DE3855941T2

DE3855941T2 - Elektroden einer Punktschweissmaschine

Info

Publication number: DE3855941T2
Application number: DE3855941T
Authority: DE
Inventors: Noriyoshi Abe
Original assignee: Kyoshin Kogyo KK
Current assignee: Kyoshin Kogyo KK
Priority date: 1987-03-23
Filing date: 1988-03-23
Publication date: 1997-12-04
Anticipated expiration: 2008-03-24
Also published as: EP0284376A3; KR880010859A; KR960005712B1; DE3885778T3; ATE154272T1; DE3855941D1; EP0553903A3; DE3885778T2; EP0553903B1; EP0553903A2; DE3885778D1; ATE97600T1; EP0284376A2; JPH0549393B2; EP0284376B1; US4835356A; EP0284376B2; JPS63235081A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Elektroden für eine Punktschweißmaschine, welche beispielsweise dazu ausgeführt ist, einen beschichteten Leiterdraht unmittelbar an einen Anschluß o.dgl. anzuschweißen.
Ein Leiterdraht, der in einer elektronischen Vorrichtung verwendet wird, die einer Atmosphäre hoher Temperatur ausgesetzt ist, ist mit einem wärmbeständigen Kunstharz beschichtet, etwa Polyesterimid. Ein Leiterdraht dieses Typs wird mittels einer Schweißverbindung mit einem Anschluß verbunden (Punktschweißen), damit die elektrische Verbindung auch in der Hochtemperaturatmosphäre für eine lange Zeitdauer aufrecherhalten werden kann. Beim Anschweißen des Leiterdrahts an den Anschluß war es früher notwendig, den isolierenden Kunstharz-Beschichtungsfilm auf dem Draht zu entfernen. Herkömmlicherweise wird der Beschichtungsfilm mechanisch oder durch chemische Auflösung unter Verwendung einer stark alkalischen Lösung entfernt. Die Entfernung des isolierenden Beschichtungsfilms erfordert jedoch viel Zeit und Aufwand und bringt so erhöhte Herstellungskosten mit sich.
Um dieses Problem zu lösen, ist herkömmlich eine Punktschweißmaschine mit einem Paar von oberen Elektroden und einer unteren Elektrode in der japanischen Patentschrift Nr. 52-14553 offenbart. Die jeweiligen Seitenwände am unteren Ende des Paars oberer Elektroden dieser Schweißmaschine befinden sich in engem Kontakt miteinander. Die oberen Elektroden sind beide mit einer Wechselleistungsquelle verbunden, während die untere Elektrode und eine der oberen Elektroden mit einer Gleichleistungsquelle verbunden sind. Beim Anschweißen eines mit einem isolierenden Beschichtungsfilm beschichteten Leiterdrahts an einen Anschluß o.dgl. mittels dieser bekannten Punktschweißmaschine wird zunächst ein Werkstück zwischen den jeweiligen unteren Endflächen der oberen Elektroden und der oberen Endfläche der unteren Elektrode eingespannt. Unter Überwachung der Elektrodentemperatur in der Nähe der unteren Enden der oberen Elektroden wird den oberen Elektroden für eine vorbestimmte Zeitdauer ein Wechselstrom zugeführt. Daraufhin erwärmt sich der Beschichtungsfilm und schmilzt, so daß der Leiter freigelegt wird. Nachdem die oberen Elektroden vollständig abgekühlt sind, wird dann zwischen den oberen und unteren Elektroden ein Gleichstrom angelegt, wodurch eine Elektrowiderstandspunktschweißung des freigelegten Leiters und des Anschlusses bewirkt wird.
Gemäß der in dieser Weise konstruierten bekannten Punktschweißmaschine wird die Erwärmung der Elektroden für die Abtrennung des Beschichtungsfilms lediglich dadurch gesteuert, daß die Durchleitungszeit variiert wird und dabei die Temperatur der erwärmten Elektroden überwacht wird. Die notwendige Erwärmungszeit für die Abtrennung kann daher nicht nach Maßgabe beispielsweise der Dicke des Beschichtungsfilms eingestellt werden. Daher kann der Beschichtungsfilm gelegentlich nicht zufriedenstellend abgesondert werden aufgrund einer Verschlechterung der Elektroden durch elektrolytische Korrosion oder einer Variation der Filmdicke. In einem solchen Fall können die resultierenden Schweißungen fehlerhaft oder schwach sein, so daß es schwer ist, eine gleichmäßige Schweißqualität beizubehalten. Darüber hinaus kann die Taktperiode für jeden Schweißzyklus nicht stark verkürzt werden, da die oberen Elektroden vollständig abgekühlt werden müssen, bevor der Schweißgleichstrom zugeführt wird. Es ist daher unmöglich, in kurzer Zeit eine Anzahl von Werkstücken zu schweißen. Die herkömmliche Schweißmaschine kann also keine hohe Arbeitsleistung bieten.
Die Hauptaufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, Elektroden für eine Punktschweißmaschine bereitzustellen, die in der Lage ist, einen mit einem wärmbeständigen Kunstharz, etwa Polyesterimid, beschichteten Leiterdraht an einen Anschluß o.dgl. mit einer geforderten Festigkeit sicher anzuschweißen, ohne daß eine spezielle Vorbehandlung erforderlich ist.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, Elektroden für eine Punktschweißmaschine bereitzustellen, die einen einfachen Aufbau besitzt und in der Lage ist, einen wärmebeständigen beschichteten Leiterdraht unmittelbar an einen Anschluß o.dgl. anzuschweißen, ohne daß eine spezielle Vorbehandlung erforderlich ist.
Noch eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, Elektroden für eine Punktschweißmaschine hoher Arbeitsleistung bereitzustellen, die in der Lage ist, einen wärmebeständigen beschichteten Leiterdraht an einen Anschluß o.dgl. anzuschweißen, ohne daß eine spezielle Vorbehandlung nötig ist, und Schweißungen gleichmäßiger Qualität sicherzustellen.
Nach einem Aspekt der Erfindung ist ein Satz von Elektroden für eine Punktschweißmaschine mit zwei Elektroden vorgesehen, wobei die erste Elektrode ein distales Ende aufweist, welches unter einem vorbestimmten Winkel gegenüber einer zu einer Mittelachse der ersten Elektrode orthogonalen Ebene abgeschrägt ist und mit einer Eingriffsnut mit einem im wesentlichen halbkreisförmigen Querschnitt ausgeführt ist, und wobei die andere Elektrode an einem distalen Ende eine erste Seitenfläche mit einer gekrümmten Oberfläche im wesentlichen halbkreisförmigen Querschnitts aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der Krümmungsradius der ersten Seitenfläche an dem distalen Ende kleiner als derjenige der Eingriffsnut der ersten Elektrode ist, so daß die erste Seitenfläche an dem distalen Ende in die Eingriffsnut eingesetzt werden kann, wobei die Krümmungsradien der folgenden Beziehung genügen:
0,93 r1 < r2 < 0,95 r1,
wobei r1 und r2 die jeweiligen Krümmungsradien der Eingriffsnut der ersten Elektrode und der ersten Seitenfläche an dem distalen Ende der anderen Elektrode sind.
Vorzugsweise reicht der Neigungswinkel der Eingriffsnut der ersten Elektrode von 0 bis 30º.
Darüber hinaus ist die andere Seitenfläche an dem distalen Ende der anderen Elektrode bevorzugt längs der Lade- oder Entladerichtung des Werkstücks unter einem vorbestimmten Winkel zu der Werkstückeingriffsfläche der zweiten Elektrode abgeschrägt. Alternativ ist die Werkstückeingriffsfläche einer weiteren Elektrode unter einem vorbestimmten Winkel längs der Lade- oder Entladerichtung des Werkstücks abgeschrägt.
Vorzugsweise sind die Elektroden in eine Punktschweißmaschine eingebaut, bei der die erste Elektrode ein proximales Ende und ein Werkstückeingriffsende aufweist und eine weitere (zweite) Elektrode, welche der ersten Elektrode gegenüberliegt, ein proximales Ende und ein distales Ende mit einer Werkstückeingriffsfläche aufweist, wobei im Gebrauch ein Werkstück in solcher Weise einer Elektrowiderstandsschweißung unterzogen wird, daß das Werkstück zwischen der ersten und der zweiten Elektrode gehalten ist, wobei die andere (dritte) Elektrode zwischen die erste Elektrode und das Werkstück eingefügt ist und ein proximales Ende, eine eng an dem Werkstückeingriffsende der ersten Elektrode anliegende erste Seitenfläche an einem distalen Ende und eine zweite Seitenfläche an dem distalen Ende in Kontakt mit dem Werkstück aufweist und wobei eine Wechselleistungsquelleneinrichtung mit einem ersten Anschluß elektrisch mit dem proximalen Ende der ersten Elektrode verbunden ist und ein zweiter Anschluß elektrisch mit dem jeweiligen proximalen Ende der zweiten und der dritten Elektrode verbunden ist, wobei im Gebrauch dem ersten und dem zweiten Anschluß fur eine vorbestimmte Periode ein Wechselstrom zugeführt wird, wobei die Wechselleistungsquelleneinrichtung dazu ausgeführt ist, während der vorbestimmten Periode einen zur Erwärmung der dritten Elektrode verwendeten Strom einem geschlossenen Schaltkreis mit einer im wesentlichen durch den ersten Anschluß, die erste Elektrode, die dritte Elektrode und den zweiten Anschluß führenden Route zuzuführen und einen sowohl zum Schweißen des Werkstücks als auch zur Erwärmung der dritten Elektrode verwendeten Strom einem geschlossenen Schaltkreis mit einer im wesentlichen durch den ersten Anschluß, die erste Elektrode, die dritte Elektrode und das Werkstück und die zweite Elektrode sowie den zweiten Anschluß führenden Route zuzuführen.
Vorzugsweise umfaßt die vorbestimmte Periode, während der die Wechselleistungsquelleneinrichtung den Strom liefert, eine erste Periode, während der ein Strom eines ersten Stromwerts geliefert wird, und eine zweite Periode, während der ein Strom eines zweiten Stromwerts geliefert wird, welcher größer als der erste Stromwert ist, wobei die erste und die zweite Periode im wesentlichen kontinuierlich zueinander sind.
Der Elektrodensatz der vorliegenden Erfindung kann in geeigneter Weise bei einem Werkstück Anwendung finden, das sich aus einem ersten Element mit einem Kunstharz-Beschichtungsfilm zusammensetzt, der dazu ausgeführt ist, durch Schmelzen mit Hilfe von Wärme von der dritten Elektrode entfernt zu werden, und aus einem zweiten Element, das dazu ausgeführt ist, durch Elektrowiderstandsschweißen mit dem ersten Element gekuppelt zu werden.
Darüber hinaus umfaßt die Punktschweißmaschine vorzugsweise eine Mehrzahl von Elektrodenhaltern, um von der ersten, der zweiten und der dritten Elektrode zumindest die erste und die dritte Elektrode einzeln zu tragen, wobei die Elektrodenhalter jeweils Trägermittel und Kühlmittel umfassen, wobei die Trägermittel eine Seitenwand und ein in die eine Seitenwand gebohrtes Loch aufweisen und dazu ausgeführt sind, jede entsprechende Elektrode in solcher Weise zu tragen, daß das proximale Ende der Elektrode in das Loch eingesetzt und daran angelötet ist, wobei die Kühlmittel einen Kühlwasserraum aufweisen, dem die eine Seitenwand zugewandt ist und in den im Gebrauch Kühlwasser eingeleitet wird, wobei das Loch in der einen Seitenwand zu der Seite des Kühlwasserraums verläuft, so daß das proximale Ende der Elektrode in den Raum ragt.
Die obigen und weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der Erfindung werden anhand der folgenden detaillierten Beschreibung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung besser ersichtlich werden, die lediglich beispielhaft gegeben ist und unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben ist, in denen:
Figur 1 eine Vorderansicht ist, welche eine die vorliegende Erfindung verkörpernde Punktschweißmaschine zeigt,
Figur 2 eine Seitenansicht der in Figur 1 gezeigten Punktschweißmaschine ist,
Figur 3 eine aufgeschnittene vergrößerte Ansicht des distalen Endes einer ersten Elektrode 7 der in Figur 2 gezeigten Punktschweißmaschine ist,
Figur 4 eine in Richtung des Pfeils IV der Figur 3 genommene Seitenansicht ist,
Figur 5 eine in Richtung des Pfeils V der Figur 3 genommene Endansicht ist,
Figur 6 eine vergrößerte Ansicht des distalen Endes einer dritten Elektrode 9 der in Figur 2 gezeigten Punktschweißmaschine ist,
Figur 7 eine Ansicht der in Figur 6 gezeigten dritten Elektrode 9 von unten ist,
Figur 8 eine längs der Linie VIII-VIII der Figur 6 genommene Schnittansicht ist,
Figur 9 eine vergrößerte Schnittansicht ist, welche eine Verbindungsstelle zwischen dem jeweiligen distalen Ende der ersten und der dritten Elektrode 7 und 9 zeigt,
Figur 10 eine längs der Linie X-X der Figur 9 genommene Schnittansicht ist,
Figur 11 eine Schnittansicht ist, welche den Zustand innigen Kontakts zwischen den in Figur 10 gezeigten Elektroden zeigt,
Figur 12 eine vergrößerte Ansicht des distalen Endes einer zweiten Elektrode 8 der in Figur 1 gezeigten Punktschweißmaschine ist,
Figur 13 ein Schaltplan der in Figur 1 gezeigten Punktschweißmaschine ist,
Figur 14 eine graphische Darstellung zur Veranschaulichung einer Durchleitungsmethode für die Punktschweißmaschine anhand des zeitlichen Verlaufs der Wellenform des zugeführten Stroms ist,
Figur 15 eine vergrößerte seitliche Schnittansicht des Hauptteils der Punktschweißmaschine der Figur 1 ist, die einen solchen Zustand zeigt, daß ein Werkstück mittels der ersten bis dritten Elektrode gehalten ist,
Figur 16 eine vergrößerte Vorderansicht - teilweise im Schnitt - des Hauptteils der Punktschweißmaschine der Figur 1 ist, die das Werkstück mittels der ersten bis dritten Elektrode gehalten zeigt,
Figur 17 eine vergrößerte Vorderansicht des Hauptteils ist, die die Verhältnisse zwischen den Elektroden und dem Werkstück zum Zeitpunkt des Schweißens des in den Figuren 15 und 16 gezeigten Werkstücks zeigt,
Figur 18 eine Seitenansicht eines Schweißabschnitts nach dem in Figur 17 gezeigten Schweißvorgang ist,
Figur 19 eine Draufsicht auf den Schweißabschnitt nach dem in Figur 17 gezeigten Schweißvorgang ist;
Figur 20 ein Blockschaltbild ist, das schematisch ein Verfahren zum elektrischen Verbinden der Elektroden und eines Schweißübertragers der Punktschweißmaschine zeigt,
Figur 21 ein äquivalenter Schaltplan ist, der eine einfachere Version des Blockschaltbilds der Figur 20 zeigt,
Figur 22 ein schematisches Blockdiagramm ist, das ein vergleichbares Verfahren zum elektrischen Verbinden der Elektroden und des Schweißübertragers zeigt,
Figur 23 ein äquivalenter Schaltplan ist, der eine einfachere Version des Blockschaltbilds der Figur 22 zeigt,
Figur 24 eine Schnittansicht ist, die ein Beispiel eines Elektrodenhalters für die Punktschweißmaschine zeigt,
Figur 25 eine Schnittansicht ist, die eine Abwandlung des in Figur 24 gezeigten Elektrodenhalters für die Punktschweißmaschine zeigt, und
Figur 26 eine Schnittansicht eines Elektrodenhalters für eine bekannte Punktschweißmaschine ist.
Bezugnehmend zunächst auf die Zeichnungen der Figuren 1 und 2 wird eine Punktschweißmaschine im Umriß beschrieben.
Ein Gestell 3 ist fest an einer Basis 2 einer Punktschweißmaschine 1 montiert. Ein oberer Elektrodentragarm 4 ist an dem oberen Abschnitt der Vorderseite des Gestells 3 vertikal beweglich angebracht. Der obere Arm 4 trägt später erläuterte Elektrodenhalter 10 und 12. Der Arm 4 wird mittels eines Aktuators 5, etwa eines Luftzylinders, vertikal angetrieben. Der Aktuator 5 ist mit einer Einstellschraube 5a zur Regulierung des vertikalen Hubs des oberen Elektrodentragarms 4 versehen, d.h. des Hubs der Elektrodenhalter 10 und 12, die eine erste und dritte Elektrode 7 bzw. 9 tragen, welche später erläutert werden. Die Druckschweißkraft der Elektroden 7 und 9 kann durch Steuerung der Einstellschraube 5a auf einen gewünschten Wert eingestellt werden.
Der Elektrodenhalter 10 umfaßt einen unteren Abschnitt, welcher das proximale Ende der ersten Elektrode 7 trägt, wobei deren distales Ende nach unten weist, sowie einen oberen Abschnitt, welcher von dem oberen Elektrodentragarm 4 getragen ist. Der Elektrodenhalter 10 weist eine Struktur mit einem wassergekühlten Mantel auf, wie er später erläutert wird, so daß die erste Elektrode 7 durch Kühlwasser gekühlt wird Die dritte Elektrode 9 umfaßt einen proximalen Endabschnitt 9e (siehe Figur 24) und einen distalen Endabschnitt 9a (siehe Figur 6). Der proximale Endabschnitt 9e ist von dem Elektrodenhalter 12 getragen, der hinter der ersten Elektrode 7 angeordnet ist, wie in Figur 2 gezeigt. Der distale Endabschnitt 9a, der sich von dem proximalen Endabschnitt 9e diagonal nach unten erstreckt, liegt innig an dem distalen Ende (Werkstückeingriffsbereich) der ersten Elektrode 7 an. Der Elektrodenhalter 12 besitzt ebenfalls eine Struktur mit einem wassergekühlten Mantel, wie er später erläutert wird, so daß die Elektrode 9 durch das Kühlwasser gekühlt wird.
Ein unterer Elektrodentragarm 6 ist fest an demjenigen Abschnitt der oberen Fläche der Basis 2 befestigt, der dem oberen Elektrodentragarm 4 von unten her zugewandt ist. Ein Elektrodenhalter 11, welcher eine zweite Elektrode (stationäre Elektrode) 8 trägt, ist von dem unteren Arm 6 getragen. Die zweite Elektrode 8 ist mit nach oben weisender distaler Endfläche so befestigt, daß sie der Endfläche der ersten Elektrode 7 und einer Schrägendfläche (später erläutert) der dritten Elektrode 9 zugewandt ist. Der Elektrodenhalter 11 für die zweite Elektrode 8 ist ebenfalls aus einem wassergekühlten Mantel aufgebaut, so daß die Elektrode 8 wassergekühlt ist. Die Elektrodenhalter 10, 11 und 12 sind mit Kühlwasserzufuhröffnungen 10a 11a bzw. 12a und Kühlwasserabgabeöffnungen 10b, 11b bzw. 12b versehen. Sämtliche dieser Zufuhr- und Abgabeöffnungen sind mit einem Kühlsystem (nicht gezeigt) verbunden, durch das das Kühlwasser zugeführt wird.
Wie in den Figuren 3 bis 5 gezeigt, ist die erste Elektrode 7 von einem massiven Rundstab gebildet, wobei die Endfläche seines distalen Endes 7a unter einem vorbestimmten Winkel θ zu einer zur Achse der Elektrode 7 orthogonalen Ebene schief geschnitten ist. Eine Eingriffsnut 7b mit einem im wesentlichen halbkreisförmigen Querschnitt mit einem Radius r1 ist in der Mitte der Endfläche ausgeschnitten. Wie in Figur 3 gezeigt, umfaßt die Eingriffsnut 7b zwei zueinander kontinuierliche Nuten 7c und 7d. Die Länge der Bodenflächen der Nuten 7c und 7d ist mit d1 bzw. d2 bezeichnet. Der Gradient der Bodenfläche der Nut 7c ist gleich dem Winkel θ, während der Gradient der Bodenfläche der Nut 7d größer als der Gradient θ der Bodenfläche der Nut 7c ist. Die Nut 7c dient für den engen Eingriff mit der dritten Elektrode 9, während die Nut 7d als ein Freiabschnitt dient, in dem die erste und die dritte Elektrode 7 und 9 nicht in Kontakt stehen. Die zweite Elektrode 8 ist von einem massiven Rundstab mit dem gleichen Durchmesser wie die erste Elektrode 7 gebildet.
Wie in den Figuren 6 bis 8 gezeigt, ist die dritte Elektrode 9 von einem massiven Rundstab mit einem Durchmesser gebildet, der etwas kleiner als derjenige der ersten Elektrode 7 ist. Das distale Ende 9a ist mit einer Ebene schief geschnitten, welche den Durchmesser einer Endfläche 9d enthält und unter dem Winkel θ zur Achse der Elektrode 9 geneigt ist. Eine Seitenfläche 9b des distalen Endes 9a ist eine gekrümmte Fläche, deren Krümmungsradius r2 (< r1) ist; die andere Seitenfläche 9c des distalen Endes ist flach. Die gekrümmte Seitenfläche 9b ist dazu ausgeführt, mit Eingriff in die Nut 7c der Eingriffsnut 7b der ersten Elektrode 7 eingesetzt zu werden, während die andere Seitenfläche 9c zum Eingriff mit einem Werkstück ausgeführt ist.
Die gekrümmte Fläche 9b des distalen Endes 9a der dritten Elektrode 9 wird also in die Nut 7c der ersten Elektrode 7 eingesetzt, und die Differenz Δr (= r1 - r2) zwischen den jeweiligen Radien r1 und r2 der inneren gekrümmten Fläche der Nut 7c und der gekrümmten Fläche 9b ist auf einen Wert eingestellt, der etwas größer als die normale Passungstoleranz ist. Der Radius r2 der gekrümmten Fläche 9b der dritten Elektrode 9 ist auf einen Wert innerhalb eines Bereichs festgelegt, der durch 0,93 r1 < r2 < 0,95 r1 bei Vergleich mit dem Radius r1 der Nut 7c der ersten Elektrode 7 gegeben ist.
Der obere Grenzwert des Radius r2 ist auf einen solchen Wert festgelegt, daß er nicht nur die Bearbeitungs- und Befestigungsfehler der ersten und der dritten Elektrode 7 und 9 ausgleicht, wenn das distale Ende 9a der Elektrode 9 in die Nut 7c der Elektrode 7 eingesetzt wird, wie in den Figuren 9 bis 11 gezeigt, sondern auch einen sicheren Kontakt der gekrümmten Innenfläche der Nut 7c und der gekrümmten Seitenflächen 9b der Elektrode 9 miteinander in deren Mittelpunkt P erlaubt. Der untere Grenzwert des Radius r2 ist auf einen solchen Minimalwert eingestellt, daß im wesentlichen die gesamten Bereiche der zwei aneinander anliegenden gekrümmten Flächen durch elektrolytische Korrosion in zufriedenstellenden Eingriff miteinander gelangen können, wie in Figur 11 gezeigt, wenn ein Strom durch die aneinander anliegenden Elektroden fließt. Da die Innenfläche der Nut 7c und die Seitenfläche 9b gekrümmt sind, können sie einen breiteren Eingriffsbereich haben, als wenn sie flach wären.
Es kann so verhindert werden, daß die gekrümmte Fläche 9b der dritten Elektrode 9 auf einer Seite der Nut 7c der ersten Elektrode 7 in solcher Weise zu liegen kommt, daß nur ein Teil der gekrümmten Fläche 9b mit der Innenfläche der Nut 7c in Eingriff steht. Darüber hinaus kann eine unzweckmäßige Situation, etwa daß der mittlere Abschnitt der Fläche 9b nicht in Kontakt mit der Innenfläche der Nut 7c steht, obwohl die Fläche 9b mit einem Rand der Nut 7c in Eingriff steht, vermieden werden, weil der Radius r2 der gekrümmten Fläche 9b dahingehend beschränkt ist, daß er kleiner als der Radius r1 der Nut 7c ist.
Obwohl die Nut 7c der ersten Elektrode 7 und das distale Ende 9a der dritten Elektrode 9 durch Eingriff elektrisch verbunden sind, ist die Nut 7d der Elektrode 7 von dem distalen Ende 9a der Elektrode 9 isoliert. Dementsprechend geht ein von der Elektrode 7 zu der Elektrode 9 fließender Schweißstrom vorrangig durch die Nut 7c und den mit dieser in Eingriff stehenden Bereich hindurch. Wärme kann so in einem Kontaktbereich 9a des distalen Endes 9a der Elektrode 9 konzentriert werden.
Die erste Elektrode 7 ist vertikal angeordnet, wobei ihre distale Endfläche nach unten weist, und die dritte Elektrode 9 ist so gegen die Elektrode 7 gehalten, daß sie sich zu der Nut 7c absenkt, und zwar von hinter und oberhalb derselben. In diesem Zustand ist das distale Ende 9a innig in die Nut 7c eingesetzt, und die flache Fläche 9c, die mit dem Werkstück in Eingriff stehen soll, verläuft horizontal. Die dritte Elektrode 9 ist auf diese Weise unter dem vorgenannten vorbestimmten Winkel θ zu einer horizontalen Ebene angeordnet. Der Winkel θ ist in einem Bereich von 8 bis 30º festgelegt und ist vorzugsweise auf 13º oder darum herum eingestellt. Indem die Kontaktabschnitte der ersten und dritten Elektrode 7 und 9 in dieser Weise schräg gestellt werden, kann der Schweißstrom stabilisiert werden und kann verhindert werden, daß Risse durch elektrolytische Korrosion hervorgerufen werden. Demgemäß besitzen diese Elektroden eine verbesserte Haltbarkeit.
Wie in Figur 12 gezeigt, ist die zweite Elektrode 8 darüber hinaus so ausgebildet, daß ihre Endfläche 8a, die der dritten Elektrode 9 gegenüberliegt, unter einem vorbestimmten Winkel θ' zu der anderen Seitenfläche 9c des distalen Endes der Elektrode 9 abgeschrägt ist. Die Endfläche 8a ist bezüglich einer Laderichtung A oder einer Entladerichtung B des Werkstücks abgeschrägt. Vorzugsweise ist die schräge Endfläche 8a so eingestellt, daß ihr oberes Ende mit der distalen Endseite des Werkstücks ausgerichtet ist. Üblicherweise reicht der Gradient θ' der Endfläche 8a der Elektrode 8 von etwa 1 bis 30, Wenn jedoch das Werkstück ein Drahtteil ist, sollte der Gradient θ' vorzugsweise in Abhängigkeit vom Durchmesser des Drahtteils eingestellt werden.
Die erste und die dritte Elektrode weisen einen elektrischen Widerstand auf, der größer als der der zweiten Elektrode 8 ist. Beispielsweise können Molybdän, Wolfram usw. geeigneterweise als Materialien der ersten und dritten Elektrode 7 und 9 verwendet werden. Erhältliche Materialien für die zweite Elektrode 8 umfassen beispielsweise Kupfer, das 35 Gew.-% Wolfram enthält, Wolfram, das Silber enthält, Wolfram, das Zirkon enthält, usw. Neben diesen Materialien können für die erste bis dritte Elektrode 7 bis 9 Wolframlegierungen mit den gleichen elektrischen Eigenschaften verwendet werden.
Wie in Figur 13 gezeigt, ist die proximale Endseite der ersten Elektrode 7 mit einem Ende 20c einer Sekundärspule 20a eines Schweißübertragers 20 mittels eines Leiterdrahts 21 verbunden. Die proximale Endseite der dritten Elektrode 9 ist zusammen mit der der zweiten Elektrode 8 mit dem anderen Ende 20d der Sekundärspule 20a mittels eines Leiterdrahts 22 verbunden. Eine Primärspule 20b des Schweißübertragers 20 ist mit einer Leistungssteuerschaltung 23 verbunden.
Die Leistungssteuerschaltung 23 versorgt die Primärspule 20b des Übertragers 20 beispielsweise mit verkehrsüblicher Wechselleistung von 50 Hz und bewirkt, daß die Sekundärspule 20a für eine vorbestimmte Periode T mit einem Schweißwechselstrom von 50 Hz versorgt wird. Auf diese Weise werden die Ablösung bzw. Absonderung eines Beschichtungsfilms von dem Werkstück durch Schmelzen und die Schweißung kontinuierlich bewirkt. Die Leistungssteuerschaltung 23 ist so aufgebaut, daß die Werkstückdurchleitungsperiode T in zwei Perioden aufgeteilt ist, nämlich eine erste Halbperiode (nachfolgend Ablöseperiode bezeichnet) Ta, die zum Ablösen des Beschichtungsfilms durch Schmelzen erforderlich ist, und eine zweite Halbperiode (nachfolgend als Schweißperiode bezeichnet) Tb die zum eigentlichen Schweißen nötig ist, wie es in Figur 14 gezeigt ist, und daß das Fließen eines für die Ablösung des Beschichtungsfilms benotigten Stroms (nachfolgend als Ablösestrom bezeichnet) Ia und eines für das eigentliche Schweißen benötigten Stroms (nachfolgend als Schweißstrom bezeichnet) Ib während der Ablöseperiode Ta bzw. der Schweißperiode Tb durch die Sekundärspule 20a des Übertragers 20 bewirkt werden kann.
Es werden nun eine Abfolge von Vorgängen und die Funktionen der in dieser Weise aufgebauten Punktschweißmaschine 1 beschrieben. Das verwendete Werkstück umfaßt in diesem Fall beispielsweise einen Leiterdraht 30, welcher aus einem mit Polyesterimid 30b beschichteten Kupf erkern 30a mit einem Kerndurchmesser von 0,34 φ aufgebaut ist, und ein elektrisch leitendes Anschlußelement 31 (siehe Figur 15), die miteinander verschweißt werden sollen.
Zunächst wird das Kühlwasser zu dem jeweiligen wassergekühlten Mantel der Elektrodenhalter 10 bis 12 geleitet. Wie in den Figuren 1, 2, 15 und 16 gezeigt, wird dann der Leiterdraht 30 auf einen gewünschten Abschnitt der oberen Fläche des Anschlußelements 31 gelegt. Das resultierende Werkstück wird in Richtung des Pfeils A (siehe Figur 16) vorgeschoben, um auf die zweite Elektrode 8 gesetzt zu werden. Anschließend wird der Aktuator 5 betätigt, um die erste und dritte Elektrode 7 und 9 abzusenken und hierdurch die flache Fläche 9c der Elektrode 9 mit einer erforderlichen Druckkraft gegen das Werkstück zu drücken, so daß das Werkstück zwischen der zweiten Elektrode 8 und der Kombination der ersten und dritten Elektrode 7 und 9 gehalten wird.
Es wird dann die Leistungssteuerschaltung 23 eingeschaltet, um die Sekundärspule 20a des Übertragers 20 zu erregen. Die Steuerschaltung 23 läßt den Ablösestrom Ia (siehe Figur 14) während der Ablöseperiode Ta, die bei Beginn der Stromzufuhr startet, durch die Sekundärspule 20a fließen. Beim Start der Zufuhr des Ablösestroms Ia ist der Leiterdraht 30 mit dem Beschichtungsfilm 30b beschichtet und daher isoliert. Demgemäß kann der Strom nicht unmittelbar zwischen der ersten und zweiten Elektrode 7 und 8 fließen; er kann durch einen geschlossenen Schaltkreis fließen, welcher sich aus dem Leiterdraht 21, der ersten und der dritten Elektrode 7 und 9, dem Leiterdraht 22 und der Sekundärspule 20a zusammensetzt. Da die Elektroden 7 und 9 einen größeren elektrischen Widerstand als die Elektrode 8 besitzen und lediglich an ihren aneinander anliegenden distalen Endabschnitten verbunden sind, wird der Kontaktbereich 9a' (siehe Figur 9), der einen vergleichsweise hohen Widerstand besitzt, bei Zufuhr des Stroms schnell auf eine hohe Temperatur erwärmt.
Wenn die erste und die dritte Elektrode 7 und 9 auf diese Weise erwärmt werden, wird der Beschichtungsfilm 3db auf dem Leiterdraht 30 weich und löst sich ab. Der Kupferkern 30a wird daraufhin freigelegt, so daß die Elektrode 7 und das Anschlußelement 31 während der letzten Hälfte der Ablöseperiode Ta leiten können. Der Beschichtungsfilm 30b wird so in ausreichender Weise von dem Kern 30a abgelöst. Als Folge dieser Durchleitung beginnt der Schweißstrom zwischen der ersten und der zweiten Elektrode 7 und 8 über das Werkstück zu fließen. Während der der Ablöseperiode Ta folgenden Schweißperiode Tb wird die Sekundärspule 20a mit dem Schweißstrom Ib versorgt, der größer als der Ablösestrom Ia ist.
Ein Teil des Schweißstroms Ib wird über den Weg von der ersten Elektrode 7 zur dritten Elektrode 9 umgeleitet. Außerdem verringert sich der Strom Ib, wenn der Widerstand aufgrund der Erwärmung, elektrolytischer Korrosion, Oxidation usw. der Elektroden zunimmt. Allerdings wird in Voraussehung dieser Verringerung der Schweißstrom Ib auf den zuvor genannten relativ großen Wert eingestellt. Dementsprechend kann die Leistungssteuerschaltung 23 für einen Schweißstromfluß sorgen, der groß genug für die Schweißung des Werkstücks während der Schweißperiode Tb ist. Während der Schweißperiode Tb werden daher der Kupferkern 30a und das Anschlußelement 31 miteinander verschweißt.
Da die Endfläche 8a der zweiten Elektrode 8 abgeschrägt ist, neigen sich zwischenzeitlich das Anschlußelement 31 und der Kupferkern 30a längs der Endfläche 8a durch die Druckkraft von der ersten und der dritten Elektrode 7 und 9 im Zeitpunkt des Schweißens, wie in Figur 17 gezeigt. Dementsprechend verjüngt sich eine in Kontakt mit der dritten Elektrode 9 stehende Kontaktfläche 30c des Kupferkerns 30a von der proximalen Seite zur distalen Seite hin, wie in den Figuren 17 bis 19 gezeigt. Auf diese Weise kann insbesondere verhindert werden, daß die Festigkeit eines mit dem proximalen Ende eines Schweißabschnitts verbundenen Fügeabschnitts 30d des Kupferkerns 30a sinkt. Wenn die Endfläche 8a der zweiten Elektrode 8 nicht abgeschrägt ist, wird dieser mit der dritten Elektrode 9 in Kontakt stehende Abschnitt des Kerns 30a, d.h. der Schweißabschnitt, abgeflacht, wie durch eine doppelpunktierte Strichlinie 30c' in den Figuren 18 und 19 angedeutet. Als Folge sinkt die Festigkeit des mit dem proximalen Ende des Schweißabschnitts verbundenen Fügeabschnitts 30d.
Bei der vorstehend beschriebenen Ausführungsform ist die Endfläche 8a der zweiten Elektrode 8 unter dem Winkel θ' gegenüber einer horizontalen Ebene abgeschrägt und die Fläche 9c der dritten Elektrode 9 horizontal. Im Gegensatz hierzu kann die Endfläche 8a der zweiten Elektrode 8 jedoch horizontal ausgebildet sein. In diesem Fall ist die Fläche 9c der dritten Elektrode 9 bezüglich der Laderichtung oder der Entladerichtung des Werkstücks abgeschrägt.
Wie vorstehend beschrieben, können die Erwärmung der ersten und dritten Elektrode 7 und 9, die Ablösung des Beschichtungsfilms 30b durch Schmelzen und die Verschweißung des Kupferkerns 30a und des Anschlußelements 31 in sehr kurzer Zeit vollendet werden. Die Schweißzeit variiert in Abhängigkeit von den Abmessungen des zu schweißenden Werkstücks, z.B. dem Kerndurchmesser des Leiterdrahts 30, der Dicke des Anschlußelements 31 usw. Wenn die Schweißzeit zu kurz ist, ist die Festigkeit der geschweißten Fügestelle nicht zufriedenstellend. Wenn dagegen die Schweißzeit zu lange ist, kann der Kupferkern 30a möglicherweise bei Druck zerbrechen oder unerwünschterweise geglüht und brüchig werden. Die Schweißzeit sollte daher unter Berücksichtigung dieser Umstände geeignet eingestellt werden.
Bei Verwendung eines Drahtelements, das aus dem mit Polyesterimid beschichteten 0,34 φ Kupferkern aufgebaut ist, zur Verwendung als Werkstück sind die Ablöseperiode Ta und die Schweißperiode Tb jeweils auf annähemd 0,3 Sekunden (etwa 15 Zyklen) festgelegt und der Ablösestrom Ia und der Schweißstrom Ib auf etwa 600 A bzw. 800 A eingestellt. Der Schweißstrom Ib ist also größer als der Ablösestrom Ia (Ib > Ia). Es ist zu verstehen, daß die Perioden Ta und Tb und die Ströme Ia und Ib in Abhängigkeit vom Kerndurchmesser, der Beschichtungsfilmdicke usw. des Drahtelements auf ihren jeweiligen optimalen Wert eingestellt werden. Selbstverständlich ist auch in diesem Fall der Schweißstrom Ib größer als der Ablösestrom Ia.
Die Ablöseperiode Ta und die Schweißperiode Tb können zueinander kontinuierlich sein, so daß der Ablösestrom Ia und der Schweißstrom Ib kontinuierlich zugeführt werden. Alternativ kann zwischen den Perioden Ta und Tb eine sehr kurze Kühlperiode (Ruhezeit) eingefügt werden, die so kurz wie etwa ein Zyklus ist.
Bei der Punktschweißmaschine sollten die Elektroden 7 bis 9 und der Schweißübertrager 20 in der in Figur 13 gezeigten Weise verschaltet sein. Der Grund hierfür wird nun im einzelnen beschrieben. Bezugnehmend zunächst auf die Figuren 20 und 21 wird eine bei Anwendung dieser Vorgehensweise erhaltene äquivalente Schaltung erläutert. Es sei angenommen, daß die Innenwiderstände der ersten, zweiten und dritten Elektrode 7, 8 und 9 Ra, Rb bzw. Rc sind, der Kontaktwiderstand zwischen der ersten und der dritten Elektrode 7 und 9 Rt ist und der Innenwiderstand des Abschnitts des Werkstücks zwischen der oberen Endfläche der zweiten Elektrode 8 und der anderen Seitenfläche des distalen Endes der dritten Elektrode 9 einschließlich der Kontaktwiderstände zwischen dem Werkstück und den Elektroden Rw ist. Der Schaltplan der Figur 20 kann durch den äquivalenten Schaltplan der Figur 21 als dessen einfachere Version ersetzt werden. In Figur 21 sind die Widerstände Ra, Rt, Rw und Rb in der genannten Reihenfolge in Reihe geschaltet. Diese Widerstände, der Leiterdraht 22, der Schweißübertrager 20 und der Leiterdraht 21 bilden einen geschlossenen Schaltkreis. Ein Widerstand Rc der dritten Elektrode 9 ist in einer Leitung angeordnet, welche an ihrem einen Ende von einem Knoten 24 zwischen den Widerständen Rt und Rw abgeht, und ist parallel zu den Widerständen Rw und Rb geschaltet.
Im Vergleich zu dieser Verschaltungsmethode, kann ein Vergleich vorgeschlagen werden, derart, daß die proximale Seite der dritten Elektrode 9 mit einem Ende der Sekundärspule 20 des Schweißübertragers 20 mittels eines Leiterdrahts 25 verbunden ist und daß die proximale Seite der ersten Elektrode 7 zusammen mit der der zweiten Elektrode 8 mit dem anderen Ende der Sekundärspule mittels eines Leiterdrahts 26 verbunden ist, wie in Figur 22 gezeigt. Ein Verbindungsschaltkreis nach dieser alternativen Methode kann einfach durch eine äquivalente Schaltung dargestellt werden, die in Figur 23 gezeigt ist. In Figur 23 sind die Widerstände Rc, Rw und Rb in der genannten Reihenfolge in Serie geschaltet. Diese Widerstände, der Leiterdraht 26, der Schweißübertrager 20 und der Leiterdraht 25 bilden einen geschlossenen Schaltkreis. Die Widerstände Rt und Ra sind hintereinander in einer Leitung angeordnet, welche von einem Knoten 27 zwischen den Widerständen Rc und Rw abgeht und parallel zu den Widerständen Rw und Rb geschaltet ist.
Die Widerstände Ra, Rb und Rc der Elektroden 7, 8 und 9 besitzen einen Wert von etwa 0,1 mΩ, gemessen bei Raumtemperatur; der Kontaktwiderstand Rt besitzt einen Wert von etwa 10 mΩ. Der Widerstand Rw des Werkstücks ändert seinen Wert abhängig von den Zuständen der Ablösung des Beschichtungsfilms und der Schweißung.
Im Fall der die vorliegende Erfindung verkörpernden Punktschweißmaschine fließt in der Anfangsphase der Ablöse periode Ta, d.h. während der Periode, zu der der Beschichtungsfilm noch nicht weich geworden ist und keine Durchleitung zwischen der dritten und der zweiten Elektrode 9 und 8 stattfindet, der gesamte Ablösestrom durch einen geschlossenen Schaltkreis, welcher sich aus dem Schweißübertrager 20, dem Leiterdraht 21, den Widerständen Ra und Rt, dem Knoten 24, dem Widerstand Rc und dem Leiterdraht 22 zusammensetzt. Wenn danach ein Teil des Beschichtungsfilms weich wird und den Beginn der Durchleitung zwischen der dritten und der zweiten Elektrode 9 und 8 erlaubt, fließt der Strom teilweise durch die Widerstände Rw und Rb. Danach fließt auch während der Schweißperiode Tb ein Teil des Schweißstroms durch die Widerstände Rw und Rb, und der übrige Teil fließt durch den Widerstand Rc. Gemäß der bevorzugten Verschaltungsmethode der Punktschweißmaschine fließt während der gesamten Durchleitungsperiode T, die die Ablöseperiode und die Schweißperiode vereinigt, der gesamte zugeführte Strom durch den Kontaktwiderstand Rt. Dies deutet darauf hin, daß über die gesamte Durchleitungsperiode hinweg Wärme zur Ablösung des Beschichtungsfilms erhalten werden kann. Wenn der Beschichtungsfilm in der Ablöseperiode Ta nicht vollständig abgelöst wird, kann die Ablösung daher in der nachfolgenden Schweißperiode Tb abgeschlossen werden. Dies führt zu den folgenden Vorteilen. Da eine Wechselleistungsquelle verwendet wird, ist es lediglich notwendig, daß die Durchleitungsperiode T und der Stromwert auf geeignete Werte eingestellt werden. Die Vorgänge der Filmablösung und der Schweißung müssen daßer nicht streng getrennt werden, wenn sie mittels der Leistungssteuerschaltung gesteuert werden. Genauer gesagt beginnt der Schweißstrom während der letzten Hälfte des Filmablöseprozesses zu fließen, und die dritte Elektrode 9 wird auch beim Schweißvorgang fortlaufend erwärmt. Wenn die Ablösung des Beschichtungsfilms daher am Ende der Ablöseperiode Ta noch nicht beendet ist, wird während der ersten Hälfte der nachfolgenden Schweißperiode Wärme für die Ablösung zugeführt. Auch wenn sich also die Durchleitungszeit und der Stromwert, die für die Prozesse der Ablösung und der Schweißung erforderlich sind, aufgrund einer Dickenänderung der Leiterdrähte, einer Verschlechterung der Elektroden usw. etwas ändern, können die Filmablösung und die Schweißung zufriedenstellend erreicht werden. Als Folge unterliegt die Schweißqualität geringeren Abweichungen, und es kann eine gewünschte Schweißfestigkeit sicher erhalten werden.
Dagegen verringert sich gemäß der Vergleichsmethode der durch den Widerstand Rt fließende Strom, wenn sich ein Teil des Beschichtungsfilms ablöst und der Schweißstrom zu fließen beginnen kann, so daß die Menge der zur Filmablösung erzeugten Wärme für eine zufriedenstellende Ablösung zu gering wird. Wenn der Schweißprozeß beginnt, nachdem die Ablösung abgeschlossen ist, kann die Schweißung bei Anwendung der zum Vergleich herangezogenen Verschaltungsmethode mit weniger Strom, nämlich um eine dem Fehlen eines Stromflusses durch den Widerstand Rt entsprechende Spanne, als bei Anwendung der erfindungsgemäßen Verschaltungsmethode bewirkt werden. Da jedoch der Schweißstrom fließt, bevor der Beschichtungsfilm noch nicht vollständig abgelöst ist, ist die Ablösung nicht abgeschlossen, so daß die Schweißung nicht zufriedenstellend durchgeführt werden kann. Die Produktqualität, wie etwa die Schweißfestigkeit für jedes Werkstück, schwankt daher aufgrund Änderungen externer Faktoren, was den Nutzen senkt.
Wenn bei der in dieser Weise konstruierten Punktschweißmaschine die dritte Elektrode 9 übermäßig erwärmt wird, kann während des Schweißvorgangs nach der Entfernung des Kunststoffbeschichtungsfilms der reguläre Schweißstrom gelegentlich nicht fließen. Die dritte Elektrode 9 sollte daher speziell gekühlt werden. Dies erfolgt beispielsweise mittels einer bekannten Wasserkühlmethode, wie sie in Figur 26 gezeigt ist. In Figur 26 umfaßt ein bekannter wassergekühlter Elektrodenhalter 49 einen Stopfen 50, einen wassergekühlten Mantel 52 sowie eine Befestigungsmutter 53. Die Elektrode 51 ist von dem Stopfen 50 in solcher Weise getragen, daß ihr proximales Ende 51a in ein in das distale Ende des Stopfens 50 gebohrtes Loch 50a eingesetzt ist. Ein proximales Ende 50b des Stopfens so ist in das distale Ende des wassergekühlten Mantels 52 in flüssigkeitsdichter Weise eingeschraubt und mittels der Befestigungsmutter 53 fixiert. Das Kühlwasser zirkuliert durch den Mantel 52, wie durch den Pfeil der Figur 26 angedeutet, wodurch eine proximale Endfläche 50c des Stopfens 50 gekühlt wird, so daß die Elektrode 51 gekühlt wird.
Allerdings wird bei dem vorstehend beschriebenen bekannten wassergekühlten Elektrodenhalter 49 zuerst der Stopfen 50 mittels des Kühlwassers gekühlt und dann die Elektrode 51 gekühlt. Mit anderen Worten wird die Elektrode 51 indirekt gekühlt, d.h. durch das Medium des Stopfens 50 hindurch, so daß die Kühlleistung für die Elektrode 51 gering ist. Die Elektrode 51 kann daher unter Umständen überhitzt werden, wenn die Intervalle zwischen den Schweißzyklen zu kurz sind. Es ist daher notwendig, die Schweißung in Intervallen von etwa 5 bis 7 Sekunden durchzuführen. Dies würde zu einer Verringerung der Arbeitsleistung der Punktschweißmaschine führen.
Der Erwärmungszustand der Elektrode 51 kann beispielsweise mittels eines in dem Stopfen 50 eingebetteten Thermoelements überwacht werden oder durch Erfassung von Infrarotstrahlen. Da jedoch die Elektrode 51 integral an dem Stopfen 50 befestigt ist, muß auch der Stopfen 50 ersetzt werden, wenn die Elektrode 51 gegen eine neue ausgestauscht werden soll. Die Verwendung des Thermoelements ist also nicht wirtschaftlich. In jedem Fall wird eine spezielle Vorrichtung zur Überwachung des Erwärmungszustands benötigt, so daß die Maschine teuer ist.
Figur 24 zeigt einen Elektrodenhalter 12. Der Elektrodenhalter 12 setzt sich beispielsweise aus einem Stopfen 13 zum Halten der dritten Elektrode 9, einem wassergekühlten Mantel 14 zum Halten des Stopfens 13, einer Befestigungsmutter 15 zur Befestigung des Stopfens 13 an dem Mantel 14 und einem eine Kühlwasserpassage bildenden Rohr 16 zusammen. Der Stopfen 13 weist ein distales Ende 13a auf, welches wie ein Kegelstumpf ausgebildet ist, sowie ein zylindrisches proximales Ende 13b. Ein Stufenabschnitt 13e ist zwischen den Enden 13a und 13b gebildet. Die Außenumfangsfläche des proximalen Endes 13b ist mit einem Gewinde versehen. Ein Hauptloch 13c und ein Nebenloch 13d sind koaxial durch den Stopfen 13 gebohrt, wobei das erstere einen größeren Durchmesser als das letztere besitzt. Das Hauptloch 13c öffnet sich in den Mittelabschnitt der Endfläche des proximalen Endes 13b, während sich das Nebenloch 13d in den zentralen Abschnitt der distalen Endfläche des Stopfens 13 öffnet. Der solchermaßen ausgeführte Stopfen 13 ist einstückig von einem elektrisch leitenden Material gebildet.
Ein hinteres Ende 9e der dritten Elektrode 9 ist in das Nebenloch 13d eingesetzt, welches sich in die distale Endfläche des Stopfens 13 öffnet, und zwar in solcher Weise, daß sein äußerster Endabschnitt 9e' in das Hauptloch 13c eine vorbestimmte Länge weit hineinragt. Die Elektrode 9 ist durch Löten unbeweglich an dem Stopfen 13 befestigt, um elektrisch mit diesen verbunden zu sein.
Der wassergekühlte Mantel 14 besitzt die Form eines mit einem Boden versehenen Hohlzylinders. Die äußere und die innere Umfangsfläche des offenen Endabschnitts des Mantels 14 sind beide mit einem Gewinde versehen. Gewindelöcher 14a und 14b sind durch die geschlossene Endfläche des Mantels 14 bzw. einen bestimmten Abschnitt der Seitenwand in deren Nähe gebohrt. Das proximale Ende 13b des Stopfens 13 ist in das offene Ende des Mantels 14 in flüssigkeitsdichter Weise eingeschraubt. Die Befestigungsmutter 15 ist zwischen den Stopfen 13 und den Mantel 14 eingefügt. Genauer gesagt ist die Mutter 15 auf das offene Ende des Mantels 14 so aufgeschraubt, daß ihr distales Ende 15a sandwichartig zwischen der offenen Endfläche des Mantels 14 und dem Stufenabschnitt 13e des Stopfens 13 angeordnet ist.
Nachdem das proximale Ende 13b des Stopfens 13 in den wassergekühlten Mantel 14 geschraubt ist, wird das distale Ende isa der Befestigungsmutter 15 gegen den Stufenabschnitt 13e des Stopfens 13 gedrückt, wodurch der Stopfen 13 von dem offenen Ende des Mantels 14 nach außen gedrückt wird. Hierdurch werden der Mantel 14 und der Stopfen 13 fest aneinander fixiert. Wenn der Stopfen 13 fest in den Mantel 14 geschraubt ist, liegt die dritte Elektrode 9 in Ausrichtung zur Achse des Mantels 14, und die Enfläche 9e' des proximalen Endes 9e befindet sich innerhalb des Mantels 14.
In die Gewindelöcher 14a und 14b des wassergekühlten Mantels 14 sind Verbinder 17 bzw. 18 eingeschraubt. Das Kühlwasser wird durch die Verbinder 17 und 18 in den Mantel 14 eingeleitet bzw. aus diesem abgeleitet. Die Verbinder 17 und 18 bilden somit eine Kühlwasserzufuhröffnung 12a bzw. eine Kühlwasserabgabeöffnung 12b. Ein Ende 16a des schlanken Rohrs 16 ist in ein Loch 17a eingeführt, welches sich längs der Achse des einen Verbinders 17 erstreckt. An der anderen Endseite durchdringt das Rohr 16 locker den Mantel 14, so daß es sich im wesentlichen entlang der Achse des Mantels 14 in das Hauptloch 13 erstreckt. Das andere Ende 16b liegt der Endfläche 9e' der dritten Elektrode 9 in einem Abstand von einigen Millimetern, vorzugsweise etwa 1 bis 3 mm, gegenüber. Das Rohr 16 dient als Passage, durch die das Kühlwasser in einen Kühlwasserraum 14A strömt, dem die Enfläche 9e' der dritten Elektrode 9 zugewandt ist. Die Verbinder 17 und 18 sind mit einem Kühlsystem (nicht gezeigt) mittels Verbindungsrohren (nicht gezeigt) verbunden. Der Durchmesser des Rohrs 16 ist nach Maßgabe des Drucks des verwendeten Kühlwassers festgelegt.
Das von dem Kühlsystem gelieferte Kühlwasser niedriger Temperatur fließt durch den Verbinder 17 des wassergekühlten Mantels 14 in das Rohr 16 und wird dann durch das offene Ende des Rohrs 16 auf die Endfläche 9e' der Elektrode 9 gesprüht, wodurch die Elektrode 9 gekühlt wird. Die Elektrode 9 wird also unmittelbar durch das Kühlwasser gekühlt, so daß die Kühlleistung verbessert ist. Nach dem Kühlen der Elektrode 9 fließt das Kühlwasser in dem Hauptloch 13c in der durch die Pfeile angedeuteten Richtung und tritt dabei in den Innenraum des wassergekühlten Mantels 14 ein. Der Stopfen 13 wird zwischenzeitlich durch das in dem Hauptioch 13c fließende Kühlwasser gekühlt. Da das Loch 13c entlang der Achse des Stopfens 13 gebohrt ist, kann der gesamte Stopfen mit hohem Wirkungsgrad gekühlt werden.
Das proximale Ende der Elektrode 9 ist in das Nebenloch 13d des Stopfens 13 eingesetzt, so daß die Elektrode 9 auch durch den Stopfen 13 gekühlt wird. Folglich kann die Elektrode 9 wirksamer gekühlt werden. Nach dem Kühlen des Stopfens 13 fließt das Kühlwasser im Inneren des wassergekühlten Mantels 14 durch den Verbinder 18 aus diesem heraus und kehrt zu dem Kühlsystem zurück. Die Elektrode 9 kann so in sehr zufriedenstellender Weise gekühlt werden und kann daher vor einer Überhitzung bewahrt werden. In diesem Zusammenhang kann das Schweißzeitintervall der Punktschweißmaschine der vorliegenden Erfindung auf etwa 1 bis 3 Sekunden reduziert werden, was viel kürzer als im Fall der bekannten Maschine ist. Die Arbeitsleistung der Schweißmaschine wird so verbessert.
Die zweite Elektrode 8, die weniger wärmeempfindlich als die erste und die dritte Elektrode 7 und 9 ist, kann von dem Elektrodenhalter 49, wie er in Figur 26 gezeigt ist, auf Basis des herkömmlichen Kühlsystems getragen sein, anstatt den in Figur 24 gezeigten Elektrodenhalter 12 zu verwenden.
Ein in Figur 25 gezeigter Elektrodenhalter 12' für eine Punktschweißmaschine ist ein Abwandlung des Elektrodenhalters 12 der Figur 24. Wie in Figur 25 gezeigt, besitzen distale und proximale Enden 13'a und 13'b eines Stopfens 13' den gleichen Außendurchmesser. An der Verbindungsstelle der beiden Enden ist ein Vorsprung 13'f ausgebildet. Das proximale Ende 13'b ist ohne irgendwelche Gewinde an dem Ende 13'b oder dem offenen Ende des Mantels 14 einfach in das offene Ende des wassergekühlten Mantels 14 eingesetzt. Ein distales Ende 15'a einer Befestigungsmutter 15' ist länger ausgeführt, und zwar lang genug, um auf das distale Ende 13'a des Stopfens 13' aufgesetzt zu werden. Ein O-Ring 19 ist zwischen den Vorsprung 13'f des Stopfens 13' und das offene Ende des Mantels 14 eingefügt. Wenn die Befestigungsmutter 15' angezogen wird, wird bei dieser Anordnung der Vorsprung 13f des Stopfens 13' flüssigkeitsdicht gegen das offene Ende des Mantels 14 vermittels des distalen Endes 15'a der Mutter 15' gedrückt. Der wassergekühlte Mantel 14 und der Stopfen 13' können so aufleichte Weise flüssigkeitsdicht gekoppelt werden, wobei der Stopfen 13' ohne weiteres angebracht oder abgenommen werden kann, um die Elektrode 9 zu ersetzen.

Claims

1. Ein Satz von Elektroden für eine Punktschweißmaschine mit zwei Elektroden, wobei die erste Elektrode ein distales Ende aufweist, welches unter einem vorbestimmten Winkel (θ) gegenüber einer zu einer Mittelachse der ersten Elektrode orthogonalen Ebene abgeschrägt ist und mit einer Eingriffsnut (7c) mit einem im wesentlichen halbkreisförmigen Querschnitt ausgebildet ist, und wobei die andere Elektrode an einem distalen Ende eine erste Seitenfläche (9b) mit einer gekrümmten Fläche im wesentlichen halbkreisförmigen Querschnitts aufweist, dadurch gekennzeichnet,

daß der Krümmungsradius der ersten Seitenfläche an dem distalen Ende kleiner als der der Eingriffsnut der ersten Elektrode ist, so daß die erste Seitenfläche an dem distalen Ende in die Eingriffsnut eingesetzt werden kann, wobei die Krümmungsradien der Beziehung genügen:

0,93 r1 < r2 < 0,95r1,

wobei r1 und r2 der jeweilige Krümmungsradius der Eingriffsnut der ersten Elektrode und der ersten Seitenfläche an dem distalen Ende der anderen Elektrode sind.

2. Ein Elektrodensatz nach Anspruch 1, bei dem eine weitere Elektrode vorgesehen ist.

3. Ein Elektrodensatz nach Anspruch 1 oder 2, bei dem der Neigungswinkel der Eingriffsnut der ersten Elektrode von 0 bis 30º reicht.

4. Ein Elektrodensatz nach Anspruch 1, 2 oder 3, bei dem die Eingriffsnut der ersten Elektrode einen ersten Nutabschnitt (7c) umfaßt, welcher den vorbestimmten Neigungswinkel besitzt und mit der einen Seitenfläche (9b) an dem distalen Ende der anderen Elektrode in Eingriff steht, und einen zweiten Nutabschnitt (7d) umfaßt, welcher kontinuierlich zu dem ersten Nutabschnitt ist und einen Neigungswinkel besitzt, der größer als der vorbestimmte Neigungswinkel ist.

5. Ein Elektrodensatz nach Anspruch 2 oder einem davon abhängigen Anspruch, bei dem die zweite Seitenfläche an dem distalen Ende der anderen Elektrode entlang der Lade- oder Entladerichtung des Werkstücks abgeschrägt ist, und zwar unter einem vorbestimmten Winkel zu der Werkstückeingriffsfläche der weiteren Elektrode.

6. Ein Elektrodensatz nach Anspruch 2 oder einem davon abhängigen Anspruch, bei dem die Werkstückeingriffsfläche (8a) der weiteren Elektrode entlang einer Lade- oder Entladerichtung eines Werkstücks unter einem vorbestimmten Winkel (θ) abgeschrägt ist.

7. Ein Elektrodensatz nach Anspruch 2 oder einem davon abhängigen Anspruch, bei dem die erste und die andere Elektrode einen elektrischen Widerstand besitzen, der größer als der der weiteren Elektrode ist.