteil eine Vertiefung aufweist, wodurch die Druckkonzentrierung auf dem Mittelteil der Elektrodenfläche vermieden wird und der elektrische Strom zur Umgebung hin abgeleitet werden kann.DE 38 44 001 A1 describes a spot welding electrode, which has a depression in the middle part, whereby the pressure concentration on the central part of the electrode surface is avoided and the electric current can be dissipated to the environment.
Die DE 467 294 C1 beschreibt ein elektrisches Punktschweißverfahren, bei der die Elektroden komplementär zueinander gestaltet sind, so dass die zu verschweißenden Metallteile entsprechend verformt werden. Dadurch soll überflüssiges Material in die Vertiefungen gezogen werden, so dass eine Faltenbildung vermieden wird.DE 467 294 C1 describes an electric spot welding method, in which the electrodes are designed to be complementary to one another, so that the metal parts to be welded are correspondingly deformed. This is to superfluous material to be pulled into the wells, so that wrinkling is avoided.
Die CH 369 726 A beschreibt eine Schweißelektrode zum Zusammenschweißen der Gliederschalenhälften von Stahlblechgliederheizkörpern, wobei die Elektroden komplementär zueinander gestalten sein können, wodurch das zu verschweißende Material entsprechend verformt wird.CH 369 726 A describes a welding electrode for welding together the link shell halves of sheet steel element radiators, wherein the electrodes may be complementary to one another, whereby the material to be welded is correspondingly deformed.
Schließlich zeigt die AT 413 664 B eine Punktschweißzange, bei der ein umlaufendes Band zum Schutz der Elektroden zum Einsatz kommt.Finally, the AT 413 664 B shows a spot welding gun, in which a circulating belt is used to protect the electrodes.
Die Aufgabe der Erfindung besteht in der Schaffung einer Punktschweißelektrode und eines Punktschweißverfahrens, welche die Herstellung von Sichtpunkten ermöglicht, ohne die Qualität der Punktschweißung zu beeinträchtigen.The object of the invention is to provide a spot welding electrode and a spot welding method which enables the production of viewing points without compromising the quality of spot welding.
Die Aufgabe der Erfindung wird einerseits durch eine Punktschweißelektrode gelöst, bei der die konkave Ausnehmung die Form eine Kugelkalotte aufweist, wobei der Radius der Kugelkalotte 3 AT 504 925 B1 zwischen 40 und 150 mm beträgt. Durch eine derartige Gestaltung der Elektrode entsteht ein Schweißpunkt, an welchem keine Nachbearbeitung erforderlich ist. Insbesondere erfolgt keine Verformung an der Oberfläche des Blechs, da durch die konkave Ausnehmung ein Raum entsteht, der dem aufgeschmolzenen Material in der Erwärmphase beim Schweißprozess zur Verfügung steht, sodass sich dieses in dem Raum ausdehnen kann. Im Gegensatz zu bekannten Verfahren schrumpft somit das Material beim Abkühlen, anders als wie oben im Stand der Technik beschrieben, wieder in die Ausgangsposition zurück.The object of the invention is achieved on the one hand by a spot welding electrode in which the concave recess has the shape of a spherical cap, the radius of the spherical cap 3 AT 504 925 B1 being between 40 and 150 mm. Such a design of the electrode results in a spot weld at which no post-processing is required. In particular, there is no deformation on the surface of the sheet, since the concave recess creates a space which is available to the molten material in the heating phase during the welding process, so that it can expand in the space. In contrast to known methods, the material thus shrinks on cooling, unlike as described above in the prior art, back to the starting position.
Vorteilhafterweise ist um die konkave Ausnehmung der Elektrode eine Auflagefläche ausgebildet, welche beim Schweißvorgang mit einem der Bleche kontaktiert, wobei zwischen der konkaven Ausnehmung der Kontaktfläche und dem Blech ein abgeschlossener Hohlraum gebildet ist. Dadurch wird eine höhere Stromdichte erreicht, da die Auflagefläche bei gleichbleibendem Strom durch die konkave Ausnehmung verringert wird. Durch den Hohlraum wird der Schweißpunkt vom Luftsauerstoff abgeschlossen wird, wodurch keine Verfärbung des Schweißpunkts resultiert.Advantageously, a bearing surface is formed around the concave recess of the electrode, which contacts one of the metal sheets during the welding process, wherein a closed cavity is formed between the concave recess of the contact surface and the metal sheet. As a result, a higher current density is achieved because the support surface is reduced by the concave recess with constant current. Through the cavity, the welding point is completed by the atmospheric oxygen, resulting in no discoloration of the weld.
Um nach der Punktschweißung eine Oberfläche ohne Unebenheiten zu erzielen, so dass keine aufwendigen Nacharbeiten erforderlich sind, wird gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung das Verhältnis der Auflagefläche zur Grundfläche der konkaven Ausnehmung auf das Material der zu verschweißenden Bleche abgestimmt.In order to achieve a surface without unevenness after spot welding, so that no elaborate reworking is required, the ratio of the bearing surface to the base surface of the concave recess is matched to the material of the sheets to be welded according to a further feature of the invention.
Ebenso ist es von Vorteil wenn die Grundfläche der konkaven Ausnehmung an die für die Schweißverbindung erforderliche Größe einer Schweißlinse angepasst ist. Somit ist gewährleistet, dass die konkave Ausnehmung das aufgrund der Wärmeausdehnung ausgedehnte Material aufnehmen kann.It is likewise advantageous if the base area of the concave recess is adapted to the size of a weld nugget required for the welded connection. This ensures that the concave recess can absorb the expanded material due to thermal expansion.
Vorteilhafterweise ist die Kontaktfläche und die Grundfläche der konkaven Ausnehmung rund ausgebildet und die Auflagefläche um die konkave Ausnehmung durch einen flachen Kreisring gebildet.Advantageously, the contact surface and the base of the concave recess is round and formed the support surface around the concave recess by a flat circular ring.
Der Grundkörper der Elektrode ist im Wesentlichen zylinderförmig ausgebildet, so dass er in einfacher Weise von einem üblichen Elektrodenhalter einer Punktschweißzange aufgenommen werden kann.The main body of the electrode is substantially cylindrical, so that it can be easily accommodated by a conventional electrode holder of a spot welding gun.
Der Grundkörper der Elektrode kann eine Bohrung zur Aufnahme einer Kühlvorrichtung bzw. Aufnahme eines Kühlmediums aufweisen.The main body of the electrode may have a bore for receiving a cooling device or receiving a cooling medium.
Gelöst wird die erfindungsgemäße Aufgabe auch durch ein Punktschweißverfahren, wobei an der Sichtseite der Bleche eine Elektrode mit einer konkaven Ausnehmung in der Kontaktfläche verwendet wird, so dass bei der Kontaktierung der Kontaktfläche dieser Elektrode zwischen der konkaven Ausnehmung und dem Blech ein abgeschlossener Hohlraum gebildet wird, und nach der Punktschweißung die Elektroden mit den zumindest zwei Blechen stromlos in Kontakt gehalten werden, so dass an der Sichtseite des Blechs im Wesentlichen eine Ebene resultiert. Die sich dadurch ergebenden Vorteile können der obigen Beschreibung der Punktschweißelektrode entnommen werden.The object according to the invention is also achieved by a spot welding method, wherein an electrode with a concave recess in the contact surface is used on the visible side of the metal sheets, so that a closed cavity is formed when contacting the contact surface of this electrode between the concave recess and the metal sheet, and after the spot welding, the electrodes are held in currentless contact with the at least two sheets, so that substantially a plane results on the visible side of the sheet. The resulting advantages can be taken from the above description of the spot welding electrode.
Dabei werden die Elektroden vorteilhafterweise so lange stromlos in Kontakt gehalten, bis das in den abgeschlossenen Hohlraum ausgedehnte Blech an der Sichtseite abgekühlt und auf das Ausgangsmaß geschrumpft wird.In this case, the electrodes are advantageously kept in contact without current until the sheet, which has been expanded into the closed cavity, is cooled on the visible side and shrunk to its original size.
Als der Elektrode mit den konkaven Ausnehmung gegenüberliegende Elektrode wird gemäß einem weiteren Merkmale der Erfindung eine aus dem Stand der Technik bekannte Elektrode mit einer konvexen Kontaktfläche verwendet. Durch diese Kombination wird der Strom während der Punktschweißung besser fokussiert, woraus sich ein besserer Werkstoffübergang bzw. eine bessere Schweißverbindung ergibt. 4 AT 504 925 B1As the electrode with the concave recess opposite electrode according to a further features of the invention, a known from the prior art electrode with a convex contact surface is used. Through this combination, the current during the spot welding is better focused, resulting in a better material transition and a better welded joint. 4 AT 504 925 B1
Durch ein Band zwischen den Kontaktflächen der Elektroden werden Unebenheiten der Bleche besser ausgeglichen und die gesamte Wärmeeinflusszone vom Luftsauerstoff abgeschirmt, so dass keine Anlassfarben entstehen. Darüberhinaus werden die Elektroden durch ein derartiges Band geschützt und deren Lebensdauer erhöht.By a band between the contact surfaces of the electrodes unevenness of the sheets are better compensated and the entire heat affected zone shielded from atmospheric oxygen, so that no tempering colors. Moreover, the electrodes are protected by such a band and their life is increased.
Die vorliegende Erfindung wird anhand der beigefügten, schematischen Zeichnungen näher erläutert.The present invention will be explained in more detail with reference to the accompanying schematic drawings.
Darin zeigen:Show:
Fig. 1 eine Punktschweißzange in schematischer Darstellung;1 shows a spot welding gun in a schematic representation;
Fig. 2 die erfindungsgemäße Elektrode in dreidimensionaler Darstellung;FIG. 2 shows the electrode according to the invention in a three-dimensional representation; FIG.
Fig. 3 die erfindungsgemäße Elektrode geschnitten dargestellt;Fig. 3 shows the electrode according to the invention cut;
Fig. 4 die Elektroden und die Bleche geschnitten kurz vor der Punktschweißung; und Fig. 5 die geschnittenen Bleche nach der Punktschweißung mit der erfindungsgemäßen Elektrode.4 shows the electrodes and the sheets cut just before the spot welding; and FIG. 5 shows the cut sheets after spot welding with the electrode according to the invention.
Einführend wird festgehalten, dass gleiche Teile des Ausführungsbeispiels mit gleichen Bezugszeichen versehen werden. Ebenso bezieht sich die folgende Beschreibung auf jeweils alle Figuren.By way of introduction, it is stated that identical parts of the exemplary embodiment are given the same reference numerals. Likewise, the following description refers to each of the figures.
In Fig. 1 ist eine Punktschweißzange 1 zum Widerstandsschweißen von zumindest zwei Blechen 2, 3 perspektivisch dargestellt. Die Punktschweißzange 1 besteht aus einem Grundkörper 4 und Zangenarmen 5, an welchen Aufnahmen 6 zur Aufnahme jeweils einer Elektrode 7, 24 angeordnet sind. Um die Elektrode 7, 24 kann ein Band 8 verlaufen. Das Band 8 wird von einer Wickelvorrichtung 9, welche vorzugsweise an dem Grundkörper 4, aber auch an den Zangenarmen 5 angeordnet sein kann, abgerollt und entlang der Zangenarmgeometrie über den Zangenarm 5, die Elektrodenaufnahmen 6 und die Elektroden 7, 24 und gegenüberseitig wieder zurück zur Wickelvorrichtung 9 geführt, wo das Band 8 wieder aufgerollt wird. Zum Einsatz des Bandes 8 sind an den Elektroden 7, 24 eine Gleitkappe 10 und ein Druckelement 11 angeordnet, die in Längsrichtung der Elektroden 7, 24 beweglich mit dieser verbunden sind, wobei das Druckelement 11 eine Kraft auf die Gleitkappe 10 ausübt. Die Gleitkappe 10 und das Druckelement 11 weisen eine Führung für das Band 8 auf, so dass das Band 8 von den Elektroden 7, 24 distanzierbar ist. Die Gleitkappe 10 hebt während oder nach dem Öffnen der Punktschweißzange 1 das Band 8 von den Elektroden 7, 24 ab. Hingegen wird die Gleitkappe 10 während eines Schweißvorganges zurück geschoben, so dass die Elektroden 7, 24 bzw. eine Kontaktfläche 12, 25 der Elektroden 7, 24 am Band 8 zum Anliegen kommt. Somit ist die Punktschweißzange 1 geschlossen und die Elektroden 7, 24 werden mit einem vordefinierten Druck an die Bleche 2, 3 gepresst. Zur Durchführung der Punktschweißung wird ein bestimmter elektrischer Strom, welcher von einem Schweißgerät geliefert wird, durch die Elektroden 7, 24 geleitet. Dadurch werden die Bleche 2, 3 durch einen beim Punktschweißvorgang entstehenden Schweißpunkt 13 miteinander verbunden. Durch einen derartigen Elektrodenaufbau wird erreicht, dass das Band 8 bei geöffneter Punktschweißzange 1 nicht direkt an der Kontaktfläche 12 bzw. 25 zum Anliegen kommt, so dass das Band 8 beim Verschieben nicht an den Elektroden 7, 24 reiben kann. Somit wird die Lebensdauer der Elektroden 7, 24 wesentlich erhöht.In Fig. 1, a spot welding gun 1 for resistance welding of at least two sheets 2, 3 is shown in perspective. The spot welding gun 1 consists of a base body 4 and gun arms 5, on which receptacles 6 for receiving in each case an electrode 7, 24 are arranged. A band 8 can run around the electrode 7, 24. The band 8 is unrolled by a winding device 9, which may preferably be arranged on the base body 4, but also on the gun arms 5 and along the Zangenarmgeometrie on the gun arm 5, the electrode holders 6 and the electrodes 7, 24 and opposite back to Winding device 9 out where the tape 8 is rolled up again. For use of the belt 8, a sliding cap 10 and a pressure element 11 are arranged on the electrodes 7, 24, which are connected in the longitudinal direction of the electrodes 7, 24 movable with this, wherein the pressure element 11 exerts a force on the sliding cap 10. The sliding cap 10 and the pressure element 11 have a guide for the band 8, so that the band 8 can be distanced from the electrodes 7, 24. The sliding cap 10 lifts the band 8 from the electrodes 7, 24 during or after the opening of the spot welding gun 1. In contrast, the sliding cap 10 is pushed back during a welding operation, so that the electrodes 7, 24 or a contact surface 12, 25 of the electrodes 7, 24 comes to rest on the belt 8. Thus, the spot welding gun 1 is closed and the electrodes 7, 24 are pressed against the sheets 2, 3 at a predefined pressure. To carry out the spot welding, a specific electric current, which is supplied by a welding device, is conducted through the electrodes 7, 24. As a result, the sheets 2, 3 are connected to each other by a spot weld welding point 13. By means of such an electrode construction it is achieved that the band 8 does not abut against the contact surface 12 or 25 directly when the spot welding gun 1 is open, so that the band 8 can not rub against the electrodes 7, 24 during displacement. Thus, the life of the electrodes 7, 24 is substantially increased.
Damit nunmehr das Band 8 an die Elektroden 7, 24 herangeführt werden kann, sind an den Zangenarmen 5 und/oder an den Elektrodenaufnahmen 6 Vorrichtungen, insbesondere Umlenkrollen und Gleitflächen (nicht dargestellt), zum Führen und Umlenken des Bandes 8 angeordnet. Dadurch kann das Band 8 von der Wickelvorrichtung 9 zu den Elektroden 7, 24 und wieder zurück geführt werden. Die Wickelvorrichtung 9 ist mit einem Antriebsmittel (nicht dargestellt), insbesondere einem elektronisch ansteuerbaren Motor, gekoppelt, so dass durch Ansteuerung des Antriebsmittels eine gezielte Verschiebung des Bandes 8 ermöglicht wird.In order for the band 8 to be brought to the electrodes 7, 24, devices, in particular deflection rollers and sliding surfaces (not shown), for guiding and deflecting the band 8 are arranged on the forceps arms 5 and / or on the electrode holders 6. As a result, the band 8 can be guided by the winding device 9 to the electrodes 7, 24 and back again. The winding device 9 is coupled to a drive means (not shown), in particular an electronically controllable motor, so that a targeted displacement of the belt 8 is made possible by activation of the drive means.
Die Wickelvorrichtungen 9 an den Zangenarmen 5 sind so konzipiert, dass ein einfacher und 5 AT 504 925 B1 unkomplizierter Wechsel bzw. Austausch der Rollen bzw. des Bandes 8 vorgenommen werden kann. Ein weiterer positiver Effekt dieser Anordnung der Wickelvorrichtungen 9 besteht darin, dass durch die Führung des Bandes 8 von hinten, also von dem Grundkörper 4 zu den Elektroden 7, 24, keine störenden Elemente bzw. Teile vorhanden sind, was zur Folge hat, dass auch bei kompliziert zugänglichen Blechen 2, 3 nahezu problemlos eine Punktschweißung durchgeführt werden kann, da keinerlei Einschränkung der Zugänglichkeit gegenüber Schweißzangen ohne Band 8 gegeben ist. Durch diese Ausgestaltung wird auch erreicht, dass die Baugröße der Punktschweißzange 1 gering gehalten werden kann.The winding devices 9 on the gun arms 5 are designed so that a simple and uncomplicated exchange or replacement of the rollers or the belt 8 can be made. Another positive effect of this arrangement of the winding devices 9 is that no disturbing elements or parts are present by the guidance of the belt 8 from the rear, ie from the base body 4 to the electrodes 7, 24, with the result that also in the case of complicatedly accessible metal sheets 2, 3, spot welding can be carried out almost without any problems, since there is no restriction on the accessibility with respect to welding tongs without a belt 8. By this configuration is also achieved that the size of the spot welding gun 1 can be kept low.
Der Vollständigkeit halber wird erwähnt, dass die Zangenarme 5 verstellbar gelagert sind und durch ein Betätigungsmittel 14, welches zum Beispiel durch einen Servomotor gebildet sein kann, verstellt werden können.For completeness, it is mentioned that the gun arms 5 are adjustably mounted and can be adjusted by an actuating means 14, which may be formed for example by a servo motor.
Somit kann gemäß dem beschriebenen Verfahren eine Punktschweißung von Blechen 2, 3 durchgeführt werden, beispielsweise zur Herstellung von sogenannten Sichtpunkten. Darunter ist im Wesentlichen zu verstehen, dass der Schweißpunkt 13 zumindest an einer Oberfläche der zu verschweißenden Bleche 2, 3 so wenig Unebenheiten wie möglich hinterlässt, sodass im optimalen Fall keine Nachbearbeitung erforderlich ist.Thus, according to the described method, a spot welding of sheets 2, 3 can be carried out, for example for the production of so-called view points. This essentially means that the welding point 13 leaves at least on one surface of the sheets 2, 3 to be welded as little unevenness as possible, so that in the optimal case no reworking is required.
Dazu ist nun erfindungsgemäß vorgesehen, dass bei der Punktschweißung von Sichtpunkten eine Elektrode 7 verwendet wird, welche eine konkave Ausnehmung 15 in der Kontaktfläche 12 aufweist.For this purpose, it is now provided according to the invention that in the spot welding of viewing points, an electrode 7 is used, which has a concave recess 15 in the contact surface 12.
Eine Ausführungsform einer solchen Elektrode 7 ist aus den Fig. 2 und 3 ersichtlich, wobei Fig. 2 eine perspektivische Ansicht einer Elektrode 7 und Fig. 3 einen Längsschnitt durch die Elektrode 7 zeigt. Schließlich zeigt Fig. 5 die mit der erfindungsgemäßen Elektrode 7 sowie mit dem erfindungsgemäßen Verfahren verschweißten Bleche 2, 3, geschnitten dargestellt.An embodiment of such an electrode 7 can be seen in FIGS. 2 and 3, wherein FIG. 2 shows a perspective view of an electrode 7 and FIG. 3 shows a longitudinal section through the electrode 7. Finally, FIG. 5 shows the sheets 2, 3 welded to the electrode 7 according to the invention and to the method according to the invention, shown in section.
Die Elektrode 7 besteht aus einem Grundkörper 16 mit der Kontaktfläche 12 und allenfalls mit einer Bohrung 17 für Kühlzwecke. Der Grundkörper 16 ist zur Befestigung an der Elektrodenaufnahme 6 entsprechend ausgebildet. Für die Herstellung von Sichtpunkten ist erfindungsgemäß eine konkave Ausnehmung 15 in der Kontaktfläche 12 vorgesehen, welche bevorzugt die Form einer Kugelkalotte aufweist, wodurch eine runde Grundfläche der konkaven Ausnehmung 15 resultiert. Ebenso ist der Grundkörper 16 bevorzugt rund bzw. zylinderförmig ausgebildet, sodass aufgrund der Ausnehmung 15 in der Kontaktfläche 12 eine Auflagefläche in Form eines Kreisrings 18 resultiert, welche die Ausnehmung 15 begrenzt bzw. umgibt. Der Kreisring 18 kontaktiert beim Schweißvorgang mit dem Blech auf einer Sichtseite 23, beispielsweise dem Blech 2, und bildet demnach die Kontaktfläche 12 der Elektrode 7 mit der konkaven Ausnehmung 15. Zwischen der konkaven Ausnehmung 15 und dem Blech 2 entsteht ein abgeschlossener Hohlraum 19, welcher dem Blech 2 eine Ausdehnung ermöglicht, wie dies aus Fig. 4 ersichtlich ist. Fig. 4 zeigt einen Schnitt durch einen Teil einer Punktschweißzange 1 im Bereich eines Schweißpunktes, wobei die Elektroden 7, 24 an die Bleche 2, 3 gepresst wurden und noch kein Strom durch die Elektroden 7, 24 geleitet wurde.The electrode 7 consists of a base body 16 with the contact surface 12 and possibly with a bore 17 for cooling purposes. The main body 16 is designed for attachment to the electrode holder 6 accordingly. For the production of view points, a concave recess 15 is provided in the contact surface 12 according to the invention, which preferably has the shape of a spherical cap, whereby a round base of the concave recess 15 results. Similarly, the base body 16 is preferably round or cylindrical, so that due to the recess 15 in the contact surface 12, a bearing surface in the form of a circular ring 18 results, which limits the recess 15 and surrounds. The annulus 18 contacted during the welding process with the sheet on a visible side 23, for example, the sheet 2, and thus forms the contact surface 12 of the electrode 7 with the concave recess 15. Between the concave recess 15 and the sheet 2 is formed a closed cavity 19, which the sheet 2 allows an expansion, as shown in FIG. 4 can be seen. Fig. 4 shows a section through a portion of a spot welding gun 1 in the region of a welding point, wherein the electrodes 7, 24 were pressed against the sheets 2, 3 and no current was passed through the electrodes 7, 24.
Beispielsweise weist der Grundkörpers 16 einen Durchmesser von 12 mm und die Grundfläche der Ausnehmung 15 einen Durchmesser von 5 mm auf. Demnach resultiert eine Breite des Kreisrings 18 von 3,5 mm. Der Durchmesser der Ausnehmung 15 ist bevorzugt auf den erforderlichen Durchmesser einer Schweißlinse 20 (siehe Fig. 5) abgestimmt. Die Schweißlinse 20 ist dabei der Bereich des Schweißpunktes 13, welcher die Schweißverbindung darstellt. Des Weiteren weist die Ausnehmung 15 eine gewisse Tiefe auf, welche aus dem Kugelradius der Kugelkalotte resultiert. Bevorzugt liegt der Kugelradius zwischen 40 mm und 150 mm. Für dünne Bleche 2 auf der Sichtseite mit einer Dicke von etwa 0,3 mm bis 1,5 mm liegt der Kugelradius bevorzugt im oberen Bereich, da die Wärmeausdehnung beim Schweißvorgang geringer ist und demnach lediglich ein kleinerer Raum 19 erforderlich ist. Umgekehrt wird bei dickeren Blechen 2 mit einer Dicke von etwa 1,5 mm bis 4 mm ein größerer Hohlraum 19 benötigt, 6 AT 504 925 B1 wodurch der Kugelradius aus dem unteren Bereich gewählt wird. Demnach ergibt sich bei gleichbleibendem Durchmesser der Schweißlinse 20 eine unterschiedliche Tiefe der konkaven Ausnehmung 15. Hierzu sei erwähnt, dass sich bei derartigen Kugelradien die Tiefe der Kugelkalotte im Zehntel- bzw. Hunderstelmillimeterbereich bewegt. Bevorzugt also in einem Bereich 5 zwischen 0,01 mm und 0,5 mm. Selbstverständlich kann auch der Durchmesser der Grundfläche der Ausnehmung 15 verändert werden. Demnach muss auch die Auflagefläche angepasst werden, sodass ein korrektes Verhältnis zwischen Grundfläche und Auflagefläche gewährleistet ist und das ausgedehnte Material während des Schweißvorganges aufgenommen werden kann. Dabei wird die Grundfläche der Ausnehmung 15 an den Durchmesser der Schweißlinse 20 io angepasst, welcher wiederum von der Dicke des Blechs 2 abhängig ist. Die der Elektrode 7 mit der konkaven Ausnehmung 15 gegenüberliegende Elektrode 24 weist vorzugsweise eine aus dem Stand der Technik bekannte konvexe bzw. ballige Kontaktfläche 25 auf, welche sich in Bezug auf den Kugelradius gegengleich zur Elektrode 7 mit der konkaven Ausnehmung 15 verhält. Beispielsweise liegt der Kugelradius der balligen Kontaktfläche 25 der Elektrode 24 15 auch zwischen 40 mm und 150 mm. Dies ist darauf zurückzuführen, dass bei einem dickeren Blech 2 ein größerer Durchmesser der Schweißlinse 20 erforderlich ist und daher die Auflagefläche größer und somit der Kugelradius der balligen Kontaktfläche 25 größer sein muss. Umgekehrt ist bei einem dünneren Blech 2 ein kleinerer Durchmesser der Schweißlinse 20 erforderlich, daher ist ein kleiner Kugelradius der balligen Kontaktfläche 25 zu verwenden. 20For example, the main body 16 has a diameter of 12 mm and the base of the recess 15 has a diameter of 5 mm. Thus results in a width of the annulus 18 of 3.5 mm. The diameter of the recess 15 is preferably matched to the required diameter of a weld nugget 20 (see FIG. 5). The welding lens 20 is the area of the welding point 13, which represents the welded joint. Furthermore, the recess 15 has a certain depth, which results from the spherical radius of the spherical cap. Preferably, the ball radius is between 40 mm and 150 mm. For thin sheets 2 on the visible side with a thickness of about 0.3 mm to 1.5 mm, the ball radius is preferably in the upper range, since the thermal expansion during welding is lower and therefore only a smaller space 19 is required. Conversely, for thicker sheets 2 with a thickness of about 1.5 mm to 4 mm, a larger cavity 19 is required, whereby the ball radius is selected from the lower region. Accordingly, with the diameter of the welding lens 20 remaining the same, the depth of the concave recess 15 is different. So preferably in a range 5 between 0.01 mm and 0.5 mm. Of course, the diameter of the base of the recess 15 can be changed. Accordingly, the support surface must be adjusted so that a correct relationship between base and support surface is guaranteed and the expanded material can be absorbed during the welding process. In this case, the base surface of the recess 15 is adapted to the diameter of the welding lens 20 io, which in turn is dependent on the thickness of the sheet 2. The electrode 24 with the concave recess 15 opposite electrode 24 preferably has a known from the prior art convex or spherical contact surface 25 which behaves in relation to the ball radius opposite to the electrode 7 with the concave recess 15. For example, the spherical radius of the spherical contact surface 25 of the electrode 24 15 is also between 40 mm and 150 mm. This is due to the fact that in a thicker sheet 2, a larger diameter of the weld nugget 20 is required and therefore the support surface larger and thus the spherical radius of the crowned contact surface 25 must be larger. Conversely, with a thinner sheet 2, a smaller diameter of the weld nugget 20 is required, therefore, a small spherical radius of the crowned contact surface 25 is to be used. 20
Diese Angaben hängen stark von Faktoren wie der Dicke der Bleche 2, 3, der Wärmeausdehnung und dem Material der Bleche 2, 3, dem Schweißstrom, usw. ab, sodass unterschiedliche Elektroden 7, 24 mit den entsprechenden Durchmessern und Radien für unterschiedliche Materialien der zu verschweißenden Bleche 2, 3 erforderlich sind. 25This information depends strongly on factors such as the thickness of the sheets 2, 3, the thermal expansion and the material of the sheets 2, 3, the welding current, etc., so that different electrodes 7, 24 with the corresponding diameters and radii for different materials welding sheets 2, 3 are required. 25
Nachdem die Durchmesser und Radien der Elektrode 7 mit der konkaven Ausnehmung 15 auf die zu verschweißenden Bleche 2, 3 abgestimmt wurden, kann ein Sichtpunkt hergestellt werden. Dazu wird das aus dem Stand der Technik bekannte Band 8 um die Elektroden 7, 24 geführt. Bevorzugt wird für die erfindungsgemäße Elektrode 7 mit der konkaven Ausnehmung 30 15 ein Band 8 aus Kupfer oder Kupfer-Legierungen verwendet. Dies hat den Vorteil, dass wenig Wärme von außen eingebracht wird und durch die gute Wärmeleitfähigkeit viel Wärme, welche bei einem Punktschweißvorgang entsteht, abgeführt werden kann, was eine wesentliche Voraussetzung für einen Sichtpunkt darstellt. 35 Durch die Verwendung einer derartigen Kombination der Elektrode 7 und der Elektrode 24 ist die erforderliche Stromdichte und dadurch ein prozesssicheres Schweißen gewährleistet. Dies ist insbesondere auf die geringere Auflagefläche, also dem Kreisring 18 der Kontaktfläche 12 im Vergleich zur aus dem Stand der Technik bekannten ebenen Kontaktfläche einer flachen Elektrode zurückzuführen. 40After the diameters and radii of the electrode 7 with the concave recess 15 have been matched to the sheets 2, 3 to be welded, a visual point can be produced. For this purpose, the band 8 known from the prior art is guided around the electrodes 7, 24. Preferably, a band 8 made of copper or copper alloys is used for the electrode 7 according to the invention with the concave recess 30 15. This has the advantage that little heat is introduced from the outside and can be dissipated by the good thermal conductivity much heat that arises in a spot welding process, which is an essential prerequisite for a point of view. Through the use of such a combination of the electrode 7 and the electrode 24, the required current density and thus a process-reliable welding is ensured. This is due in particular to the smaller contact surface, that is to say the circular ring 18 of the contact surface 12, compared to the flat contact surface known from the prior art, of a flat electrode. 40
Bei der Punktschweißung wird nun die Elektrode 7 mit der konkaven Ausnehmung 15 an das Blech 2 an die Sichtseite gedrückt sowie die Elektrode 24 mit der konvexen Kontaktfläche 25 an das Blech 3 gedrückt (Fig. 4). Dabei ist jeweils zwischen der Elektrode 7 und dem Blech 2 sowie zwischen der Elektrode 24 und dem Blech 3 das Band 8 angeordnet. Anschließend wird 45 eine kurze Zeitdauer, abgestimmt auf das zu verschweißende Material, ein hoher Strom durch die Elektroden 7, 24 und somit die Bleche 2, 3 geleitet, sodass diese aufgrund ihres elektrischen Widerstandes erwärmt bzw. aufgeschmolzen werden. Dabei bietet die konkave Ausnehmung 15 dem erwärmten Material des Blechs 2 einen Hohlraum 19, in welchem sich das Material ausdehnen kann. Der Hohlraum 19 wird seitlich durch den Kreisring 18 und nach unten so durch das Blech 2 begrenzt. Dabei hat das Band 8 in Bezug auf den Hohlraum 19 keine wesentliche Auswirkung, da sich dieses an die konkave Ausnehmung 15 der Elektrode 7 anpasst. Nachdem der Strom durch die Bleche 2, 3 geleitet wurde, bleibt die Punktschweißzange 1 und somit auch der Hohlraum 19 für kurze Zeit weiterhin geschlossen. Die Bleche 2, 3 werden also im stromlosen Zustand der Elektroden 7, 24 mit einer definierten Kraft weiter zusammenge-55 drückt. Diese Zeit bewegt sich in der Praxis beispielsweise im Bereich von 300 ms. Danach wirdIn spot welding, the electrode 7 with the concave recess 15 is now pressed against the sheet 2 on the visible side and the electrode 24 with the convex contact surface 25 is pressed against the sheet 3 (FIG. 4). In each case between the electrode 7 and the sheet 2 and between the electrode 24 and the sheet 3, the band 8 is arranged. Subsequently, for a short period of time, tuned to the material to be welded, a high current is conducted through the electrodes 7, 24 and thus the sheets 2, 3, so that they are heated or melted due to their electrical resistance. The concave recess 15 offers the heated material of the sheet 2 a cavity 19 in which the material can expand. The cavity 19 is bounded laterally by the circular ring 18 and down through the sheet 2. In this case, the band 8 with respect to the cavity 19 has no significant effect, since this adapts to the concave recess 15 of the electrode 7. After the current has been passed through the sheets 2, 3, the spot welding gun 1 and thus also the cavity 19 remains closed for a short time. The sheets 2, 3 are thus in the de-energized state of the electrodes 7, 24 further pressed together with a defined force. This time is in practice, for example, in the range of 300 ms. After that will
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