DE10002919B4 - Punktschweißgerät - Google Patents
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Abstract
Punktschweißgerät, das eine Schweißpistole
(11) mit einer bewegbaren (12, 41) und einer feststehenden Elektroden
(13) aufweist, die an einem Roboterarm-Gelenk (14) gehalten wird,
umfassend:
a) ein durch einen Roboter bewegbares Roboterarm-Gelenk (14), das die Schweißpistole (11) zur Bewegung in eine oder aus einer Schweißposition für ein Werkstück (26, 44) trägt;
b) eine Zylinderbaugruppe (19, 47), die dieses Roboterarm-Gelenk (14) mit der bewegbaren Elektrode (12, 41) der Schweißpistole (11) trägt, um während eines Schweißhubs in Richtung des Werkstücks (26, 44) durch diese bewegbare Elektrode (12) auf das Werkstück (26, 44) und die feststehende Elektrode (13) Druck aufzubringen; und
c) eine Fixierzylinder-Baugruppe (27, 56), die das Roboterarm-Gelenk (14) mit der feststehenden Elektrode (13) verbindet, wobei die Fixierzylinder-Baugruppe (27, 56) folgendes aufweist,
(i) ein Fixierzylindergehäuse (34, 57) mit einem bewegbaren Fixierkolben (35, 58), der darin mit der feststehenden Elektrode (13) der Schweißpistole (11) verbunden ist und einen Anschlag...
a) ein durch einen Roboter bewegbares Roboterarm-Gelenk (14), das die Schweißpistole (11) zur Bewegung in eine oder aus einer Schweißposition für ein Werkstück (26, 44) trägt;
b) eine Zylinderbaugruppe (19, 47), die dieses Roboterarm-Gelenk (14) mit der bewegbaren Elektrode (12, 41) der Schweißpistole (11) trägt, um während eines Schweißhubs in Richtung des Werkstücks (26, 44) durch diese bewegbare Elektrode (12) auf das Werkstück (26, 44) und die feststehende Elektrode (13) Druck aufzubringen; und
c) eine Fixierzylinder-Baugruppe (27, 56), die das Roboterarm-Gelenk (14) mit der feststehenden Elektrode (13) verbindet, wobei die Fixierzylinder-Baugruppe (27, 56) folgendes aufweist,
(i) ein Fixierzylindergehäuse (34, 57) mit einem bewegbaren Fixierkolben (35, 58), der darin mit der feststehenden Elektrode (13) der Schweißpistole (11) verbunden ist und einen Anschlag...
Description
- Diese Erfindung betrifft die Technik der Halterung von Punktschweißpistolen an Roboterarmen, die durch Federn im Gleichgewicht gehalten werden, wobei diese ein Moment auf die Punktschweißpistolen aufbringen, wenn sie vor dem Einleiten des Schweißstoßes in eine Schweißposition bewegt werden.
- Eine derartige Halterung ist beispielsweise aus der
DE 88 15009 U1 bekannt. Darin wird eine Schweißzange für die elektrische Widerstandspunktschweißung, insbesondere zur Verwendung in Verbindung mit einem Industrieroboter beschrieben. - Die Ausbildung der Lagerung der Schweißzange am Schweißzangenhalter als Ausgleichselemente mit jeweils einem in das Roboterprogramm einbeziehbaren pneumatischen Ausgleichs-Zylinderbetrieb ermöglicht in jeder Arbeitslage der Schweißzange ein exaktes Anfahren der, Festelektrode an das Werkstück und erleichtert im übrigen das Einrichten des Roboterprogrammes. Die elektrisch leitende Befestigung der Festelektrode in einer Aufnahme am Zylinderdeckel, wobei dieser gegenüber den übrigen Bauteilen der Schweißzange elektrisch isoliert ist, gewährleistet auch bei verhältnismäßig geringem Gewicht des Festelektrodenarmes einen stabilen Sitz desselben, so dass die Festelektrode nicht unter dem Druck der beweglichen Schweißelektrode aus deren Bewegungslinie gebogen und ein Verschieben und/oder Verformen der Werkstücke bei den Schweißvorgängen vermieden wird.
- Punktschweißpistolen nach dem Stand der Technik benötigen normalerweise eine feststehende und eine bewegbare Elektrode, die während des Schweißstoßes pneumatisch in Richtung der feststehenden Elektrode gebracht wird, aber erst nachdem die Elektroden in unmittelbarer Nähe zu dem schweißbaren Werkstück positioniert sind. Beim Positionieren des Roboters wird das Gewicht der Elektroden und ihrer Halterung von einer arretierten Luftzylindereinrichtung getragen, die die Elektroden für dieses Positionieren in offener oder voneinander beabstandeter Beziehung hält. Nach Beendigung der Positionierbewegung wird der Luftdruck in dem Zylinder freigegeben, wobei eine Fixierfeder die Elektrode während des Schweißstoßes und direkt davor halten kann. Ein Moment durch die schnelle Bewegung zum Positionieren des Roboters oder ein Moment durch eine Betätigung des Luftzylinders kann das Vibrieren der feststehenden Elektrode gegen die Fixierfeder verursachen. Dieses Vibrieren oder Wackeln kann einen Kontakt der feststehenden Elektrode mit dem Werkstück bewirken und es einbeulen, oder wegen einer ungenauen Dimensionierung beim Aufbringen des Druckes zum Punktschweißen zu schadhaften Punktschweißungen führen.
- Von daher liegt der Erfindung das Problem zugrunde, die Nachteile des Standes der Technik zu überwinden und eine Beschädigung an den schweißbaren Werkstücken aufgrund des Wackelns oder Vibrierens, welches sich aus einem solchen Moment der durch Federn im Gleichgewicht gehaltenen Schweißelektroden ergibt, auszuschließen.
- Die erfindungsgemäße Lösung ist durch die Merkmale des Anspruches 1 dargestellt. Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen erfaßt.
- Die Lösung umfaßt ein Punktschweißgerät, das eine Schweißpistole mit einer bewegbaren und einer feststehenden Elektroden aufweist, die an einem Roboterarm-Gelenk gehalten wird, umfassend:
- a) ein durch einen Roboter bewegbares Roboterarm-Gelenk, das die Schweißpistole zur Bewegung in eine oder aus einer Schweißposition für ein Werkstück trägt;
- b) eine Zylinderbaugruppe, die dieses Roboterarm-Gelenk mit der bewegbaren Elektrode der Schweißpistole trägt, um während eines Schweißhubs in Richtung des Werkstücks durch diese bewegbare Elektrode auf das Werkstück und die feststehende Elektrode Druck aufzubringen; und
- c) eine Fixierzylinder-Baugruppe, die das Roboterarm-Gelenk mit der feststehenden Elektrode verbindet, wobei die Fixierzylinder-Baugruppe folgendes aufweist, (i) ein Fixierzylindergehäuse mit einem bewegbaren Fixierkolben, der darin mit der feststehenden Elektrode der Schweißpistole verbunden ist und einen Anschlag für den Fixierkolben aufweist, eine Ausgleichsfeder, die zwischen dem Fixierzylindergehäuse und dem bewegbaren Fixierkolben wirksam ist, um das Gewicht der Schweißpistole zu tragen, (ii) eine Anordnung zur Einleitung von Druckluft in das Fixierzylindergehäuse, um den Fixierkolben in eine Stellung zu drücken, in der er an dem Anschlag des Fixierkolbens festgelegt ist, und (iii) eine Steuereinrichtung, die zwischen der feststehenden Elektrode der Schweißpistole und einem Anschlag des Fixierzylindergehäuse wirksam ist, um bei Freigabe der Druckluft zur Einleitung des Schweißhubs eine Vibrationsbewegung der Schweißpistole zu dämpfen.
- Anhand einer schematischen Zeichnung soll die Erfindung näher erläutert werden. Es zeigen
-
1 die Vorderansicht eines Punktschweißgerätes, im Teilschnitt, bei welchem die Prinzipien der Erfindung bei einer Punktschweißpistole vom C-Typ angewandt werden; -
2 eine Vorderansicht, im Teilschnitt, die eine andere Möglichkeit darstellt, wie die Prinzipien dieser Erfindung auf eine Punktschweißpistole vom Klemmtyp angewandt werden können; und -
3 –5 vergrößerte Schnittansichten einer Fixierzylinder-Baugruppe unter verschiedenen Betriebsbedingungen. - Gemäß
1 weist das Punktschweißgerät10 eine Schweißpistole11 mit einer relativ zur Schweißpistole bewegbaren Elektrode12 und einer relativ zur Schweißpistole feststehenden Elektrode13 auf, die an einem Roboterarm-Gelenk14 des Roboters15 getragen wird. Der Roboter schwenkt Roboterarm-Gelenk14 und Schweißpistole11 schnell in eine Position in die Nähe eines schweißbaren Werkstücks26 , wie dem Rahmen einer Karosserie oder der Abdeckung eines Kraftfahrzeugs (2 ), wobei dieses Positionieren normalerweise erfordert, dass die feststehende Elektrode13 innerhalb einer vorgegebenen Distanz17 von der gewünschten Punktschweißstelle18 , beispielsweise in einem Abmessungsbereich von 5 bis 15 mm, positioniert wird. - Eine Zylinderbaugruppe
19 verbindet das Roboterarm-Gelenk14 mit der bewegbaren Elektrode12 . Die Baugruppe19 umfaßt das Zylindergehäuse20 und den Kolben21 mit einer Stange22 , die sich abdichtend durch das Gehäuse20 erstreckt, so dass sie mit der Elektrode12 verbunden ist. In der Gehäusekammer24 wird ein Fluiddruck23 auf den Kolben21 in die durch Pfeil25 dargestellte Richtung aufgebracht, um mit einem Werkstück26 in Eingriff zu kommen und eine klemmende Anordnung des Werkstücks26 und der beiden Elektroden12 ,13 zu erzeugen. Die bewegbare Elektrode12 bringt genügend Druck auf, um eine Punktschweißung entsprechend den normalen Anforderungen an das Punktschweißen zu bewirken. - Eine Fixierzylinder-Baugruppe
27 verbindet das Roboterarm-Gelenk14 mit der feststehenden Elektrode13 . Die Fixierzylinder-Baugruppe27 weist ein Fixierzylindergehäuse34 auf, das mit einem bewegbaren Fixierkolben35 versehen ist, der darin mit der feststehenden Elektrode13 der Schweißpistole11 verbunden ist und einen Anschlag28 aufweist. - Die Fixierzylinder-Baugruppe
27 umfasst weiterhin eine Ausgleichsfeder29 , die zwischen dem Anschlag28 (des Fixierzylindergehäuses34 ) und dem bewegbaren Fixierkolben35 wirksam ist, um das Gewicht der Schweißpistole11 während eines Schweißhubs über die Strecke38 zu tragen. - Die Fixierzylinder-Baugruppe
27 weist auch eine Anordnung30 zum Einleiten von Druckluft31 in die Fixierzylindergehäusekammer32 auf, um den Fixierkolben35 in Richtung36 einer Position (gemäß3 ) zu drücken, in der er an dem Anschlag28 des Fixierkolbens35 festgelegt ist. - Schließlich umfasst die Baugruppe
27 eine Steuereinrichtung37 , die zwischen der feststehenden Elektrode13 der Schweißpistole11 und einem Anschlag16 (des Fixierzylindergehäuses34 ) wirksam ist, um bei einer Freigabe von Druckluft31 zur Einleitung des Schweißhubs eine Vibrationsbewegung der Schweißpistole11 zu dämpfen. - Das Roboterarm-Gelenk
14 kann mehrere Drehachsen wie die Achse39 aufweisen. Mehrere elektrisch betätigte Luftsteuereinrichtungen (nicht gezeigt) sind mit der Einleitung und Entlüftung von Luft in und aus den Kammern24 und32 verbunden, wobei diese elektrischen Einrichtungen durch den Transformator40 mit Strom versorgt werden können. - Gemäß
2 kann die Pistole11 auch als "Klemmtyp" ausgebildet sein, wobei eine bewegbare Elektrode41 um die Achse42 geschwenkt wird, damit die Elektrodenspitze43 einen Druck aufbringen kann, indem sie in einen Kontakt mit dem Werkstück44 geschwenkt wird, das hier aus einem flachen Metallblech45 und einem gewellten Metallblech46 zur spanlosen Formgebung einer Abdeckung besteht. Die Zylinderbaugruppe47 , die durch das mit dem Roboter15 verbundene Roboterarm-Gelenk14 getragen wird, weist einen im Zylindergehäuse49 abdichtend verschiebbaren Kolben48 mit Gleitdichtungsring auf, der durch Differenzdrücke in Bewegung gesetzt wird, die von mehreren unterschiedlichen Anschlüssen50 ,51 und52 aufgebracht werden. Ein mit dem Kolbenbereich54 des Kolbens48 mit Gleitdichtungsring verbundener Schaft53 wird anschließend betriebsbereit gemacht, um das Ende eines Fingers55 der Elektrode41 wahlweise und geradlinig in Eingriff zu bringen, so dass sie um die Achse42 geschwenkt wird und Druck aufgebracht wird. - Das Ausführungsbeispiel nach
2 unterscheidet sich außerdem durch die Fixierzylinder-Baugruppe56 , die nicht nur das Fixierzylindergehäuse57 , einen Fixierkolben58 , eine Ausgleichsfeder59 , eine Einrichtung zum Aufbringen von Luftdruck60 und einen feststehenden Anschlag61 , die alle in einer Art und Weise arbeiten, die der gemäß1 ähnlich ist, sondern eine Steuereinrichtung62 aufweist, die mit der feststehenden Elektrode der Schweißpistole11 verbunden ist. Diese Steuereinrichtung62 weist ein Gehäuse63 auf, das mit einer Gehäusekammer68 versehen ist, die normalerweise den Steuerkolben64 von dem Anschlag66 des Steuerkolbens weg vorspannt. Der Steuerkolben64 ist in dem Zylindergehäuse63 verschiebbar und durch den Schaft65 mit dem Fixierkolben58 verbunden. Zwischen dem Steuerkolben64 und dem feststehenden Anschlag61 oder dem Fixierzylindergehäuse57 ist eine Steuerfeder67 wirksam, um den Steuerkolben64 gegen das Luftpolster zu drücken, das in den Kammern68 zwischen dem Gehäuse63 und dem Steuerkolben64 enthalten sein kann, um dadurch bei Freigabe des Luftdrucks in der Gehäusekammer69 jede Vibrationsbewegung der Schweißpistole11 zu dämpfen. - Auf Grund der Notwendigkeit, die Zeit des Punktschweißzyklus zu reduzieren, bewirkt eine schnelle und plötzliche Bewegung des Roboters
15 Bewegungsenergie, die in der Masse der Schweißpistole11 für einen Augenblick nach Beendigung des Positionierens der Schweißpistole11 und der gleichzeitigen Einleitung des Schweißhubs gebunden wird. Durch dieses Positionieren wird die feststehende Elektrode13 wünschenswerterweise innerhalb von plus oder minus 5 mm vom Werkstück26 ,44 angeordnet, während die bewegbare Elektrode41 ,12 ihren Hub bei plus oder minus 25 mm beginnt, um einen Kontakt herzustellen und auf das Werkstück26 ,44 einen Druck aufzubringen. Bei dieser Einleitung wird Druckluft aus der Kammer32 ,69 des Fixierzylindergehäuse34 ,57 entlüftet, wodurch das Gewicht der Schweißpistole11 auf die Ausgleichsfeder29 ,59 aufgebracht wird. Dieses Restmoment wird bewirken, dass die Schweißpistole11 instabil wird, und das Potential besitzt, eine Beschädigung am Werkstück zu verursachen, bevor sie während des vollständigen Schweißhubs abgesetzt wird, oder kann eine ungenaue Anordnung der Punktschweißung verursachen. Die Erfindung überwindet derartige Eventualitäten durch Verwendung einer Steuerfeder67 , die eine der Federkraft der Ausgleichsfeder59 ,29 angepasste Federkraft aufweist, um die gewünschte Steuerung zu bewirken. - Die Kraft der Feder
59 liegt vorteilhafterweise im Bereich von 0 bis 90720 g (0 bis 200 lbs), und die Kraft der Steuerfeder67 liegt wünschenswerterweise im Bereich von 0 bis 45360 g (0 bis 100 lbs). Der Luftdruck, der genutzt wird, um den in einem am Anschlag61 festgelegten Zustand befindlichen Kolben58 in Bewegung zu setzen, liegt im Bereich von 413·103 Pa bis 689·103 Pa (60 bis 100 psi), und der Luftdruck liegt im Bereich von 276·103 Pa bis 689·103 Pa (40 bis 100 psi), wobei er aber eingestellt werden kann, um die auf die Halterung für die Schweißpistole in bewegungsloser, ausgeglichener Art und Weise aufgebrachte reine Federkraft zu variieren. - Unter Verwendung der Steuerungseinrichtung nach
2 stellen die3 bis5 unterschiedliche Zustände dieser Einrichtung dar. In3 wird kein Luftdruck (der durch das Steuerventil70 gesteuert wird) auf die Kammer68 aufgebracht, so dass der Steuerkolben64 mit dem Anschlag66 in Kontakt bleibt, was bewirkt, dass der Steuerkolben64 und das Zylindergehäuse63 gemeinsam wirksam sind. Die Feder67 ist die einzige Kompensationskraft, die der Kraft der Feder59 entgegenwirkt, wenn aus der Kammer69 Druckluft abgelassen wird. Die Luftdruckeinrichtung60 kann eine Luftversorgung71 , ein Vierwege-Hauptventil72 und einen Auslaß73 umfassen. Luft für die Rückführung des Schweißstoßes bewirkt das Positionieren der primären Zylinder-Baugruppe. - In
4 wird auf die Kammer68 ein Luftdruck aufgebracht, um die Kraft der Steuerfeder67 einzustellen, die den Anschlag66 (an einem Ende des Schaftes65 ) in eine entgegengesetzte Richtung schiebt, von der die Feder59 den Kolben58 (der am anderen Ende des Schaftes65 befestigt ist) schiebt. Im arretierten Zustand nach4 ist der Luftdruck in der Kammer69 viel größer als die Kraft der Feder59 , und so ist der Kolben58 dargestellt, wie er an die Fläche des mit dem Gehäuse57 einstückigen, abgesetzten Anschlags61 anstößt. - In
5 ist die Kammer69 entlüftet, und der Ausgleich der Federkräfte kann wirksam werden. Zu beachten ist die Bewegung des Kolbens58 von dem Anschlag61 weg, die durch die Gegenkraft der Feder67 eingeschränkt wird, wobei das Luftpolster hinter dem Kolben64 genutzt wird, um eine Vibration der feststehenden Elektrode bei diesem Entlüften auszuschließen.
Claims (9)
- Punktschweißgerät, das eine Schweißpistole (
11 ) mit einer bewegbaren (12 ,41 ) und einer feststehenden Elektroden (13 ) aufweist, die an einem Roboterarm-Gelenk (14 ) gehalten wird, umfassend: a) ein durch einen Roboter bewegbares Roboterarm-Gelenk (14 ), das die Schweißpistole (11 ) zur Bewegung in eine oder aus einer Schweißposition für ein Werkstück (26 ,44 ) trägt; b) eine Zylinderbaugruppe (19 ,47 ), die dieses Roboterarm-Gelenk (14 ) mit der bewegbaren Elektrode (12 ,41 ) der Schweißpistole (11 ) trägt, um während eines Schweißhubs in Richtung des Werkstücks (26 ,44 ) durch diese bewegbare Elektrode (12 ) auf das Werkstück (26 ,44 ) und die feststehende Elektrode (13 ) Druck aufzubringen; und c) eine Fixierzylinder-Baugruppe (27 ,56 ), die das Roboterarm-Gelenk (14 ) mit der feststehenden Elektrode (13 ) verbindet, wobei die Fixierzylinder-Baugruppe (27 ,56 ) folgendes aufweist, (i) ein Fixierzylindergehäuse (34 ,57 ) mit einem bewegbaren Fixierkolben (35 ,58 ), der darin mit der feststehenden Elektrode (13 ) der Schweißpistole (11 ) verbunden ist und einen Anschlag (28 ,61 ) für den Fixierkolben (35 ,58 ) aufweist, eine Ausgleichsfeder (29 ,59 ), die zwischen dem Fixierzylindergehäuse (34 ,57 ) und dem bewegbaren Fixierkolben (35 ,58 ) wirksam ist, um das Gewicht der Schweißpistole (11 ) zu tragen, (ii) eine Anordnung (30 ,60 ) zur Einleitung von Druckluft (31 ) in das Fixierzylindergehäuse (34 ,57 ), um den Fixierkolben (35 ,58 ) in eine Stellung zu drücken, in der er an dem Anschlag (28 ,61 ) festgelegt ist, und (iii) eine Steuereinrichtung (37 ,62 ), die zwischen der feststehenden Elektrode (13 ) der Schweißpistole (11 ) und einem Anschlag (16 ,66 ) des Fixierzylindergehäuses (34 ,57 ) wirksam ist, um bei Freigabe der Druckluft zur Einleitung des Schweißhubs eine Vibrationsbewegung der Schweißpistole (11 ) zu dämpfen. - Gerät nach Anspruch 1, in welchem die Steuereinrichtung (
62 ) eine Steuerfeder (67 ) mit einer vorbestimmten Federkraft aufweist, die der Federkraft der Ausgleichsfeder (59 ) angepasst ist, um dadurch diese Steuerung zu bewirken. - Gerät nach Anspruch 1 oder 2, in welchem die Steuereinrichtung (
62 ) aufweist: a) einen Steuerzylinder mit einem darin verschiebbaren Steuerkolben (64 ), einem Steuerkolbenanschlag (66 ), und einer Gehäusekammer (68 ), die den Steuerkolben (64 ) normalerweise vom Steuerkolbenanschlag (66 ) weg vorspannt, wobei das Zylindergehäuse (63 ) mit der Schweißpistole (11 ) verbunden ist, um sich mit dieser zu bewegen; und b) eine Steuerfeder (67 ), die zwischen dem Steuerkolben (64 ) und dem Anschlag (66 ) oder dem Zylindergehäuse (63 ) wirksam ist, um den Steuerkolben (64 ) gegen das Luftpolster zu drücken, das zwischen dem Zylindergehäuse (63 ) und dem Steuerkolben (64 ) enthalten sein kann, um dadurch jede beliebige Vibrationsbewegung der Schweißpistole (11 ) nach Freigabe der Druckluft in der Gehäusekammer (68 ) des Zylinders zu dämpfen. - Gerät nach einem der vorgehenden Ansprüche, in welchem der Luftdruck in dem Fixierzylindergehäuse (
34 ,57 ) verändert wird, um die auf die Schweißpistole (11 ) aufgebrachte reine Federkraft zum Ausgleichen des Gewichts der Schweißpistole (11 ) einzustellen. - Gerät nach einem der vorgehenden Ansprüche, in welchem die Ausgleichsfeder (
59 ) eine Kraft im Bereich von 0 bis 890 N, und die Steuerfeder (67 ) eine Kraft im Bereich von 0 bis 445 N aufbringen kann. - Gerät nach einem der vorgehenden Ansprüche, in welchem der Luftdruck im Bereich von 413·103 bis 689·103 Pa (60 bis 100 psi) und der Luftdruck im Bereich von 276·103 bis 689·103 Pa (40 bis 100 psi) liegt.
- Gerät nach einem der vorgehenden Ansprüche, in welchem bei Beendigung des Schweißhubs der Luftdruck im Gehäuse des Zylinders wiederhergestellt wird, um die bewegbare Elektrode (
12 ) von dem Werkstück (26 ) wegzubewegen und die Elektrode (12 ) von der Punktschweißung zu entfernen. - Gerät nach einem der vorgehenden Ansprüche, in welchem die Abstreifkraft im Bereich von 890 – 1112 N, vorzugsweise bei etwa 1112 N liegt.
- Gerät nach einem der vorgehenden Ansprüche, in welchem die Schweißpistole (
11 ), als Scherenschweißzange ausgebildet ist, wobei die bewegbare Elektrode (41 ) zum Werkstück einen Schweißhub über eine Bewegungsstrecke von etwa plus oder minus 25 mm überwindet.
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