DD295789A5 - Werkzeug - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Werkzeug, bestehend aus einer Zange mit zwei Gelenkarmen 2, 3 und Hinterdreheinrichtungen, wobei diese beiden Arme jeweils an den Enden mit einer Halteeinrichtung 2, 3 ausgestattet und wechselseitig mit Antriebsvorrichtungen 31 und 32 verbunden sind, die bewirken, dasz sie sich gegeneinander bewegen, damit sie entweder geschlossen werden und die Halteeinrichtungen 2 und 3 die Werkstuecke zusammenpressen koennen oder damit sie geoeffnet und die Teile nach erfolgter Bearbeitung aus der Zange herausgenommen werden koennen, wobei die Hinterdreheinrichtung gewaehrleistet, dasz die beiden Halteeinrichtungen nach OEffnung der Arme von den besagten Teilen befreit werden. Erfindungsgemaesz besteht die Hinterdreheinrichtung aus einer Kupplungsvorrichtung 44, die den Hinterdrehweg in beiden Richtungen unter Ausnutzung eines Teils der Leistung dieser Antriebsvorrichtungen 31 und 32 erzeugt. Die Kupplungsvorrichtung 44 ist vorzugsweise eine elektrisch gesteuerte Kupplung. Fig. 3{Werkzeug; Schweiszzange; Gelenkarme; Halteeinrichtung; Antriebsvorrichtung; Kupplungsvorrichtung; Hinterdrehweg}

Description

Hierzu 2 Seiten Zeichnungen

Die Erfindung bezieht sich auf ein Werkzeug, wie beispielsweise eine zweigliedrige Schweißzange mit einer Hinterdrehung, wobei die Arme der Schweißzange an den Enden jeweils mit einer Halteeinrichtung verbunden sind, die sich gegeneinander bewegen, damit sie sich schließen und die Halteeinrichtungen die Werkstücke zusammenpressen oder sich öffnen, um die Teile nach erfolgter Bearbeitung freizugeben. Die Hinterdrehung gewährleistet außerdem, daß die beiden genannten Halteeinrichtungen die Teile nach Öffnung der Arme ungehindert entnehmen können.

Die Erfindung bezieht sich im allgemeinen auf Werkzeuge oder Maschinen, die Montageoperationen mittels Schweißen, Tiefziehen, Heften u. a. oder auch Handhabeoperationen ausführen, wobei diese Werkzeuge oder Maschinen zwei Arme oder Spannbacken für die Werkstückaufnahme oder -handhabung unter Verwendung einer bestimmten Kraft für die Durchführung der Montage- oder Manipulationsprozesse aufweisen. Der Ausdruck „Halteeinrichtungen" bezieht sich sowohl auf Schweißelektroden für das Widerstandsschweißen, die geeignet sind, zwei Bleche, die durch Stromdurchgang hoher Intensität zusammengeschweißt werden sollen, zusammenzupressen, als auch auf Tiefzieh- und Handhabewerkzeuge. Demnach bezeichnet der Ausdruck „Bearbeitung" die entsprechenden Operationen Schweißen, Tiefziehen u.a. Da die beiden Arme untereinander mit einem Freiheitsgrad beweglich sind, der ihnen ermöglicht, sich automatisch durch Selbstzentrierung den zu bearbeitenden Teilen anzupassen, ist verständlich, daß es im allgemeinen nicht genügt, sie zu öffnen, um das Ablegen oder die Freigabe der Teile zu ermöglichen, sobald die Bearbeitung erfolgt ist: Es muß vielmehr gewährleistet werden, daß die beiden Halteeinrichtungen eine ausreichende Spannweite zu den Werkstückteilen besitzen, um ihnen gegenüber eine genau definierte Position einnehmen zu können. Das ist die Aufgabe der oben erwähnten Hinterdreheinrichtung. Außerdem muß generell festgestellt werden, daß diese Werkzeuge auf Roboter oder auf andere Positionierungssysteme aufgespannt werden können, wobei die Teile gegenüber dem Boden feststehend sind. In einem anderen Fall kann das Werkzeug gegenüber dem Boden stationär sein, wobei dann die Teile durch einen Roboter oder einen Manipulator zugeführt werden. Die eingangs erwähnten Antriebsvorrichtungen können einen hydraulischen Arbeitszylinder, einen Druckluftzylinder oder einen lufthydraulischen Arbeitszylinder bzw. einen Elektroservomotor umfassen.

Zum besseren Verständnis des bekannten Standes der Technik und der Probleme, deren Lösung durch die Erfindung angestrebt wird, wird nachfolgend unter Bezugnahme auf Fig. 1 eine Schweißzange für das Widerstandsschweißen mit Druckluftzylinder mit besagten X-förmigen Armen beschrieben, die in Offenstellung und mit der bekannten Hinterdreheinrichtung dargestellt ist. (Die Prinzipien und Probleme, die im weiteren erwähnt werden, würden praktisch die gleichen wie bei einer Schweißzange oder einem analogen Werkzeug mit C-Armen sein.

Diese Zange besteht aus einem oberen Elektrodenarm 3 und einem unteren Elektrodenarm 2, die gegeneinander um eine Achse 7 verschwenkbar angeordnet sind. Ein Druckluftzylinder 1 ist einerseits durch seine Stange 11 mit Arm 3 und andererseits durch seinen Zylinder mit dem Arm 2 verbunden. Durch den Druckluftzufluß in Kammer 8 des Druckluftzylinders wird zwischen

den beiden Armen eine Kraft, die sogenannte „Schweißpreßkraft", aufgebracht Diese Kraft wirkt auf die zu schweißenden Bleche 12 und 13 zwischen den beiden Elektroden 3' und 2' Ist die Schweißpreßkraft erreicht, ermöglicht ein Transformator 10 das Anlegen einer Spannung zwischen beiden Elektroden mit Hilfe der Stromleiter 11' und der Elektrodenarme 2,3, die selbst als Stromleiter dienen Die Gelenkkonstruktion, die durch den Zylinder 1,den Unterarm 2 und den Oberarm 3 gebildet wird, kann selbst um eine Achse 9 pendeln, die fest verbunden ist mit der Zangenplatte 5 die Zangenplatte ist am Ende eines Roboters oder eines Hebelarmes 6 fixiert

Fur die Zangen, die an den Robotern oder Manipulatoren verwendet werden, ist die relative Stellung der zu schweißenden Bleche gegenüber dem Roboter oder Manipulator nicht genau bestimmt Das ist zurückzuführen auf die großen geometrischen Toleranzen der mechanisch geschweißten Verbindungen, auf den Verschleiß der Elektroden und auf die Abweichungen in der Roboterfuhrung

Durch die schwebende Anordnung der Arme 2 und 3 gegenüber dem Gelenk 9 können sich diesem bezug auf die Bleche beim Schließen des Zylinders selbst zentrieren

Bei geöffneter Zange ist die oben beschriebene Selbtzentrierung nicht imstande, zu sichern, daß eine der beiden Elektroden zur Autorisierung der Roboterbewegung keinen Kontakt mehr zu den zu schweißenden Blechen hat Insbesondere kann das Kraftepaar durch das Gewicht der Gelenkbaugruppe so sein, daß die eine oder andere Elektrode weiterhin Kontakt zu den Blechen behalt Daher muß einer der beiden Arme (sogenannter „Hinterdreharm") in bezug auf die Zangenplatte 5 genau positioniert werden Das wird durch die Hinterdreheinnchtung erreicht

In Fig 1 wird eine Hinterdreheinnchtung mit Druckluftzylinder 4 mit Elementarwirkung gezeigt In diesem Falle wird der Druck beim Offnen der Zange in die Kammer 20 dieses Zylinders eingelassen Dadurch wird der Arm 2 vom Blech 13 entfernt und in eine genaue Position zur Platte 5 zurückgeführt Beim Schließen der Zange sind beide Kammern des Zylinders 4 druckentlastet, und dadurch zentriert sich die Einrichtung selbst

Eine Feder 21 kann die Druckluft in der Kammer 20 ersetzen und eine permanente Hinterdrehkraft gewahrleisten Beim Schließen der Zange durch Kontakt des Oberarms mit dem Blech 12 bekommt der Arm 2 Kontakt mit dem Blech 13, wobei er auf diese Art die Feder 21 preßt Das Blechpaket muß in der Lage sein, diese Druckbeanspruchung und das eventuelle Gewicht der Gelenkbaugruppe aufnehmen zu können

Der Zylinder 4 kann auch ein doppelt wirkender Zylinder sein, dessen Kammer 22 dann mit gleichbleibendem oder veränderlichem Druck beaufschlagt wird, um die Kontaktruckfuhrung des Arms 2 mit dem Blech 13 in der Schließphase zu unterstutzen

Diese Hinterdreh-Ausgleichseinrichtung ist sehr gebräuchlich Sie hat den Vorteil, daß sie eine positive Bewegung eines bestimmten Weges mit einem genauen Kraftmoment gewährleistet

Außerdem ist im Falle eines doppteltwirkenden Zylinders ein gunstiger Masseausgleich der mobilen Baugruppe gegeben Die Nachteile der bekannten Hinterdreheinnchtung bestehen jedoch in der Schwierigkeit, die Bewegung eines so kleinen Zylinders zu steuern, der mitunter einen Stoßimpuls der Unterelektrode bewirken kann, in der Nichtregulierbarkeit der Hinterdrehbewegung und der Notwendigkeit des Vorhandenseins von Druckluft und des Einsatzes einer Magnetventil Verteilereinrichtung Andererseits ist die räumliche Anordnung der Schweißzange so, daß das fur die Rücklaufbewegung des Hinterdreharms gegenüber dem Glech in der Schließphase notwendige Kraftmoment nicht konstant ist, da das Gewicht des Hinterdreharms diese Bewegung entweder beschleunigen oder bremsen kann bzw neutral ist Ziel der Erfindung ist ein Werkzeug, dessen Hinterdreheinrichtung die Nachteile nicht aufweist, die den pneumatischen Einrichtungen oder den Einrichtungen mit Federn anhaften

Der Erfindung hegt die Aufgabe zugrunde, eine weit bessere Kontrolle der Hinterdrehbewegung - ein exaktes Auslosen, eine begrenzte Stoßgeschwindigkeit und vor allem eine Steuerung der aufzuwendenden Kraft entweder bei der Einstellung Elektrode-Blech oder bei der Trennung Elektrode-Blech im Falle eines Schweißvorgangs und allgemeiner bei einer Annäherung oder Trennung zwischen den Halteeinrichtungen und den Werkstucken, wenn es sich um andere Vorgange als um einen Schweißvorgang handelt-zu erreichen

Erfmdungsgemaß wird die Aufgabe dadurch gelsot, daß die Hinterdreheinnchtung eine Kupplungsvorrichtung umfaßt, die fur die Bestimmung des Hinterdrehweges in beiden Richtungen einen Teil der Leistung der Antnebsvorrichtungen ausnutzt Anders ausgedruckt, beruht die Erfindung auf der Nutzung des gleichen Antriebssystems fur die Sicherung der Funktionen Werkstuckspannen und Hinterdrehung

Vorzugsweise ist ein solches Werkzeug noch dadurch gekennzeichnet, daß die Kupplungsvorrichtung aus einer steuerbaren Kupplung, ζ B Elektrokupplung, besteht, die geeignet ist, die Hinterdrehbewegung zu erzeugen, wobei diese Kupplung mit Antriebsvorrichtungen, bestehend aus einem Elektroservomotor, verbunden ist, der die fur die Werkstuckbearbeitung erforderliche Preßkraft erzeugt

Die Erfindung soll nachstehend an einer Schweißzange fur das Widerstandsschweißen naher erläutert werden In den dazugehörigen Zeichnungen zeigen

Fig 2 Vorder-und Seitenansicht der Zange

Fig 3 einen Längsschnitt der Hinterdreheinnchtung und

Fig 4 eine detailliertere Schnittdarstellung in Draufsicht auf die Hinterdreheinnchtung

Die vorgenannten Antriebsvorrichtungen umfassen in dieser Ausfuhrung einen Motor, bestehend aus einem Laufer 31, in dem eine Schraubenmutter 32 befestigt ist Der Laufer dreht sich im Innern eines Standers 33, der in einem Gehäuse 34 eingeschlossen ist Das Gehäuse 34 schließt die Antriebsvorrichtung und die Hinterdreheinrichtung ein und ist gegenüber dem Unterarm 2 der Schweißzange durch Drehzapfen 43 (Fig 4) verschwenkbar gelagert, wobei der Drehzapfen 43 gleichzeitig einen eventuellen Drehumlauf blockiert Der Laufer 31 ist radial und axial in Walzlager 35 und Axialkugellager 36 gelagert, so daß er sich nicht axial gegen das Gehäuse 34 bewegen kann Eine Welle 11 mit Gewindestuck ist in die Schraubenmutter 32 eingeschraubt Ihr freies Ende ist mit einer Gabel 39 ausgestattet, die es ermöglicht, daß ihre Bewegung auf den Oberarm 3 der Zange über einen Bolzen 40 übertragen wird

Die Schraubenmutter 32 ist pneumatisch, mechanisch, hydraulisch oder elektrisch mit einer weiteren Mutter 45 standig oder kurzzeitig über eine Schaltkupplung, die aus einer Kupplung 44 besteht, verbunden

Die Kupplung 44 muß bei Umlaufblockierung der Mutter 45 eine Verschiebung aufnehmen, wobei das Gleitmoment je nach Einsatzgebiet konstant oder regelbar ist.

Die Mutter 45 ist in bezug auf das Gehäuse 34 axial und radial durch Kugellager 46 gelagert. Im Innern dieser Schraubenmutter befindet sich eine Hohlspindel 47, die in bezug auf das Gehäuse 34 durch ein äußeres Gleitlager 48 radial gelagert ist, während ein inneres Gleitlager 49 die geradlinige Bewegung der Gelenkwelle 11 ermöglicht. Die Schraube 47 kann durch den Zapfen 50, der sie mit dem feststehenden Sockel 51 der Zangenplatte 5 (Fig. 2) verbindet, weder in axialer noch in radialer Richtung bewegt werden, wobei der Zapfen 50 durch ein in Gehäuse 34 (Fig. 4) eingebrachte Langloch 38 hindurchgeführt ist.

Fig. 3 zeigt den Motor in der Stellung, in der die Gelenkwelle 11 und Schraube 47 voll eingeschraubt sind, was der geöffneten Stellung der hinterdrehten Zange entspricht.

Läuft der Motor in der entgegengesetzten Richtung, schiebt die Mutter 32, die axial arretiert ist, die Welle 11 heraus. Dadurch wird das Schließen der Zange bewirkt.

Wenn die Schaltkupplung 44 eingekuppelt ist, setzt die Schraubenmutter 32 die Schraubenmutter 45, die im Eingriff mit Hohlspindel 47 ist, in Bewegung. Da sich die Schraubenmutter 45 nicht axial bewegen kann, löst sie eine Längsbewegung der Schraube 47 aus, die sich aber durch den Zapfen 50, der mit dem Gehäuse 34 verbunden ist, nicht drehen kann. Die Schraube 47 ist aber ebenfalls axial arretiert, da sie durch den Zapfen 50 mit dem Sockel 51 und der Zangenplatte 5 in Verbindung steht. Durch diese Rückkopplung werden ein Rücklauf der Antriebsbaugruppe bewirkt und eine Bewegung hinter den Sockel 2 um die Achse 7 ausgelöst, wodurch der hinterdrehte Schweißzangenarm 2 geschlossen wird.

Wenn die Halteeinrichtung, im vorliegenden Falle eine Elektrode 24, mit dem Blech 13 in Kontakt kommt, wird die Kupplung gelöst. Der Läufer 31 und die Schraubenmutter 32 rotieren weiter, bis die andere Halteeinrichtung, d. h. die obere Elektrode 23, ihrerseits mit dem Blech 12 in Kontakt kommt. In diesem Augenblick bringt der Motor ein konstantes Kraftmoment auf, das das Zusammenpressen der Bleche zwischen den beiden Elektroden ermöglicht.

Beim Öffnen wird die Drehrichtung des Motors umgepolt, und die mit dem Läufer 31 verbundene Schraubenmutter 32 bewirkt eine Verschiebung der Welle 11 in das Innere des Motors. Diese Welle 11, die mit dem beweglichen Arm 3 durch die Gabel 39 des Bolzens 40 verbunden ist, bewirkt die Öffnung des Oberarms 3. In dem Moment, in dem die Kupplung 44 geschlossen wird, beginnt die Schraubenmutter 45 zu rotieren und strebt die Verschiebung zur Innenseite der Schraube 47 an. Da aber diese Schraube durch die Zapfen 50 mit dem Sockel 51 verbunden ist, kann sie sich nicht axial bewegen. Durch diese Rückkopplung schiebt sich dann der Motor dank des Langloches 38 nach vom und löst eine Bewegung des Armes 2 in die Offenstellung aus.

Wenn der Arm 2 auf den Anschlag 52 (Fig. 2) trifft, wird seine Bewegung unterbrochen. Die Kupplung 44 löst sich, während sich der Läufer 31 und die Mutter 32 weiter drehen, bis der Oberarm 3 an einen hinteren mechanischen Anschlag oder an eine vorprogrammierte Stellung gelangt, falls der Motor eine Positionssteuerung besitzt.

Das Prinzip der Erfindung kann auch eingesetzt werden, wenn die Kupplung 44 anstelle des elektrischen Antriebs einen Druckluft-, Flüssigkeits- oder mechanischen Antrieb besitzt. In diesem Falle kann die Steuerung zum Auslösen der Kupplung und eventuell zur Modulation ihres Kraftmomentes gleichfalls pneumatisch, hydraulisch oder mechanisch sein.

Eine weitere Ausführungsvariante der Erfindung besteht darin, die Energie des Hauptmotors der Schweißanlage für die Hinterdrehbewegung auszunutzen und die Kupplung durch einen Dauerkuppler zu ersetzen. Diese Kupplung könnte beispielsweise eine mechanische, hydraulische oder magnetische Reibkupplung oder eine Wirbelstromreibkupplung sein. Es kann aber auch jede andere Dauerkupplungseinrichtung vorgesehen werden.

In diesem Falle würde die Funktionsweise mit der einer gesteuerten Kupplung identisch sein, aber weder die Auslösung des Arbeitszyklus in einer genauen Position noch die Modulation der Preßkraft ermöglichen, wobei der Hauptvorteil dieser Einrichtung in ihren niedrigen Herstellungskosten und in bestimmten Fällen in der Dauerbremsung ohne Energieverschwendung bei Stillstand bestehen würde.

In bezug auf andere Hinterdreheinrichtungen mit elektrisch gesteuerter Kupplung, die zuvor in der vorliegenden Patentanmeldung beschrieben wurden, wird man von Fall zu Fall eine oder beide folgende Funktionen übernehmen können:

- Selbstzentrierung

- Blockierung des Arms in Hinterdrehstellung.

Die Selbstzentrierung kann durch die Reversibilität der Anordnung Schraube und Mutter 45/47 der Hinterdreheinrichtung erreicht werden.

Die Blockierung der Hinterdrehung der Elektrodenarme in geöffneter Stellung ist nur dann problematisch, wenn der Schweißmotor abgestellt wird, z. B. bei völlig geöffneter Zange. In diesem Falle kann entweder die Kupplung eine permanente Haltekraft liefern, oder man muß den irreversiblen Charakter der Anordnung Schraube-Hinterdrehmutter ausnutzen.

Ferner kann aus Sicherheitsgründen eine Bewegung der Zangenarme unterbunden werden, wenn der elektrische Strom oder die hydraulische bzw. pneumatische Energie im Falle einer Kupplung dieses Typs abgeschaltet wird. Die Lösung kann erneut in der Irreversibilität der Anordnung Schraube-Mutter der Hinterdreheinrichtung gesucht werden. Wenn diese Irreversibilität Probleme aufwirft, muß vorgesehen werden, daß mit der Kupplung eine statische Bremseinrichtung verbunden ist, die selbst bei Energieausfall funktioniert.

Das Beschriebene bezieht sich auf eine Hinterdreheinrichtung, die die Energie des Hauptmotors der Schweißanlage ausnutzt. Es trifft aber auch für Schweißzangen mit Druckluftzylinder oder Elektromotorsteuerung zu, wo die Hinterdrehbewegung gemäß Beschreibung der Erfindung aber mit Hilfe eines speziellen Hilfsmotors realisiert wird.

Claims (6)

1. Patentansprüche:

   1. Werkzeug, das eine zweigliedrige Zange mit Hinterdreheinrichtung umfaßt, wobei die beiden Arme jeweils an ihren Enden mit einer Halteeinrichtung ausgestattet und wechselseitig mit Antriebsvorrichtungen verbunden sind, die bewirken, daß sie sich gegeneinander bewegen, damit sie entweder geschlossen werden und so die besagten Halteeinrichtungen die Werkstücke zusammenpressen oder geöffnet werden, um die Teile nach erfolgter Bearbeitung aus der Zange herauszunehmen, wobei das Werkzeug außerdem eine Hinterdreheinrichtung aufweist, die gewährleistet, daß die Halteeinrichtungen nach Öffnung der Arme von den besagten Teilen befreit werden, gekennzeichnet dadurch, daß die Hinterdreheinrichtung eine Kupplungsvorrichtung umfaßt, die geeignet ist, die Hinterdrehung in beiden Richtungen unter Ausnutzung eines Teils der Leistung der Antriebsvorrichtungen zu bewirken.
2. 2. Werkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupplungsvorrichtung durch eine steuerbare Kupplung, vorzugsweise mit elektrischer Steuerung, gebildet wird, die geeignet ist, die Hinterdrehbewegung zu erzeugen, wobei diese Kupplung mit Antriebsvorrichtungen verbunden ist, die aus einem elektrischen Servomotor bestehen, der imstande ist, die für die Bearbeitung der Teile notwendige Preßkraft zu erzeugen.
3. 3. Werkzeug nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß mit Hilfe der Kupplung das Kraftmoment und folglich die Einstell- oder Schrumpfbeanspruchung des Hinterdreharms in Abhängigkeit von elektrischen Signalen einstellbar sind.
4. 4. Werkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupplungsvorrichtung eine Dauerkupplung ist.
5. 5. Werkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hinterdrehstellung ohne Energiezufuhr mittels eines Antriebs einer Schraube und Mutter für die irreversible Hinterdrehbewegung aufrechterhalten wird.
6. 6. Werkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hinterdrehstellung ohne Energiezufuhr durch eine statische Bremse aufrechterhalten wird, die betätigt wird, wenn die Energiezufuhr unterbrochen ist.