(57)【要約】  本発明は、溶接スタッド（４２０）を基板（４３０）に溶接方向（４１０）において溶接するための固定システム（４００）であって、溶接方向を画定する溶接ガン（４４０）と、溶接スタッドとを含み、溶接ガンは、溶接プロセス中の溶接スタッド及び外側輪郭を保持するための保持装置（４４４）を有し、溶接スタッドは、溶接プロセス前及び／又は溶接プロセス中に基板と接触するために設けられる接触面（４２５）を有し、接触面から開始して、接線（４６０）は、外側輪郭に適用され得、接線（４６０）は、溶接スタッドが保持装置によって保持され、且つ接触面が基板と接触するとき、溶接方向と６０°未満の角度を囲む、固定システム（４００）に関する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶接スタッドを基板に溶接方向において溶接するための固定システムであって、前記溶接方向を画定する溶接ガンと、前記溶接スタッドとを含み、前記溶接ガンは、溶接プロセス中の前記溶接スタッド及び外側輪郭を保持するための保持装置を有し、前記溶接スタッドは、前記溶接プロセス前及び／又は前記溶接プロセス中に前記基板と接触するために設けられる接触面を含み、前記接触面から開始して、接線は、前記外側輪郭に適用され得、前記接線は、前記溶接スタッドが前記保持装置によって保持され、且つ前記接触面が前記基板と接触しているとき、前記溶接方向と６０°未満の角度を囲む、固定システム。
【請求項２】
前記溶接方向に対する前記接線は、前記溶接スタッドが前記保持装置によって保持され、且つ前記接触面が前記基板と接触しているとき、４５°未満、特に３０°未満の角度を囲む、請求項１に記載の固定システム。
【請求項３】
前記溶接ガンは、前記保持装置に作用する保持ばねと、支持面を有する支持要素とを有し、前記保持装置は、前記溶接スタッドの前記接触面及び前記支持面が前記溶接方向において同じ高さに配置されるまで、前記溶接スタッドと共に、前記保持ばねのばね力に反して、前記溶接方向に逆らって前記支持要素に対して移動され得る、請求項１又は２に記載の固定システム。
【請求項４】
前記溶接ガンは、接触圧力面を有する接触圧力要素と、前記接触圧力要素に作用する接触圧力ばねと、支持面を有する支持要素とを有し、前記接触圧力要素は、前記溶接スタッドの前記接触面及び前記接触圧力面が前記溶接方向において同じ高さに配置されるまで、前記接触圧力ばねのばね力に反して、前記溶接方向に逆らって前記支持要素に対して移動され得る、請求項１〜３のいずれか一項に記載の固定システム。
【請求項５】
前記接触圧力面は、前記溶接方向に見られたとき、前記接触面と前記支持面との間に配置されている、請求項３又は４に記載の固定システム。
【請求項６】
前記溶接ガンは、支持面を有する支持要素を有し、前記支持要素は、前記溶接方向に対して円周方向に実質的に閉じられており、且つ湾曲した出口チャネル、特に複数の湾曲を有する出口チャネルを有する、請求項１〜５のいずれか一項に記載の固定システム。
【請求項７】
溶接プロセス中に溶接スタッドを保持するための保持装置と、支持面を有する支持要素とを含む溶接ガンであって、前記支持要素は、前記溶接方向に対して円周方向に実質的に閉じられており、且つ湾曲した出口チャネル、特に複数の湾曲を有する出口チャネルを有する、溶接ガン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に、溶接スタッドを基板に溶接方向において溶接するための固定システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
異なる用途において、様々なスタッドを基板（被固定部材）に固定するための多くの既知の装置及び方法がある。例えば、スタッドを基板に接触させ、そこに電流が加えられる。この目的のために、スタッドは、導電性スタッドホルダによって保持される。
【０００３】
スタッドと基板との間を電流が流れると直ちに、スタッドは、基板からリフトオフされてアークを形成する。放出されるエネルギーにより、スタッド及び基板の材料が部分的に液化される。次いで、電流がオフに切り替えられ、スタッドが液化した材料に浸漬され、更にこの材料が冷却されて固体になる。その後、スタッドは、一体的に接合された方法で基板に接続される。
【０００４】
スタッド及び基板の材料を十分短い時間で液化するのに必要なエネルギーを提供するために、非常に高い強度の電流を生成し、対応する定格の電気ケーブルを使用して電流をスタッドに供給する装置が知られている。液化された材料の酸化を避けるため、スタッドと基板との間の接触領域を不活性ガスで取り囲むことが知られている。
【０００５】
例えば、建造物又は造船における用途の場合、アイテムを基板に固定するために、アイテムがねじ込まれる様々なサイズのねじ付きスタッドが使用される。例えば、電流の持続時間及び電力などの固定方法のいくつかのパラメータは、ユーザが装置上に設定するべきであり、使用されるスタッドに適合させるべきである。ユーザは、最終的に、目視検査によってスタッドと基板との間の接続品質を評価する。その結果、接続品質もユーザの経験及び能力に依存する。スタッドが基板に配置されている間、スタッドは、ユーザに見えない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、スタッドの基板への固定がより容易にされ、且つ／又は改善される装置及び／又は方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この目的は、溶接スタッドを基板に溶接方向において溶接するための固定システムであって、溶接方向を画定する溶接ガンと、溶接スタッドとを含み、溶接ガンは、溶接プロセス中の溶接スタッド及び外側輪郭を保持するための保持装置を有し、溶接スタッドは、溶接プロセス前及び／又は溶接プロセス中に基板と接触するために設けられる接触面を含み、接触面から開始して、接線は、外側輪郭に適用され得、接線は、溶接スタッドが保持装置によって保持され、且つ接触面が基板と接触しているとき、溶接方向と６０°未満、好ましくは４５°未満、特に好ましくは３０°未満の角度を囲む、固定システムで達成される。溶接ガンは、外側輪郭又は外側輪郭の一部を画定する筐体を有することが好ましい。
【０００８】
本発明の有利な態様は、溶接ガンが、保持装置に作用する保持ばねと、支持面を有する支持要素とを有することを特徴とし、保持装置は、溶接スタッドの接触面及び支持面が溶接方向において同じ高さに配置されるまで、溶接スタッドと共に、保持ばねのばね力に反して、溶接方向に逆らって支持要素に対して移動され得る。
【０００９】
有利な態様は、溶接ガンが、接触圧力面を有する接触圧力要素と、接触圧力要素に作用する接触圧力ばねとを有することを特徴とし、接触圧力要素は、溶接スタッドの接触面及び接触圧力面が溶接方向において同じ高さに配置されるまで、接触圧力ばねのばね力に反して、溶接方向に逆らって支持要素に対して移動され得る。接触圧力面は、溶接方向に見られたとき、接触面と支持面との間に配置されていることが好ましい。
【００１０】
本出願に係る発明の別の態様は、支持要素が、溶接方向に対して円周方向に実質的に閉じられており、且つ湾曲した出口チャネルを有することを特徴とする。出口チャネルは、複数の湾曲を有することが好ましい。
【００１１】
以下では、図面を参照して、実施例に基づいて本発明をより詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】溶接装置を概略的に示す図である。
【図２】溶接アセンブリを部分縦断面図で示す図である。
【図３】溶接アセンブリを部分縦断面図で示す図である。
【図４】固定システムを示す図である。
【図５】支持要素を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
図１では、溶接スタッド２０を基板３０に溶接するための溶接装置１０が概略的に表されている。溶接スタッド２０の材料及び基板３０の材料は、導電性であり、特に金属である。溶接装置１０は、押しボタンスイッチとして形成されたトリガスイッチ４１を有する溶接ガン４０、溶接ユニット５０、第１の電気ケーブル６１、接続端子６３を有する第２の電気ケーブル６２、例えば電力ケーブルとして形成された電気供給ケーブル６４、電気通信ライン６５、ガスシリンダーとして形成されたガス貯蔵器７０、管状ガス供給ライン７１及びガスホース７２を含む。
【００１４】
第１のケーブル６１は、溶接ユニット５０を介して溶接スタッド２０に電流を供給するのに役立つ。第２のケーブル６２は、接続端子６３が基板３０にクランプされたとき、基板３０を溶接ユニット５０に電気的に接続するのに役立つ。溶接スタッド２０が基板３０と接触すると、回路が閉じ、それにより、例えば直流又は交流の形態の溶接電流が溶接ユニット５０により溶接スタッド２０に印加され得る。この目的のため、溶接ガン４０は、図１に示されていない溶接電流接点要素を含む。溶接ユニット５０は、所望の電圧及び電流強度で溶接電流を提供するために、例えば電気コンデンサ、サイリスタ、絶縁ゲート電極を有するバイポーラトランジスタ又はパワーエレクトロニクスからの他の構成要素及びマイクロプロセッサを有する関連する制御ユニットも含む、供給ケーブル６４からの電流を溶接電流に変換するための図示されていない装置を含む。
【００１５】
ガス供給ライン７１及びガスホース７２は、溶接作業中に周囲領域からの酸素による酸化から接触領域を保護するために、溶接スタッド２０と基板３０との間の接触領域にガス貯蔵器７０からの不活性ガスを供給するのに役立つ。接触領域へのガスの流れを制御するために、ガス貯蔵器７０、ガス供給ライン７１、溶接ユニット５０、ガスホース７２又は溶接ガン４０は、図示されていないバルブ、特に制御可能バルブを含む。
【００１６】
溶接ユニット５０は、作動要素５２を有する入力装置５１と、また視覚表示要素５４及び無線送信ユニットを有する出力装置５３とを有する。入力装置５１は、例えば、電圧、電流強度、溶接電流の電力及び持続時間、スタッドの位置及び速度など、溶接装置１０のユーザにより、溶接装置１０で実行される溶接方法のパラメータを入力するのに役立つ。出力装置５３は、例えば、溶接方法のパラメータに関する情報、溶接方法又は他の変数の検出された放出に関する情報、溶接作業の品質に関する情報、溶接作業を改善するための手段に関する情報、溶接スタッドの検出された特性に関する情報若しくは前述の変数から導出される情報並びに／又は溶接装置１０、特に溶接ガン４０を洗浄及び／若しくは維持するための推奨事項若しくは指示などの情報をユーザに出力するのに役立つ。
【００１７】
通信ライン６５は、溶接ガン４０、特に図１に示されていない溶接ガン４０の制御装置と、溶接ユニット５０、特に制御装置並びに／又は入力装置５１及び／若しくは出力装置５３との間の通信に役立つ。例えば、この通信により、例えば溶接電流の溶接スタッド２０の移動との同期を達成又は促進するために、溶接作業のパラメータに関する情報の交換が達成される。図示されていない実施例の場合、溶接ガンと溶接ユニットとの間の通信は、無線で、無線通信により、又は溶接電流を搬送する第１の電気ケーブルにより行われる。
【００１８】
溶接ガン４０は、開口部４６を有する筐体４２を有し、その筐体からトリガスイッチ４１を有するハンドル４３が突出している。溶接ガン４０は、スタッドホルダ４４も有し、その上で溶接スタッド２０が溶接作業中に保持される。この目的のため、スタッドホルダは、例えば、詳細に示されていない２つ、３つ、４つ又はそれを超える弾性アームを含み、それらの間に溶接スタッド２０がクランプ嵌合によって挿入及び保持される。溶接ガン４０は、溶接電流を溶接スタッド２０に印加するための、例えば１つ以上の弾性アームの形態でスタッドホルダ４４に組み込まれた溶接電流接点要素も有する。
【００１９】
溶接ガン４０は、溶接ガン及び溶接ユニット５０の様々な構成要素及び装置を制御するための制御装置９９も有する。制御装置９９は、溶接作業の１つ以上のパラメータを制御することを意図されている。この目的のため、制御装置９９は、例えば、１つ以上のマイクロプロセッサ、１つ以上の一時的又は恒久的なデータメモリなどの様々な電子構成要素を含む。
【００２０】
溶接ガン４０は、第１のリフト磁石として形成されたスタッドリフト装置も有し、スタッドリフト装置が作動すると、開口部４６から後方への（図１では上向きの）力でスタッドホルダ４４上において動作する。制御装置９９は、スタッドリフト装置を制御し、特にそれを作動及び非作動させるために、図示されていない信号線を介してスタッドリフト装置と通信する。
【００２１】
溶接ガン４０は、ばね要素又は第２のリフト磁石として形成されたスタッド浸漬装置も有し、スタッド浸漬装置が作動すると、開口部４６に向かう（図１では下向きの）力でスタッドホルダ４４上において前方に動作する。制御装置９９は、スタッド浸漬装置を制御し、特にそれを作動及び非作動させるために、図示されていない信号線を介してスタッド浸漬装置と通信する。スタッド浸漬装置がばね要素の形態をとる場合、スタッドホルダがスタッドリフト装置によって後方に移動すると、好ましくは、このばね要素は、張力をかけられ、その結果、スタッドリフト装置が非作動すると直ちに、ばね要素がスタッドホルダを前方に移動させる。
【００２２】
溶接装置１０を用いた溶接プロセスでは、最初に、基板３０及びスタッド２０が提供される。更なるステップでは、例えば、後に続く溶接作業の所望のパラメータに関する情報が入力装置を介してユーザによって入力される。更なるステップでは、溶接スタッド２０と基板３０との間の溶接電流は、第１のケーブル６１及び第２のケーブル６２を用いて、溶接ユニット５０によって溶接スタッド２０に印加される。更なるステップでは、溶接スタッド２０は、溶接スタッド２０と基板３０との間に流れる溶接電流を維持しながら、スタッドリフト装置によって基板からリフトオフされ、溶接スタッド２０と基板３０との間にアークを形成する。特にアークによって生成される熱のため、溶接スタッド２０及び／又は基板３０の材料は、次いで、部分的に液化される。更なるステップでは、溶接スタッド２０は、スタッド浸漬装置により、溶接スタッド２０又は基板３０の液化された材料に浸漬される。次に、溶接スタッド２０又は基板３０の液化された材料は、溶接スタッド２０が一体的に接合された方法で基板３０に接続されるように固化する。
【００２３】
図２は、溶接スタッド２２０及びスタッドホルダ２４４を有する溶接アセンブリ２００を示す。溶接スタッド２２０は、縦方向２３０を画定し、雄ねじとして設計された取り付け手段２５０を設けられたシャンク２４０と、溶接プロセス中の液化のために設けられた、端部における溶接領域２６０と、円形に延在するくぼみ、好ましくは溝として設計され、縦方向２３０において溶接領域２６０と取り付け手段２５０との間に配置された保持手段２７０とを有する。スタッドホルダ２４４は、円形に延在する突起として設計された保持装置２８０を有し、この突起を用いて、保持手段２７０は、例えば、溶接装置１０を使用して、溶接プロセス中に溶接スタッド２２０を保持するために係合する（図１）。
【００２４】
スタッドホルダ２４４は、溶接スタッド２２０を基板に溶接するための溶接ガン（具体的には図示せず）の一部であり、例えば溶接ガン４０（図１）と同様の設計のものである。保持装置２８０は、溶接ガンの前端に配置され、その結果、例えば、スタッドホルダ２４４がスタッド浸漬装置によって前方に移動すると、溶接スタッド２２０が基板に向かって前方に移動する。保持装置２８０の背後では、溶接ガン、特にスタッドホルダ２４４は、溶接スタッドの取り付け手段２５０のための、実質的に空洞として設計されたソケット２９０を有する。
【００２５】
この配置により、一方では、取り付け手段２５０は、保持装置２８０による損傷から保護され、他方では、そのシャンク２４０及び／又は取り付け手段２５０の長さに関係なく、保持装置２８０が溶接スタッドを所望の位置に保持することを確実にする。更に、異なる取り付け手段、特に異なるサイズの取り付け手段でスタッドを溶接するために単一のスタッドホルダを使用することが可能である。
【００２６】
図３は、図２の第２の溶接スタッド３２０及びスタッドホルダ２４４を有する第２の溶接アセンブリ３００を示す。同様に、第２の溶接スタッド３２０は、縦方向３３０を画定し、雄ねじとして設計された取り付け手段３５０を設けられたシャンク３４０と、溶接プロセス中の液化のために設けられた、端部における溶接領域３６０と、円形に延在する凹部として設計され、縦方向３３０において溶接領域３６０と取り付け手段３５０との間に配置され、且つ図２に示される溶接スタッド２２０の保持手段２７０と同じ形状及び同じ寸法を有する第２の保持手段３７０とを有する。
【００２７】
溶接スタッド３２０の取り付け手段３５０は、溶接スタッド２２０の取り付け手段２５０よりも直径が小さく、従って溶接スタッド３５０が保持手段３７０と係合する保持装置２８０によって保持されるとき、ソケット２９０に同様に収容される。このように、溶接スタッド２２０及び第２の溶接スタッド３２０は、本出願による固定システムの一部である。ここで、溶接スタッド２２０の溶接領域２６０は、形状及び寸法において、第２の溶接スタッド３２０の溶接領域３６０と同じである。これにより、溶接電流強度、電圧、溶接電流持続時間などの同じ溶接パラメータを使用して、異なる取り付け手段、特に異なるサイズの取り付け手段で溶接スタッドを基板に溶接することが可能になる。
【００２８】
図４は、溶接スタッド４２０を基板４３０に溶接方向４１０において溶接するために提供される固定システム４００を示す。溶接スタッド４２０に加えて、固定システム４００は、溶接方向４３０を画定し、筐体４５０及びハンドル４６０を有する溶接ガン４４０を含む。溶接ガンは、スタッドホルダとして設計され、溶接プロセス中に溶接スタッド４２０を保持するためのスタッドソケット（詳細に図示せず）を有する保持装置４４４を有し、その中に溶接スタッド４２０を挿入することができ、好ましくはクランプ作用で保持される。溶接スタッド４２０の接触面４２５は、溶接プロセス前及び／又は溶接プロセス中に基板４３０と接触する。接触面４２５から開始して、溶接ガン４４０の外側輪郭に接線４６０を適用することができ、これは、溶接方向４１０と２０°の角度を囲む。これにより、固定システム４００のユーザは、少なくとも接触面４２５が基板４３０と接触するまで、溶接スタッド４２０の基板４３０との接触点を明確に見ることができる。
【００２９】
溶接ガン４４０は、溶接方向４１０において保持装置４４４に作用する保持ばね４７０と、溶接方向４１０に面する支持面４８１を有する支持要素４８０とを有する。保持装置４４４は、溶接スタッド４２０の接触面４２５及び支持面４８１が溶接方向４１０において同じ高さに配置されるまで、接触圧力移動距離Ａにより、溶接スタッド４２０と共に、保持ばね４７０のばね力に反して、溶接方向４１０に逆らって支持要素４８０に対して移動され得る。接触圧力移動距離Ａは、溶接プロセスが始まる前に接触面４２５が基板４３０と接触した時点から、溶接ガン４４０が溶接方向４１０になおも移動しなければならない距離である。
【００３０】
溶接ガンは、支持要素４８０を取り囲むガイドリング４９１を有する接触圧力要素４９０と、それぞれ接触圧力面４９３を有する２つ又は３つ以上の接触圧力アーム４９２とを有する。接触圧力アーム４９２は、溶接方向４１０に移動できるガイドリング４９１に確実に接続されており、このプロセス中、支持要素４８０によってガイドされる。溶接ガンは、少なくとも１つの接触圧力ばね４９５、検討中の例では２つのそのようなばねを更に有し、それにより、接触圧力要素４９０、検討中の例ではガイドリング４９１は、溶接方向４１０にばね力を受ける。
【００３１】
接触圧力要素４９０は、溶接スタッド４２０の接触面４２５及び接触圧力面４９３が溶接方向４１０において同じ高さに配置されるまで、接触圧力ばね４９５のばね力に逆らって、溶接方向４１０に反して支持要素４８０に対して移動され得る。溶接方向４１０に見られたとき、接触圧力面４９３は、接触面４２５と支持面４８１との間に配置される。これにより、固定システム４００を基板４３０上に配置している間に溶接スタッド４２０の接触面４２５が最初に基板４３０と接触し、続いて接触圧力要素４９０の接触圧力面４９３により、最後に支持要素４８０の支持面４８１により接触することを確実にする。支持要素４８０が基板４３０上に静止すると直ちに、ユーザは、トリガ要素４９８により溶接プロセスを開始することができる。
【００３２】
溶接スタッド４２０の視認性により、ユーザが、所望の溶接点で基板４３０上に接触面４２５を配置すること又は溶接ガン４４０、特にそのハンドル４６０によって接触面４２５の位置を修正することをより容易にする。ユーザは、接触圧力アーム４９２間を見ることができるため、視野角を決定する接線は、支持要素４８０又は検討中の例のように接触面４２５から開始するガイドリング４９１に適用することができる。接触圧力面４９３が基板４３０上に静止すると直ちに、溶接ガン４４０は、特にスリップに対して所望の位置に支持される。この目的のために、接触圧力面４９３は、好ましくは、エラストマーで構成されている。
【００３３】
接触圧力ばね４９５は、溶接ガン４４０が基板４３０から持ち上げられた後、例えば溶接プロセス後、接触圧力要素４９０をリセットするのに役立つ。保持ばね４７０は、溶接ガン４４０が基板から持ち上げられた後及び／又は浸漬装置としての溶接プロセス中、保持装置４４４をリセットするのに役立ち、これにより、溶融した溶接プールにリフトマグネットが浸漬するように設計されたリフトデバイス４９９によって溶接スタッドが事前に基板から離れるようにする。
【００３４】
図５は、基板５３０上に支持するための支持面５８１を有する支持要素５００を示す。支持要素５００は、溶接スタッド５２０を基板５３０に溶接方向５１０において溶接するための溶接ガン（更に図示せず）の一部である。支持要素５００は、溶接方向５１０に対して円周方向に実質的に閉じられており、例えば溶接スタッド５２０の周囲を流れるシールドガスのための出口チャネル５４０を有する。図５は、出口チャネル５４０が２つの屈曲部を有しており、これによって熱放射を逃がしたり、高温材料を逃がしたりするリスクを低減、特に回避することを示す。出口チャネル５４０は、基板５３０上で支持するための支持脚部５５０を有し、支持脚部５５０は、例えば、エラストマーを含むか又はエラストマーから構成される。
【００３５】
本発明を、第１のアイテムを第２のアイテムに固定するためのシステム及び溶接ガンの実施例に基づいて説明してきた。この場合、説明された実施例の特徴は、単一の固定装置内において必要に応じて互いに組み合わせることもできる。本発明による装置は、他の目的にも適していることに留意されたい。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【国際調査報告】
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