DE69614429T2

DE69614429T2 - Widerstandsschweiss-Sensor

Info

Publication number: DE69614429T2
Application number: DE69614429T
Authority: DE
Inventors: Larry Clark Heckendorn
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1995-04-03
Filing date: 1996-03-28
Publication date: 2002-05-16
Anticipated expiration: 2016-03-29
Also published as: TW304905B; CA2173052A1; ES2162006T3; JPH08309556A; US5504299A; MX9601230A; CA2173052C; AU695840B2; DE69614429D1; KR100311729B1; JP3204904B2; EP0736355A3; AU5037196A; EP0736355B1; EP0736355A2; KR960037197A; BR9601223A

Description

Diese Erfindung bezieht sich auf einen Aufbau eines Sensors für das Widerstandsschweißen.

BEREICH DER ERFINDUNG

Diese Erfindung bezieht sich allgemein gesehen auf das elektrische Widerstandsschweißen, insbesondere betrifft sie einen Sensorenaufbau, der vorteilhafterweise benutzt werden kann in Kombination mit normalen Widerstandsschweißgeräten, um während des Betriebs der Geräte und in Echtzeit die Verfahrensparameter des Schweißgerätes, wie z. B. die Elektrodenklemmkraft, den elektrischen Strom der Elektrode, die elektrische Spannung der Elektrode und den Kühlmittelstrom der Elektrode zu ermitteln. Die ermittelten Verfahrensparameter werden typischerweise nacheinander gemessen und entweder in digitaler oder in analoger Signalform verwendet für Zwecke, wie z. B. die Anzeige für den Benutzer des Gerätes, die Rückkopplungseingabe an Selbstkontrollkreisläufe für das Betreiben der Geräte und die Durchführung der Abschaltung des Gerätes.

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Bekannte elektrische Widerstandsschweißgeräte, wie z. B.. Punktschweißmaschinen, die normalerweise mit wassergekühlten Elektrodenhaltern und zusammenwirkenden austauschbaren Elektroden ausgestattet sind, werden typischerweise in Verbindung mit Herstellungsverfahren für große Volumina benutzt, bei welchen eine kontinuierliche enge Kontrolle von verschiedenen Parametern des Schweißverfahrens erwünscht ist. Zum Beispiel ist es oft erwünscht die aktuellen Verfahrensparameter des Schweißgerätes, wie z. B. den Klemmdruck (Kraft), der zwischen den Elektroden des Gerätes besteht, den elektrischen Stromfluss zu und durch die Schweißelektroden, die elektrische Spannung der Elektroden und die Angemessenheit des Kühlmittelstromes der Elektronen zu überwachen und zu verändern, entsprechend gewissen Normen oder bevorzugten und ausgewählten Werten, soweit dies notwendig ist.
Hierfür, insbesondere aber im Hinblick auf das Überwachen und Einstellen der Niveaus der Belastung (Druckniveau) der Geräteelektroden, ist es üblich gewesen den durchgehenden Produktionsbetrieb zu unterbrechen, mit dem Zweck die notwendigen Parametermessungen durchzuführen und gegebenenfalls eine gewünschte Einstellung an dem Widerstandsschweißgerät vorzunehmen. (In dem Fall der Aufzeichnung des tatsächlichen Elektrodendruckes oder der Messungen der Beanspruchungen, war das Herunterfahren des Schweißgerätes notwendig, da die bekannten zur Verfügung stehenden Sensoren zum Messen von Parametern des Schweißprozesses die beträchtlichen durch die hohen Stromstärkeniveaus bedingten Temperaturen, die durch die Messvorrichtung gehen und an den Spitzen der Geräteelektroden vorherrschen, nicht vertragen können, obwohl die Elektroden wassergekühlt sein können.) Hinterher wird der Produktionsbetrieb des Schweißgerätes wieder aufgenommen, jedoch meistens mit einem frisch eingestellten Parameterwert.
Im Dokument US-A-4.831.228 wird ein Aufbau eines Widerstandsschweißsensors für das Überwachen der Parameter eines Widerstandsschweißverfahrens gemäß dem Oberbegriff der Ansprüche 1 und 17 beschrieben. Ein Gerät zum Überwachen der Parameter eines elektrischen Widerstandsschweißverfahrens, einschließlich der Elektrodenklemmkräfte, in Kombination mit einem elektrischen Widerstandsschweißgerät entsprechend dem Oberbegriff des Anspruches 10 ist ebenfalls aus US-A- 4.831.228 zu entnehmen.
Das Dokument US-A-5.028.807 offenbart ein Sensorenelement mit einer Grundplatte, welche an einem die Belastung aufnehmenden Trägerstück befestigt ist und in der Lage ist das Ausmaß der Belastung in Funktion von einer Elektrizitätsmenge zu ermitteln.
Dementsprechend besteht ein Hauptgegenstand der vorliegenden Erfindung darin, einen Aufbau eines Sensors für das Widerstandsschweißen bereitzustellen, welcher in Kombination mit einem Widerstandsschweißgerät benutzt werden kann, um Messungen der tatsächlichen Klemmbelastung (Druck) der Schweißelektrode auf einer Echtzeitbasis durchzuführen, ohne dass der Betrieb des Schweißgerätes unterbrochen werden müsste. Ein anderer Gegenstand dieser Erfindung besteht darin, einen Widerstandsschweißsensor bereitzustellen, der ebenfalls benutzt werden kann in Kombination mit einem Widerstandsschweißgerät, um gleichzeitig auch andere Gerätebetriebsparameter, wie z. B. den elektrischen Strom der Elektroden, die elektrische Vergleichsspannung der Elektrode und die Angemessenheit der Elektrodenkühlung zu ermitteln und zu messen.
Ein noch weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen Sensor für das Widerstandsschweißen bereitzustellen, der leicht in einem elektrischen Widerstandsschweißgerät eingebaut und daraus entfernt werden kann, und welcher auch den Einbau und das Entfernen der Austauschelektroden bei einem solchen Schweißgeräts nicht erschwert.
Um dies zu erzielen, ist der Aufbau des Sensors für das Widerstandsschweißen gemäß dieser Erfindung gekennzeichnet durch die in dem kennzeichnenden Teil der Ansprüche 1 und 17 beanspruchten Merkmale und die Erfindung liefert ein Gerät in Kombination mit einem elektrischen Widerstandsschweißgerät entsprechend dem kennzeichnenden Teil des Anspruchs 10.
Entsprechend dem Aufbau des Widerstandsschweißsensors gemäß der Erfindung besitzt das Grundelement einen äußeren hohlen Schaft, der mit einer Montagefläche ausgestattet ist, welche so ausgelegt ist, dass sie mit einem Halter für die Schweißelektrodenspitze zusammenwirken kann. Das Sensorenelement ist elektrisch leitend, fest mit dem Grundelement verbunden und besitzt eine innere Sockelkomponente, die mit einer Montagefläche ausgestattet ist, welche so ausgelegt ist, dass sie die äußere Oberfläche der kegelförmig auslaufenden Spitze der Schweißelektrode ergänzt. Der Aufbau enthält ferner einen durchgehenden Kühlmittelweg, der in dem Grundelement und in den Sensorenelementen enthalten ist und der sich ausgehend von dem äußeren hohlen Schaft des Grundelements hin zu dem Innensockel des Sensorenelements erstreckt, sowie eine in dem Sensorenelement integrierte Wandkomponente mit anhaftenden elektrischen Widerstandsmesswertumwandlern, die einen Klemmenbelastungsparameter eines Schweißverfahrens ermitteln, welcher Zug- und Druckbiegebeanspruchungen in dem Aufbau des Sensorenelements erzeugt, als Folge davon, dass die Klemmkräfte des Schweißverfahrens auf die Sockelkomponente des Sensorenelements aufgebracht werden, wobei die Wandkomponente des Sensorenelements ein Lastweg für die Klemmkräfte des Schweißverfahrens ist, welcher den elektrischen Strom für das Widerstandsschweißen leitet, und durch ein Kühlmittel abgekühlt wird, das während der Überwachung eines Sensorenaufbaus eines elektrischen Widerstandsschweißverfahrens durch den durchgehenden Kühlmittelweg hindurch fließt.
Andere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden offensichtlich bei dem sorgfältigen Lesen und bei der Berücksichtigung der Zusammenfassung der Erfindung, sowie der genauen Beschreibung, den Ansprüchen und den nachfolgenden Zeichnungen.
Entsprechend einer bevorzugten Ausführungsform dieser Erfindung, enthält der Aufbau des Widerstandsschweißsensors ein Sensorenelement, das mit dem Grundelement verbunden ist und das innere Messwertumwandlerkomponenten für die Klemmbeanspruchung, den Strom und die Temperatur besitzt, sowie eine Spannungsvergleichskomponente und ein mit dem Sensorenelement verbundenes elektrisches Anschlusskastenelement. Das Grundelement des Aufbaus beinhaltet eine Schaftkomponente mit einem RWMA standard Außenkegel (RWMA = Resistance Welder Manufacturer's Association (Vereinigung der Widerstandsschweißgerätehersteller), welcher nach dem Einbau des Sensorenaufbaus mit dem RWMA standard Innenkegel eines herkömmlichen Sockels eines Halters für die Elektrodenspitze zusammenwirkt; und der Aufbau des Sensorenelements gemäß der Erfindung enthält eine Sockelkomponente mit einem RWMA standard Innenkegel, welcher nach dem Einbau des Sensorenaufbaus den RWMA standard Außenkegel eines herkömmlichen Schafts einer Elektrodenspitze aufnimmt und mit derselben zusammenwirkt. Ein ununterbrochener Durchgangsweg, der durch die Schaftkomponente des Grundelements und durch das Sensorenelement hindurch zu der Sockelkomponente des Sensorenelements verläuft, funktioniert so dass er ein richtig angeordnetes Kühlrohr für den Elektrodenhalter aufnimmt und den Abfluss des Kühlmittels für die Elektrodenspitze unterbringt.
Nach einer Alternativ kann das Grundelement eine Gewindebohrung besitzen oder irgendeinen anderen geeigneten mechanischen Verbindungsmechanismus zum Verbinden mit dem Elektrodenhalter. Das Grundelement selbst kann ein umgearbeiteter Elektrodenhalter sein.
Der Sensorenaufbau der vorliegenden Erfindung enthält typischerweise ebenfalls ein Zwangsführungsringelement, das dazu dient die Bewegung des Sensorenelements, anschließend an die Einführung der Schweißelektrode und den Gebrauch derselben, nach auswärts hin in die Nachbarschaft seines Sockelelements zu begrenzen, ein Dichtungsplattenelement, das dazu dient das Innere des Sensorenelements zu verschließen, welches die verschiedenen Messwertumwandlerkomponenten des Sensors mit den dazugehörigen, elektrischen Kabelverbindungen enthält, sowie ein bewehrtes Kabelelement, das physikalisch mit dem Aufbau des Anschlusskastens verbunden ist und das die isolierten Signalkabel enthält, welche die Messwertumwandlerkomponenten des Sensors funktionstüchtig mit dem Sockelelement des Sensorenausgangs verbinden.
Es soll bemerkt werden, dass das Grundelement des Aufbaus, der Sensor und das Dichtungsplattenelement vorzugsweise mithilfe der Technik der Elektronenstrahlschweißung oder einer brauchbaren alternativen Prozedur miteinander verbunden werden.

BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Abb. 1 ist eine schematische Vorderansicht im Schnitt einer bevorzugten Ausführung des Sensorenaufbaus gemäß der vorliegenden Erfindung;
Abb. 2 ist eine Draufsicht im Schnitt der Erfindungsausführung nach Abb. 1, aufgenommen an der Linie 2-2 nach Abb. 1;
Abb. 3 ist eine schematische Vorderansicht im Schnitt einer alternativen Ausführungsform des Sensorenaufbaus gemäß der vorliegenden Erfindung; und Abb. 4 ist eine Draufsicht im Schnitt entsprechend der Abb. 2, jedoch von einer noch weiteren Ausführungsform des Sensorenaufbaus gemäß dieser Erfindung.

GENAUE BESCHREIBUNG

Bezugnehmend auf Abb. 1 wird eine bevorzugte Ausführung der vorliegenden Erfindung mit 10 bezeichnet und sie wird gezeigt in einer In-line-Kombination mit einem Halter für die Elektrodenspitze eines herkömmlichen Widerstandsschweißgeräts 12 und mit einer auswechselbaren Elektrodenspitze 14. Aus Gründen der Klarheit werden die Elemente 12 und 14 in der Abb. 1 mit gestrichelten Linien dargestellt. Die Form des Halters für die Elektrodenspitze 12 nach Abb. 1 ist diejenige eines Halters von dem auf einer Platte montierten Typ, die eine Rohrkomponente für ein Kühlmittel 16 beinhaltet, welche dazu dient Kühlmittel von einer (nicht gezeigten) Zufuhröffnung des Halters zu den Innenflächen des Hohlraums für das Kühlmittel einer herkömmlichen Elektrodenspitze 14 zu liefern. (Die Auslassöffnung für das Kühlmittel wird ebenso nicht in der Darstellung der Abb. 1 gezeigt). Die Elemente 12 und 14 werden typischerweise aus normalen Kupferlegierungen (RWMA- Typ I, II, III & IV) hergestellt, die aufgrund ihrer elektrischen Leitfähigkeit und mechanischen Eigenschaften bei erhöhter Temperatur ausgewählt werden.
Der Aufbau 10 besteht im Wesentlichen aus einem Grundelement 20 und einem Sensorenelement 22, welche vorzugsweise durch Elektronenstrahlschweißen in dem fertigen Zusammenbau miteinander verbunden sind. Das Grundelement 20 besitzt eine integrierte Schaftkomponente 24, welche eine verjüngte äußere Fläche 26 aufweist, die mit der verjüngten Innenfläche 13 der Sockelkomponente der Spitze des Halteelements 12 zusammenwirkt. Der Aufbau des Sensorenelements 22 besitzt eine röhrenförmige innere Wandkomponente 28, eine röhrenförmige äußere Wandkomponente 30, und eine netzähnliche ringförmige Diaphragmawandkomponente 32, welche alle miteinander in einer integrierten und einheitlichen Weise verbunden sind. Die innere Wandkomponente 28 enthält einen Sockel, der mit einer verjüngten Innenfläche 34 ausgestattet ist, welche den verjüngten Schaft 15 der Elektrodenspitze 14 aufnimmt und mit demselben zusammenwirkt. Alle verjüngten Schaft- und Sockelflächen sind vorzugsweise dimensioniert und verjüngt in Übereinstimmung mit den RWMA Normen. Die äußere Fläche des Grundelements 20 kann eine hexagonale oder eine andere geometrische Konfiguration besitzen, welche ausgelegt ist zum Eingriff durch einen Einmaulschlüssel oder ein anderes Werkzeug, um die Drehung des Aufbaus 10 während des Austauschs der Elektroden zu vermeiden.
Es sollte bemerkt werden, dass das Grundelement 20 als ein Halter für die Elektrodenspitze ausgelegt sein kann und der Sensorenaufbau 22 kann direkt damit verbunden sein. Eine der Schlüsseleigenschaft des Sensorenaufbaus 10 sind die in der Mitte angeordneten und axial ausgerichteten inneren Durchgangswege 35 und 37, die sich durch das Sensorenelement 22 und durch das Grundelement 20 hindurch erstrecken, um die Kühlmittelröhre 16 des Elektrodenhalters 12 aufzunehmen. Die Durchgänge 35 und 37 sind ebenso ausreichend größer ausgelegt als die Kühlmittelröhre 16, um einen Durchgang für den Fluss des infolge des Kontaktes mit der Elektrodenspitze 14 erwärmten Kühlmittels zu liefern. Es ist wichtig, dass der Sensorenaufbau 10 ferner ein Zwischenraumelement 36 und ein Rückhalteringelement 38 aufweist. Das Zwischenraumelement 36 ist zwischen dem Grundelement 20 und dem unteren Ende der röhrenförmigen Wandkomponente 28 angeordnet, und es muss von einer Tiefe oder einem Abstand sein, die ausreichend sind, um das vollständige Biegen der Diaphragmawandkomponente 32 zu erlauben, wenn die Wandkomponente 28 in Bezug auf die Wandkomponente 30 nach unten bewegt wird, als Folge der Klemmdrücke (Belastungen) des Schweißverfahrens, welche während des Widerstandsschweißbetriebs des Schweißgerätes an der Elektrodenspitze 14 erzeugt werden. Das Rückhalteringelement 38 ist von einer ringförmigen Konfiguration und es wird in dem Aufbau 10 bereitgestellt, um im Wesentlichen irgendeine nach außen gerichtete Bewegung der rohrförmigen Wandkomponente 28 als eine Folge der Einführung der Elektrodenspitze 14 und der Anwendung von abwärts gerichtetem Druck auf die Elektrodenspitze 14 und die verjüngten Flächen ihres gepaarten Schaftes 15 zu eliminieren. Es sollte erwähnt werden, dass der Rückhaltering 38 vorzugsweise eine Kontaktanpassung mit seiner zusammenwirkenden rohrförmigen Fläche der Wandkomponenten 28, und ebenso vorzugsweise einen Außendurchmesser besitzt, der geringer als der Innendurchmesser der benachbarten Innenfläche der rohrförmigen Wandkomponente 30 ist, um so einen (nicht bezeichneten) Zwischenraum bereitzustellen, der einen begrenzten Umfang der seitlichen auswärts gerichteten Bewegung des Rückhalterings 38 auffängt.
Die Elemente 20, 22 und 38 werden vorzugsweise mit Hilfe einer elektrisch leitenden Beryllium-Kupfer-Legierung hergestellt, wodurch ein Stromfluss für den Sensor geliefert wird, der grundsätzlich dem Belastungsweg der Sensoren folgt, d. h. von der Elektrodenspitze 14 nacheinander durch die röhrenförmige Wandkomponente 28, durch die Diaphragmawandkomponente 32, durch den untersten Teil der röhrenförmigen Wandkomponente 30, und von da durch das Grundelement 20, einschließlich der Schaftkomponente 26, in das Halterelement für die Elektrode 12.
In dem Aufbau 10 enthalten und an dem Sensorenelement 22 in irgendeiner geeigneten Weise angebracht befindet sich ein gewöhnliches elektrisches Anschlusskastenelement 40, das sich in einer Linie mit einer Öffnung 42 befindet, welche in der Wandkomponente 30 oberhalb der oberen Fläche der Diaphragmawandkomponente 32 liegt. Die Öffnung 42 und der Anschlusskasten 40 beherbergen die elektrisch isolierten Leitungen, die sich von den verschiedenen Messwertumwandlern und dergleichen Elementen aus erstrecken, die im Innern des Aufbaus des Sensors enthalten sind, und durch die bewehrte Kabelkomponente 44, um die Ausgabesignale des Sensors zu den Verarbeitungspunkten derselben zu leiten.
Innerhalb des Sensorenaufbaus 10 sind enthalten; elektrische Dehnungsmesswertumwandler 50, 52, 54 und 56, Heißleitermesswettumwandler (elektrische Widerstandsthermometer) 58, elektrische Strommesswertumwandler 60 und ebenso ein Anschluss für die Vergleichsspannung 62. Die Messwertumwandler 50 bis 56 sind herkömmliche befestigte elektrische Widerstandsdehnungsmesswertumwandlern vom Folientyp, die auf angemessene Weise mithilfe eines geeigneten Epoxyklebers an der oberen Fläche der Diaphragmawandkomponente 32 befestigt sind, und sie sind elektrisch verbunden, um eine herkömmliche die Last ermittelnde Wheatstone Vollbrückenschaltung zu ergeben. Ein elektrischer Strommesswertumwandler 60 ist vorzugsweise eine Stromüberwachungseinheit, die auf dem Halleffekt basiert, und sie ist vorzugsweise an der oberen Fläche der Wandkomponente 32 angeordnet, jedoch neben der inneren oder nicht befeuchteten Oberfläche der röhrenförmigen Wandkomponente 28, dies ebenfalls mithilfe eines geeigneten Epoxyklebers. (Siehe Abb. 2). Entsprechend ist der ebenfalls gezeigte Heißleitermesswertumwandler 58 (Abb. 2) mit einem geeigneten Kleber an der oberen Fläche der Wandkomponente 32 befestigt. Der Anschluss für die Vergleichsspannung 62 ist im Wesentlichen ein Lötanschluss und kann an der oberen Fläche der Sensorendiaphragmawand 32 vorgesehen sein. Entsprechend sind die Komponenten 50 bis 62 grundsätzlich in dem Aufbau 10 in einem im Wesentlichen koplanaren Verhältnis eingegliedert. Gewöhnliche elektrische Drahtleitungen, schrumpfverpackte Isolierungen, Lötfahnen und dergleichen werden benutzt beim Herstellen der benötigten normalen elektrischen Verbindungen mit den Messwertumwandlern und mit den Leitungen, welche durch den bewehrten Kabel 44 verlaufen.
Zuletzt unter Bezugnahme auf die Abb. 1 und den Aufbau 10, wird eine relativ dünne ringförmig ausgelegte metallische Verschlussplatte 70 über die Öffnung zwischen den oberen Enden der röhrenförmigen Wandkomponenten 28 und 30 angeordnet, wie in der Abb. 1 gezeigt, und an Ort und Stelle durch Elektronenstrahlschweißen befestigt, um ein hermetisch verschlossenes Inneres für die enthaltenen elektrischen Messwertumwandler 50 bis 60 und deren elektrische Verbindungen bereitzustellen. (Normalerweise wird die Öffnung 42 in der röhrenförmigen Wandkomponente 30 mit einer Vergießverbindung während des Zusammenbaus der Elemente des Aufbaus 10 gefüllt, um beim Versiegeln des Inneren des Aufbaus gegenüber fremden Materialien, die beim nachfolgenden Gebrauch des Aufbaus eintreten könnten, zu helfen. Ebenso und fakultativ kann ein anderes dünnes metallisches Verschlussplattenelement 72 in den Aufbau 10 mit einbezogen werden, um auf diese Weise die Unterseite der Diaphragmawandkomponente des Sensors 32 von der nachteiligen Einwirkung der Temperatur durch das Kühlmittel zu schützen, welches in oder durch den erforderten Zwischenraum 36 zwischen dem Grundelement 20 und dem unteren Ende der röhrenförmigen Wandkomponente des Sensors 28 fließen gelassen wird).
Man sollte im Gedächtnis behalten, dass bei der Ausführungsform des Sensorenaufbaus 10 das Sensorenwandelement 32 eine ringförmige Konfiguration aufweist, welche als ein Diaphragma wirkt auf die Auferlegung und das Loslassen von Druckbelastungen, hin auf und weg von der Elektrodenspitze 14, während der Vorgänge des Widerstandsschweißens. Ebenso nehmen bei einer typischen Vollbrückenschaltung die Messwertumwandler 52 und 54 die Druckbiegebeanspruchungen wahr und die Messwertumwandler 50 und. 56 dienen zum Messen der Zugbiegebeanspruchungen. Die alternative Ausführungsform 100 der Erfindung nach der Abb. 3 ist fast die gleiche wie die Ausführung 10, mit dem hauptsächlichen Unterschied, dass das Grundelement 20 und das Sensorenelement 22 im Wesentlichen in einem eine Komponente bildenden Grund/Sensor-Element 102 kombiniert sind, welches ein integriertes röhrenförmiges Wandelement 104 enthält, welches mit seinen daran angebrachten Dehnungsmesswertumwandlern als eine säulenförmige Messzelle arbeitet. Zum Zwecke der Klarheit der Darstellung werden der zusammenwirkende Elektrodenhalter des Widerstandsschweißgerätes und die Komponenten der Elektrodenspitze nicht in der Abb. 3 gezeigt. Die Messwertumwandler 50 bis 60 sind festhaftend an der Innenfläche dieses röhrenförmigen Wandelements befestigt. Um einen hermetisch abgedichteten Innenraum bereitzustellen, der die verschiedenen Messwertumwandler, die elektrischen Verbindungen, usw. enthalten kann, wird der Aufbau 100 mit einem äußeren Muffenelement 106 und einem zusätzlichen dünnen Verschlussplattenelement 108 ausgestattet. Wie in dem Fall der Ausführungsform 10 der Erfindung wird der endgültige Zusammenbau vorzugsweise unter Zuhilfenahme des Elektronenstrahlschweißens der verschiedenen metallischen Elemente (Grundelement, Sensorenelement, Verschlussplattenelement, usw.) zu einer abgedichteten einheitlichen Struktur vorgenommen. Bei der Ausführungsform der Erfindung nach der Abb. 3 gehen der Belastungsdruck und die elektrischen Stromwege von der Elektrodenspitze des Gerätes aus, und von da durch das kombinierte Grund/Sensor-Element 102, einschließlich durch seine verjüngte Schaftfläche hindurch in den Elektrodenhalter 12.
Eine annehmbare Anordnung einer "Messzelle" für den Sensorenaufbau eines Widerstandsschweißgeräts gemäß dieser Erfindung an Stelle der in der Abb. 1 gezeigten eine Diaphragmawand umfassenden Sensorenkomponente mit Dehnungsmesswertumwandlern besteht in der in Abb. 4 dargestellten "Messzellen"-Anordnung. In dieser Anordnung ist das Sensorenelement des Aufbaus mit 120 bezeichnet und es ist ausgestattet mit vier voneinander entfernt angeordneten, netzartigen Trägerelementen 122 bis 128 und mit acht befestigten elektrischen Messwertumwandlereinheiten 130 bis 144 vom Dehnungsmesstyp anstelle der Diaphragmawandkomponente 32 und den daran angeklebten Messwertumwandlern 50 bis 56. Die Messwertumwandler 130 bis 136 ermitteln die Belastungen, die durch die Druckbiegebeanspruchung erzeugt werden und die Messwertumwandler 138 bis 144 ermitteln die Belastungen, die ausgelöst werden durch die Zugbiegebeanspruchung. Gemäß einer Alternative können die nicht dargestellten Messwertumwandler 130 bis 144 an den Seiten der netzähnlichen Trägerelemente 122-128 angeordnet sein. In diesen Positionen ermitteln die Messwertumwandler Scherbeanspruchungen welche von Durchbiegungskräften hervorgerufen werden.
Obschon dies nicht in den Zeichnungen gezeigt worden ist, endet das bewehrte Kabel 44 und seine darin enthaltenen elektrischen Leitungen für die verschiedenen Messwertumwandlereinheiten und Vergleichsspannungspunkte auf typische Weise an einer herkömmlichen Steckerverbindungskomponente vom Typ eines Computers. Die während des Schweißbetriebes des Schweißgerätes von den verschiedenen Messwertumwandlerkomponenten in Echtzeit erzeugten Ausgabesignale befinden sich am Anfang in der Anälogform, sie können jedoch leicht in die Digitalform umgewandelt werden, wenn dies für die nachfolgende Benutzung gewünscht wird. Wie vorher bereits angeregt, können solche Signale für Anwendungen benutzt werden, wie die quantitative Anzeige für den Bediener des Gerätes, um demselben behilflich zu sein beim Festlegen des Belastungsdrucks, des elektrischen Stroms und der Einstellungen des Kühlmittelflusses, bei der Eingabe an die Selbstkontrollkreisläufe für die automatische Kontrolle der gesteuerten Parameter des Schweißverfahrens, beim Einleiten der Abschaltprozeduren oder ähnlicher Notfallaktionen oder im Rahmen einer Kombination von solchen Zwecken.

Claims

1. Widerstandsschweiß-Sensorenaufbau zum Überwachen von Parametern eines Widerstandsschweißverfahrens, welcher.

ein elektrisch leitendes Grundelement (20, 102) und

ein Sensorenelement (22, 104) enthält und welcher dadurch gekennzeichnet ist, dass elektrisch leitende Grundelement (20, 102) einen äußeren hohlen Schaft (24) besitzt, welcher ausgestattet ist mit einer Montagefläche (26), die ausgelegt ist, um mit einem Halter für die Spitze der Schweißelektrode (12) zusammenzupassen,

das Sensorenelement (22, 104) elektrisch leitend ist, fest mit dem Grundelement (20, 102) verbunden ist und eine innere Sockelkomponente (28) besitzt, die mit einer Montagefläche (34) ausgestattet ist, welche ausgelegt ist, um die Außenfläche (15) einer kegelförmigen Schweißelektrodenspitze (14) zu ergänzen, und dadurch, dass

der Aufbau ferner ausgestattet ist mit einem Durchgangsweg für das Kühlmittel (35, 37), welcher im Innern des Grundelements und der Sensorenteile (20, 22, 102, 104) enthalten ist und sich ausgehend von dem äußeren hohlen Schaft des Grundelements (24) hin zu dem Innensockel (28) des Sensorenelements erstreckt, und

eine integrierte Wandkomponente (30, 104) des Sensorenelements daran festgeklebte elektrische Widerstandsmesswertumwandler (50-62) besitzt, welche einen Parameter der Klemmbelastung beim Schweißverfahren ermitteln, welcher Zug- und Druckbiegebeanspruchungen in dem Sensorenelement (22, 104) des Aufbaus erzeugt, als eine Folge davon dass die Klemmkräfte beim Schweißverfahren auf die Sockelkomponente des Sensorenelements (28) aufgebracht werden,

die Wandkomponente (32, 104) des Sensorenelements einen Beanspruchungsweg für die Klemmkräfte beim Schweißverfahren darstellt, welcher den elektrischen Strom für das Widerstandsschweißen leitet, und durch ein Kühlmittel gekühlt wird, welches durch den Durchgangsweg für das Kühlmittel (35, 37) fließt, während der Steuerung eines elektrischen Widerstandsschweißverfahrens mithilfe eines Sensorenaufbaus.

2. Widerstandsschweiß-Sensorenaufbäu gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Grundelement (20) und dem Sensorenelement (22) eine seitwärts orientierte Zwischenraumkomponente (36) existiert, wobei die Wandkomponente des Sensorenelements (32) als ein Diaphtagma funktioniert und zumindest teilweise in die Zwischenraumkomponente (36) verschoben wird, während der Steuerung eines elektrischen Widerstandsschweißverfahrens mithilfe eines Sensorenaufbaus.

3. Widerstandsschweiß-Sensorenaufbau gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Wandkomponente (104) des Sensorenelements eine röhrenförmige Konfiguration besitzt und direkt verbunden ist mit dem Grundelement (102) in einem zwischenraumlosen Verhältnis, wobei die Wandkomponente (104) als eine Kolonne funktioniert, welche zwischen der inneren Sockelkomponente des Sensorenaufbaus (28) und der äußeren Schaftkomponente des Sensorenaufbaus (24) zusammengedrückt wird, während der Steuerung eines elektrischen Widerstandsschweißverfahrens mithilfe eines Sensorenaufbaus.

4. Widerstandsschweiß-Sensorenaufbau gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Grundelement (20) und dem Sensorenelement (22) eine seitwärts orientierte Zwischenraumkomponente (36) existiert, und dass die Wandkomponente des Sensorenelements (32) eine Speichenradanordnung (122-128) besitzt, wobei die Wandkomponente des Sensorenelements (32) als mehrfache mit Abstand voneinander angeordnete Träger (122-128) funktioniert, welche zumindest teilweise in die Zwischenraumkomponente (36) verschoben werden, während der Steuerung eines elektrischen Widerstandsschweißverfahrens mithilfe eines Sensorenaufbaus.

5. Widerstandsschweiß-Sensorenaufbau gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass er ferner einen elektrischen Strommesswertumwandler (60) enthält, wobei der elektrische Strommesswertumwandler (60) den elektrischen Strom überwacht, der durch die Wandkomponente des Sensorenelements (32) fließen gelassen wird, während der Steuerung eines elektrischen Widerstandsschweißverfahrens mithilfe eines Sensorenaufbaus.

6. Widerstandsschweiß-Sensorenaufbau gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass er ferner einen Messwertumwandler der elektrischen Widerstandstemperatur (58) enthält, wobei der Messwertumwandler der elektrischen Widerstandstemperatur (58) die Temperatur der Wandkomponente des Sensorenelements (32) überwacht, während der Steuerung eines elektrischen Widerstandsschweißverfahrens mithilfe eines Sensorenaufbaus.

7. Widerstandsschweiß-Sensorenaufbau gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchgangsweg für das Kühlmittel (35, 37) in seinem Querschnitt und in seiner Länge derart dimensioniert ist, dass er eine Versorgungsröhre für das Kühlmittel bei dem Halter für die Elektrodenspitze (16) sowie einen Rückführweg für das Kühlmittel, welcher die Versorgungsröhre für das Kühlmittel umgibt, beherbergen kann.

8. Widerstandsschweiß-Sensorenaufbau gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass er ferner einen Anschluss für die Vergleichsspannung (62) enthält, wobei der Anschluss für die Vergleichsspannung (62) auf der Oberfläche der integrierten Wandkomponente des Elements (32) angeordnet ist.

9. Widerstandsschweiß-Sensorenaufbau gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Grundelement (20) eine polygonal geformte Außenfläche besitzt.

10. Gerät zum Überwachen der Parameter eines elektrischen Widerstandsschweißverfahrens, einschließlich der Elektrodenklemmkräfte, in Kombination mit einem elektrischen Widerstandsschweißgerät, welches:

ein durch ein Kühlmittel gekühltes Halterelement für die Elektrodenspitze (12) mit einem verjüngten Sockel (13) und

ein durch ein Kühlmittel gekühltes Austauschelement für die Elektrodenspitze (14) mit einem verjüngten Schaft (15) enthält und welches

dadurch gekennzeichnet ist, dass es ferner ein Sensorenelement zum In-line-Erfassen von Verfahrensparametern (20, 22, 102) aufweist, welches zwischen dem Halterelement für die Elektrodenspitze (12) und dem Elektrodenspitzenelement (14) angeordnet ist und eine verjüngte Schaftkomponente (24) besitzt, welche mit dem verjüngten Sockel des Spitzenhalterelements (13) und einer verjüngten Sockelkomponente (28) zusammenwirkt, die mit dem verjüngten Schaft des Elektrodenspitzenelements (15) zusammenwirkt,

wobei das Verfahrenssensorenelement (20, 22, 102) ferner eine Durchgangswegkomponente (35, 37) besitzt, innerhalb welcher ein Kühlmittel von dem Halterelement für die Elektrodenspitze (12) hin zu dem Elektrodenspitzenelement (14) und zurück fließen gelassen wird, und wobei eine integrierte Wandkomponente (30, 104) des Sensörenelements mit daran festgeklebten elektrischen Widerstandsmesswertumwandlern (50-62) ausgestattet ist, welche einen Parameter der Klemmbelastung beim Schweißverfahren ermitteln, welche r Zug- und Druckbiegebeanspruchungen in dem Sensorenelement des Aufbaus (22, 104) erzeugt, als eine Folge davon dass die Klemmkräfte beim Schweißverfahren auf die Sockelkomponente des Sensorenelements (28) aufgebracht werden,

wobei die Wandkomponente (32, 104) des Sensorenelements einen Beanspruchungsweg für die Klemmkräfte beim Schweißverfahren darstellt, welcher den elektrischen Strom für das Widerstandsschweißen leitet, und

wobei die elektrischen Widerstandsmesswertumwandler eine Gruppierung von Messwertumwandlern für die Elektrodenklemmkraft (52-62) enthalten, welche indirekt gekühlt wird durch das Kühlmittel, das in dem Durchgangsweg (35, 37) fließen gelassen wird.

11. Gerät gemäß Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Wandkomponente (32) des Sensorenelements als ein Diaphragma funktioniert, wobei die Messwertumwandlergruppierung für die Elektrodenklemmkraft des Sensorenelements (52-62) an einer Fläche der Diaphragmawandkomponente befestigt ist.

12. Gerät gemäß Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Sensorenelement (104) eine Wandkomponente (104) besitzt, welche als eine röhrenförmige Kolonne funktioniert, wobei die Messwertumwandlergruppierung für die Elektrodenklemmkraft des Sensorenelements (52-62) an einer Fläche der röhrenförmigen Kolonnenwandkomponente befestigt ist.

13. Gerät gemäß Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Sensorenelement (32) eine Wandkomponente (122-128) besitzt, die als einen Vielzahl von radial ausgerichteten und mit Abstand voneinander angeordneten Trägern (122-128) funktioniert, wobei die Messwertumwandlergruppierung für die Elektrodenklemmkraft des Sensorenelements (130-144) an der Fläche der trägerartigen Wandkomponente (122-128) befestigt ist.

14. Gerät gemäß Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Sensorenelement (22) eine elektrische Strommesswertümwandlerkomponente (60) besitzt; wobei die elektrische Strommesswertumwandlerkomponente an einer Fläche der Wandkomponente (32) befestigt ist.

15. Gerät gemäß Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Sensorenelement (22) eine elektrische Strommesswertumwandlerkomponente (60) besitzt, wobei die elektrische Strommesswertumwandlerkomponente an einer Fläche der Diaphragmawandkomponente (32) befestigt ist.

16. Gerät gemäß Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Sensorenelement (102) eine elektrische Strommesswertumwandlerkomponente (60) besitzt, wobei die elektrische Strommesswertumwandlerkomponente an einer Fläche der röhrenförmigen Kolonnenwandkomponente (104) befestigt ist.

17. Widerstandsschweiß-Sensorenaufbau zum Überwachen von Parametern eines Widerstandsschweißverfahrens, welcher:

ein elektrisch leitendes Grundelement (20, 102) mit einer Anordnung eines Spitzenhalters für Schweißelektroden, und

ein Sensorenelement (22, 104) enthält und welcher dadurch gekennzeichnet ist, dass das Sensorenelement (22, 104) elektrisch leitend ist, fest mit dem Grundelement (20, 102) verbunden ist und eine innere Sockelkomponente (28) besitzt, die ausgestattet ist mit einer Montagefläche (34), welche ausgelegt ist um mit der Schweißelektrodespitze (14) zusammenzuwirken, und dadurch, dass

der Aufbau ferner ausgestattet ist mit einem Durchgangsweg für das Kühlmittel (35, 37), welcher im Innern des Grundelements und der Sensorenteile (20, 22, 102, 104) enthalten ist und sich ausgehend von dem Grundelements (20, 102) hin zu dem Innern des Sockels des Sensorenelements (28) erstreckt, und

eine integrierte Wandkomponente (30, 104) des Sensorenelements daran festgeklebte elektrische Widerstandsmesswertumwandlern (50-62) besitzt, welche einen Parameter der Klemmbelastung beim Schweißverfahren ermitteln, welcher Zug- und Druckbiegebeanspruchungen in dem Sensorenelement des Aufbaus (22, 104) erzeugt, als eine Folge davon dass die Klemmkräfte beim Schweißverfahren auf die Sockelkomponente des Sensorenelements (28) aufgebracht werden,

die Wandkomponente des Sensorenelements (32, 104) einen Beanspruchungsweg für die Klemmkräfte beim Schweißverfahren darstellt, welcher den elektrischen Strom für das Widerstandsschweißens leitet, und durch ein Kühlmittel gekühlt wird, welches durch den Durchgangsweg für das Kühlmittel (35, 37) fließt, während der Steuerung eines elektrischen Widerstandsschweißverfahrens durch einen Sensorenaufbau.

18. Widerstandsschweiß-Sensorenaufbau gemäß Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Grundelement (20) und dem Sensorenelement (22) eine seitwärts orientierte Zwischenraumkomponente (36) existiert, wobei die Wandkomponente des Sensorenelements (32) als ein Diaphragma funktioniert und zumindest teilweise in die Zwischenraumkomponente (36) verschoben wird, während der Steuerung eines elektrischen Widerstandsschweißverfahrens mithilfe eines Sensorenaufbaus.

19. Widerstandsschweiß-Sensorenaufbau gemäß Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Wandkomponente des Sensorenelements (104) eine röhrenförmige Konfiguration besitzt und direkt verbunden ist mit dem Grundelement (102) in einem zwischenraumlosen Verhältnis, wobei die Wandkomponente (104) als eine Kolonne funktioniert, welche zwischen der inneren Sockelkomponente des Sensorenaufbaus (28) und der äußeren Schaftkomponente des Sensorenaufbaus (24) zusammengedrückt wird, während der Steuerung eines elektrischen Widerstandsschweißverfahrens mithilfe einen Sensorenaufbaus.

20. Widerstandsschweiß-Sensorenaufbau gemäß Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Grundelement (20) und dem Sensorenelement (22) ein seitwärts orientierte Zwischenraumkomponente (36) existiert, und dass die Wandkomponente des Sensorenelements (32) eine Speichenradanordnung (122-128) besitzt, wobei die Wandkomponente des Sensorenelements (32) als mehrfache mit Abstand voneinander angeordnete Träger (122-128) funktioniert, welche zumindest teilweise in die Zwischenraumkomponente (36) verschoben wird, während der Steuerung eines elektrischen Widerstandsschweißverfahrens mithilfe eines Sensorenaufbaus.

21. Widerstandsschweiß-Sensorenaufbau gemäß Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass er ferner einen elektrischen Strommesswertumwandler (60) enthält, wobei der elektrische Strommesswertumwandler (60) den elektrischen Strom steuert, der durch die Wandkomponente des Sensorenelements (32) fließen gelassen wird, während der Steuerung eines elektrischen Widerstandsschweißverfahrens mithilfe eines Sensorenaufbaus.

22. Widerstandsschweiß-Sensorenaufbau gemäß Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass er ferner einen Messwertumwandler der elektrischen Widerstandstemperatur (58) enthält, wobei der Messwertumwandler der elektrischen Widerstandstemperatur (58) die Temperatur der Wandkomponente des Sensorenelements (32) überwacht, während der Steuerung eines elektrischen Widerstandsschweißverfahrens mithilfe eines Sensorenaufbaus.

23. Widerstandsschweiß-Sensorenaufbau gemäß Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchgangsweg für das Kühlmittel (35, 37) in seinem Querschnitt und in seiner Länge derart dimensioniert ist, dass er eine Versorgungsröhre für das Kühlmittel bei dem Halter für die Ektrodenspitze (16) und einen Rückführweg für das Kühlmittel, welcher die Versorgungsröhre für das Kühlmittel (16) umgibt, beherbergen kann.

24. Widerstandsschweiß-Sensorenaufbau gemäß Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass er ferner einen Anschluss für die Vergleichsspannung (62) enthält, wobei der Anschluss für die Vergleichsspannung (62) auf einer Fläche der integrierten Wandkomponente des Elements (32) angeordnet ist.