本发明总体上涉及一种用于将栓柱紧固至基材的装置和方法、并且还涉及此类栓柱。
背景技术：
存在多种已知装置和方法，在不同的应用中，通过这些装置和方法将多种不同栓柱紧固到基材上。例如，使得栓柱与基材接触并且向其施加电流。出于此目的，用导电的栓柱固持器固持栓柱。
一旦电流在栓柱与基材之间流动，就将栓柱从基材提起以形成电弧。释放出的能量使得栓柱和基材的材料部分液化。然后断开电流并且将栓柱沉降入液化的材料中，同时此材料冷却并且变成固体。于是栓柱就以整体结合的方式连接至基材。
为了提供使栓柱和基材的材料在足够短的时间内液化所必需的能量，存在已知装置，这些装置产生非常高强度的电流并且使用相应规制的电缆将该电流馈送至栓柱。为了避免液化的材料氧化，已知的是，用惰性气体包围栓柱与基材之间的接触面积。
例如在建筑或造船应用的情况下中，使用了用于将物体拧紧到其上的多种不同尺寸的螺柱，以便将物体紧固到基材上。紧固方法的一些参数(例如持续时间和电流的电功率)由使用者在装置上设定并且使得其与所使用的栓柱相适配。使用者最后借助于视觉检查来评估栓柱与基材之间的连接品质。因此，连接品质还取决于使用者的经验和能力。
技术实现要素：
本发明的目的是提供一种使得将栓柱紧固至基材更容易和/或有所改进的装置和/或方法。
此目的通过一种用于将焊接栓柱沿焊接方向焊接至基材的焊枪来实现，该焊枪包括用于在焊接操作期间固持该焊接栓柱的固持装置，其中，该焊接栓柱具有接触表面，该接触表面旨在在该焊接操作之前和/或期间与该基材接触，该焊枪进一步包括用于将该固持装置与该焊接方向相反地运送到沉降开始位置的栓柱提升装置、进一步包括用于从该沉降开始位置沿该焊接方向运送该固持装置的栓柱沉降装置、进一步包括具有用于将该焊枪支撑在该基材上的支承表面的支承元件、并且进一步包括用于相对于该支承表面沿该焊接方向优选地自动适配该沉降开始位置的装置。沉降开始位置不像在已知焊枪的情况中那样取决于支承元件沿焊接方向的位置，而是取决于接触表面的位置。结果是，即使对于非平面基材，例如对于具有弯曲、凹陷、灰尘或先前已去除表面层的基材，仍确保期望的沉降开始位置。该装置优选地被设置用于自动适配沉降开始位置以便使栓柱提升装置相对于支承表面沿焊接方向移动，也就是说用于自动适配栓柱提升装置与支承表面之间沿焊接方向的距离。
有利实施例的特征在于，该焊枪包括用于将该栓柱提升装置锁定在相对于该支承表面的两个或更多个不同位置上的锁定元件。
有利实施例的特征在于，该焊枪包括可在驱动位置与释放位置之间移动的驱动元件，其中，该驱动元件处于该驱动位置将该固持装置的与该焊接方向相反的移动传递到该栓柱提升装置，并且其中，该驱动元件处于该释放位置使得该固持装置能够相对于该栓柱提升装置与该焊接方向相反地移动。
有利实施例的特征在于，该焊枪包括固持弹簧，该固持弹簧相对于该栓柱提升装置沿该焊接方向促推该固持装置。另外的有利实施例的特征在于，该焊枪包括驱动弹簧，该驱动弹簧相对于该支承元件沿该焊接方向促推该栓柱提升装置。该驱动弹簧的弹簧常量优选地大于该固持弹簧的弹簧常量。
有利实施例的特征在于，该栓柱提升装置适用于当该固持装置被运送到该沉降开始位置时使该驱动元件从该驱动位置移动到该释放位置。
此目的还通过一种使用此类焊枪的方法来实现，其中，将该焊接栓柱固持在该固持装置上；将带有该焊接栓柱的该焊枪放置在该基材上，直到该接触表面与该基材接触；将该焊枪压到该基材上，直到该固持装置抵靠该驱动元件，其中该固持弹簧优选地在此被张紧；将该焊枪进一步压到该基材上，直到该支承表面抵靠该基材，其中该驱动弹簧优选地在此被张紧；锁定该栓柱提升装置；优选地通过该栓柱提升装置将该驱动元件移动到该释放位置；以及将该固持装置与该焊接方向相反地运送到该沉降开始位置并且从该沉降开始位置沿该焊接方向运送该固持装置。
附图说明
以下将基于示例性实施例并参考附图更详细地解释本发明。在附图中：
图1示意性地示出了焊接装置，
图2以部分纵向截面视图示出了焊枪，
图3以部分纵向截面视图示出了图2的焊枪，
图4以部分纵向截面视图示出了图2和图3的焊枪，以及
图5以部分纵向截面视图示出了图2至图4的焊枪。
具体实施方式
图1中，示意性地表示了用于将焊接栓柱20焊接至基材30的焊接装置10。焊接栓柱20的材料和基材30的材料是导电的、特别地是金属的。焊接装置10包括：带有形成为按钮开关的触发开关41的焊枪40、焊接单元50、第一电缆61、带有连接端子63的第二电缆62、形成为例如电力电缆的供电电缆64、通信电线65、形成为气瓶的气体储器70、管状气体供应管线71、以及气体软管72。
第一电缆61用于通过焊接单元50向焊接栓柱20供应电流。第二电缆62用于当连接端子63被夹在基材30上时，将基材30电连接至焊接单元50。当焊接栓柱20与基材30相接触时，回路闭合，使得可以通过焊接单元50将例如直流或交流形式的焊接电流施加到焊接栓柱20上。出于此目的，焊枪40包括焊接电流接触元件(图1中未示出)。焊接单元50包括用于将来自供电电缆64的电流转化为焊接电流的装置(未示出)，该装置包括例如电容器、晶闸管、带有隔离栅电极的双极型晶体管或属于功率电子器件的其他部件、以及还有带有微处理器的相关联的控制单元，以便以期望的电压和电流强度提供焊接电流。
气体供应管线71和气体软管72用于向焊接栓柱20与基材30之间的接触区域供应气体储器70的惰性气体，以便保护接触区域在焊接操作期间不会因为周围氧气而氧化。为了控制到接触区域的气体流，气体储器70、气体供应管线71、焊接单元50、气体软管72或焊枪40包括阀，特别是可控阀(未示出)。
焊接单元50具有带有致动元件52的输入装置51、以及还有带有视觉显示元件54和无线传输单元的输出装置53。输入装置51用于由焊接装置10的使用者输入要使用焊接装置10进行的焊接方法的参数，例如焊接电流的电压、电流强度、功率和持续时间、栓柱的位置和速度等。输出装置53用于向使用者输出信息，例如关于焊接方法的参数的信息、关于焊接方法的检测到的排放量或其他变量的信息、关于焊接操作的质量的信息、关于改进焊接操作的措施的信息、关于焊接栓柱的检测到的特征的信息或从上述变量推导出的信息，和/或针对清洁和/或维护焊接装置10(特别是焊枪40)的建议或指导。
通信线65用于在焊枪40、特别是焊枪40的控制装置(图1中未示出)与焊接单元50、特别是控制单元和/或输入装置51和/或输出装置53之间进行通信。例如借助于这种通信来完成关于焊接操作的参数的信息交换，以便例如实现或利于使得焊接电流与焊接栓柱20的移动相同步。在未示出的示例性实施例的情况下，焊枪与焊接单元之间的通信通过无线电或借助于承载焊接电流的第一电缆无线地进行。
焊枪40具有带有开口46的壳体42，带有触发开关41的手柄43从该壳体伸出。焊枪40还具有栓柱固持器44，焊接栓柱20在焊接操作期间被固持在该栓柱固持器上。出于此目的，栓柱固持器包括例如两个、三个、四个或更多个弹性臂(未详细示出)，焊接栓柱20插入并且借助于夹紧配合固持在这些弹性臂之间。为了向焊接栓柱20施加焊接电流，焊枪40还具有例如以这些弹性臂中的一个或多个弹性臂的形式集成在栓柱固持器44中的焊接电流接触元件。
焊枪40还具有用于控制焊枪的和焊接单元50的这些不同部件和装置的控制装置99。控制装置99旨在控制焊接操作的一个或多个参数。出于此目的，控制装置99包括多种不同电子部件，例如一个或多个微处理器、一个或多个临时或永久性数据存储器等。
焊枪40还具有形成为第一提升磁体的栓柱提升装置，当栓柱提升装置被启用时，该栓柱提升装置使得背离开口46的力向后(图1中向上)作用于栓柱固持器44。经由信号线(未示出)，控制装置99与栓柱提升装置通信以便控制栓柱提升装置，特别是使其启用和解除启用。
焊枪40还具有形成为弹簧元件或第二提升磁体的栓柱沉降装置，当栓柱沉降装置启用时，该栓柱沉降装置使得朝向开口46的力向前(图1中向下)作用于栓柱固持器44。经由信号线(未示出)，控制装置99与栓柱沉降装置通信以便控制栓柱沉降装置，特别是使其启用和解除启用。如果栓柱沉降装置采用弹簧元件的形式，那么当栓柱固持器被栓柱提升装置向后移动时，此弹簧元件优选地张紧，其结果是，一旦栓柱提升装置解除启用，弹簧元件就使栓柱固持器向前移动。
在使用焊接装置10的焊接方法中，首先提供基材30和栓柱20。在进一步步骤中，使用者经由输入装置来输入例如关于随后的焊接操作的期望参数的信息。在进一步步骤中，通过焊接单元50借助于第一电缆61和第二电缆62向焊接栓柱20施加焊接栓柱20与基材30之间的焊接电流。在进一步步骤中，借助于栓柱提升装置将焊接栓柱20从基材提起，同时维持焊接电流在焊接螺20与基材30之间流动，在焊接栓柱20与基材30之间形成电弧。特别地，由于电弧所产生的热量，焊接栓柱20和/或基材30的材料于是部分地液化。在进一步步骤中，借助于栓柱沉降装置将焊接栓柱20沉降入焊接栓柱20或基材30的液化的材料中。然后焊接栓柱20或基材30的液化的材料凝固，使得焊接栓柱20以整体结合的方式连接至基材30。
图2至图5以纵向截面展示了用于将具有接触表面125的焊接栓柱120沿焊接方向110焊接至基材130的焊枪140。焊枪140包括栓柱固持器形式的固持装置144，该固持装置用于在焊接操作期间固持焊接栓柱120。出于此目的，固持装置144具有栓柱接纳部146。焊枪进一步包括用于将固持装置144与焊接方向110相反地运送到沉降开始位置的栓柱提升装置150，其中，栓柱提升装置150包括提升磁体155和载体156，其中，提升磁体155被紧固至载体156。
焊枪140包括用于从沉降开始位置沿焊接方向110运送固持装置144的栓柱沉降装置160。栓柱沉降装置160包括固持弹簧145和固持装置144，该固持弹簧相对于栓柱提升装置150沿焊接方向110促推固持装置144。焊枪140进一步包括支承元件170，该支承元件具有用于将焊枪140支撑在基材130上的支承表面175。焊枪140还包括驱动弹簧180，该驱动弹簧相对于支承元件170沿焊接方向110促推栓柱提升装置150并且该驱动弹簧的弹簧常量大于固持弹簧145的弹簧常量。
焊枪140进一步包括用于相对于支承表面175沿焊接方向110自动适配沉降开始位置的装置(未设附图标记)。此适配装置包括固持装置144、载体156、驱动弹簧180、用于将栓柱提升装置150锁定在相对于支承表面175的两个或更多个不同位置上的锁定元件190、以及驱动元件200。驱动元件200可在图2至图4中示出的驱动位置与根据图5的释放位置之间移动。
焊枪140将如下使用。首先，通过将焊接栓柱120例如通过插入来接纳在栓柱接纳部146中而将其固持在固持装置144上(图2)。然后将带有焊接栓柱120的焊枪140放置在基材130上，使得接触表面125与基材接触。然后将焊枪140沿焊接方向110压到基材130上，直到固持装置144抵靠驱动元件200(图3)。固持弹簧145在此被张紧。然后将焊枪140进一步压到基材130上，直到支承表面175抵靠基材130(图4)。凭借驱动元件200处于驱动位置将固持装置144的与焊接方向110相反的移动传递到栓柱提升装置150，使得驱动弹簧200在此被张紧，并且使得带有载体156的栓柱提升装置150相对于支承元件170与焊接方向110相反地移位。然后借助于锁定元件190锁定带有载体156的栓柱提升装置150，并且将驱动元件200移动到释放位置(图5)，在该释放位置，该驱动元件布置在附图平面之外，使得其在图5中无法被看到。在此，锁定元件190借助于摩擦接合来锁定载体156。在未示出的示例性实施例中，锁定元件借助于形状配合来锁定栓柱提升装置并且出于此目的，该锁定元件线性移位和/或枢转。
焊枪140现在准备好进行焊接操作，在该焊接操作期间，通过栓柱提升装置150将固持装置144与焊接方向110相反地运送到沉降开始位置，并且通过栓柱沉降装置160从沉降开始位置沿焊接方向110运送该固持装置。出于此目的，驱动元件200处于释放位置使得固持装置144能够相对于栓柱提升装置150与焊接方向110相反地移动。驱动元件200优选地通过启用提升磁体155(用于将固持装置144运送到沉降开始位置)而由栓柱提升装置150、优选地提升磁体155从驱动位置移动到释放位置。驱动元件200于是优选地是朝向驱动位置弹簧加载的。驱动元件200从驱动位置线性地移动到释放位置。在未示出的示例性实施例中，驱动元件从驱动位置枢转到释放位置。在未示出的另外的示例性实施例中，驱动元件和锁定元件是由共用的致动器来移动的。在未示出的另外的示例性实施例中，驱动元件、锁定元件以及固持装置是由共用的致动器或是由三个相互独立的致动器来移动的。
沉降开始位置现在取决于接触表面125的位置并且仅由提升磁体155的提升来预先确定。这即使在非平面基材的情况下也确保了期望的沉降开始位置并且不受支承表面175与接触表面125之间沿焊接方向110的位置差的影响。
焊枪140的固持装置144优选地还用作焊接电流接触元件，使得确保了稳定的焊接电流。此外，在某些情况下，减少了固持装置144的磨损。
已经基于焊枪及其使用方法的示例描述了本发明。所描述的实施例的特征还可以如所期望地在单一焊枪或单一焊接方法中彼此组合。指出的是，根据本发明的装置和根据本发明的方法还适用于其他目的。
1.一种用于将焊接栓柱沿焊接方向焊接至基材的焊枪，该焊枪包括用于在焊接操作期间固持该焊接栓柱的固持装置，其中，该焊接栓柱具有接触表面，该接触表面旨在在该焊接操作之前和/或期间与该基材接触，该焊枪进一步包括用于将该固持装置与该焊接方向相反地运送到沉降开始位置的栓柱提升装置、进一步包括用于从该沉降开始位置沿该焊接方向运送该固持装置的栓柱沉降装置、进一步包括具有用于将该焊枪支撑在该基材上的支承表面的支承元件、并且进一步包括用于相对于该支承表面沿该焊接方向自动适配该沉降开始位置的装置。
2.如权利要求1所述的焊枪，其中，用于自动适配该沉降开始位置的该装置被设置用于使该栓柱提升装置相对于该支承表面沿该焊接方向移动。
3.如前述权利要求中任一项所述的焊枪，其中，该焊枪包括用于将该栓柱提升装置锁定在相对于该支承表面的两个或更多个不同位置上的锁定元件。
4.如前述权利要求之一所述的焊枪，其中，该焊枪包括可在驱动位置与释放位置之间移动的驱动元件，其中，该驱动元件处于该驱动位置将该固持装置的与该焊接方向相反的移动传递到该栓柱提升装置，并且其中，该驱动元件处于该释放位置使得该固持装置能够相对于该栓柱提升装置与该焊接方向相反地移动。
5.如前述权利要求之一所述的焊枪，其中，该焊枪包括固持弹簧，该固持弹簧相对于该栓柱提升装置沿该焊接方向促推该固持装置。
6.如前述权利要求之一所述的焊枪，其中，该焊枪包括驱动弹簧，该驱动弹簧相对于该支承元件沿该焊接方向促推该栓柱提升装置。
7.如权利要求5和6所述的焊枪，其中，该驱动弹簧的弹簧常量大于该固持弹簧的弹簧常量。
8.如前述权利要求之一所述的焊枪，其中，该栓柱提升装置适用于当该固持装置被运送到该沉降开始位置时使该驱动元件从该驱动位置移动到该释放位置。
9.一种使用如前述权利要求之一所述的焊枪的方法，该方法包括以下步骤：
a)将该焊接栓柱固持在该固持装置上，
b)将带有该焊接栓柱的该焊枪放置在该基材上，直到该接触表面与该基材接触，c)将该焊枪压到该基材上，直到该固持装置抵靠该驱动元件，
d)将该焊枪进一步压到该基材上，直到该支承表面抵靠该基材，
e)锁定该栓柱提升装置，
f)将该驱动元件移动到该释放位置，
g)将该固持装置与该焊接方向相反地运送到该沉降开始位置，以及
h)从该沉降开始位置沿该焊接方向运送该固持装置。
10.如权利要求9所述的方法，其中，该固持弹簧在步骤c)过程中被张紧。
11.如权利要求9和10中任一项所述的方法，其中，该驱动弹簧在步骤d)过程中被张紧。
12.如权利要求9至11之一所述的方法，其中，该栓柱提升装置在步骤f)过程中移动该驱动元件。
技术总结