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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung für das Bolzenschweißen, insbesondere für das Bolzenschweißen ohne
Stützfuß, sowie
ein Computerprogramm hierfür.
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Bei,
bisher überwiegend
verwendeten Bolzenschweißgeräten wird
ein Schweißkopf
bzw. für manuelles
Schweißen
eine Schweißpistole
eingesetzt, wobei jeweils am vorderen Ende des Schweißkopfs bzw.
der Schweißpistole
ein Stützfuß oder Abstandshalter
vorgesehen ist. Nach dem Aufsetzen des Bolzenschweißkopfs bzw.
der Schweißpistole mit
dem Stützfuß auf die
Werkstückoberfläche ergibt sich
somit eine definierte Position, insbesondere ein definierter Abstand
des Schweißkopfs
bzw. der Schweißpistole
von der Werkstückoberfläche. Die Bewegung
des Bolzenhalters und des darin gehaltenen und zu verschweißenden Teils
in Bezug auf die Werkstückoberfläche kann
dann ausgehend von dieser definierten Position vorgenommen werden.
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Eine
derartige Bolzenschweißvorrichtung
ist beispielsweise in der
DE
32 15 453 C1 beschrieben. Bei dieser Bolzenschweißvorrichtung
weist die Bolzenschweißpistole
einen elektromotorischen Antrieb für die Schweißachse auf,
wobei ein Gleichstrommotor die Schweißachse (hier die Pinole) und
den damit verbundenen Bolzenhalter in axialer Richtung antreibt.
Nach dem Aufsetzen der Schweiß pistole
mit dem Stützfuß auf die
Werkstückoberfläche wird
der Bolzenhalter zunächst
solange auf die Werkstückoberfläche zubewegt,
bis die Stirnseite des im Bolzenhalter gehaltenen zu verschweißenden Teils
in Kontakt mit der Werkstückoberfläche steht.
Anschließend wird
der Strom für
den Vorstromlichtbogen eingeschaltet und die Schweißachse mittels
des Gleichstrommotors von der Werkstückoberfläche abgehoben. Hierdurch wird
ein Vorstromlichtbogen gezündet.
Der weitere Verlauf entspricht dem üblichen Verfahren des Bolzenschweißens mit
Hubzündung.
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Des
Weiteren ist aus der
EP 0 776
261 B1 eine Vorrichtung zum Zusammenschweißen wenigstens
zweier Teile bekannt, bei der ein Schweißkopf mittels eines Verstellantriebs,
beispielsweise eines Roboterarms, gegenüber der beabsichtigten Schweißstelle
des Werkstücks
ausgerichtet und anschließend
in Richtung auf das Werkstück
bewegt wird, bis die Stirnseite des zu verschweißenden Teils an die Werkstückoberfläche angepresst
ist. Der Schweißkopf
wird dabei über
die Position einer erstmaligen Berührung des zu verschweißenden Teils mit
der Werkstückoberfläche hinaus
in Richtung auf das Werkstück
zubewegt. Die Schweißachse
des Schweißkopfs
ist hierzu derart ausgebildet, dass sie bei dieser weiteren Bewegung
des Schweißkopfs
in Richtung auf das Werkstück
in den Schweißkopf
hineinbewegt wird. Durch das Vorsehen eines derartigen zusätzlichen
Bewegungswegs für
den Schweißkopf
ist es möglich,
in einem großen
Bereich unabhängig
von Lagetoleranzen des Werkstücks
und Toleranzen bei der Bewegung des Schweißkopfs einen sicheren Kontakt
zwischen der Stirnseite des zu verschweißenden Teils und dem Werkstück herzustellen.
Nach dem Stoppen der Bewegung des Schweißkopfs kann die Schweißachse des
Schweißkopfs
mit dem Bolzenhalter und dem darin gehaltenen zu verschweißenden Teil
ausgehend von der dann vorhandenen Ausgangsstellung zur weiteren
Durchführung des
Schweißvorgangs
bewegt werden. Diese Bewegung erfolgt mittels des Antriebs für die Schweißachse.
Diese Vorrichtung bzw. dieses Verfahren ermöglicht somit ein Schweißen ohne
Stützfuß.
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Der
Vorteil des Schweißens
ohne Stützfuß ist u.a.
darin zu sehen, dass der Schweißbereich,
d.h. der Bereich der Werkstückoberfläche, der
für das Schweißen zugänglich sein
muss, im Vergleich zum Schweißen
mit Stützfuß eine deutlich
geringere Fläche
aufweisen kann. Insbesondere ist es beim Schweißen mit Stützfuß kaum möglich, ein zu verschweißendes Teil
in relativ engen Nuten des Werkstücks mit diesem zu verschweißen.
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Insbesondere
bei Bolzenschweißverfahren bzw.
Bolzenschweißvorrichtungen,
die ohne Stützfuß arbeiten,
besteht jedoch eine gewisse Gefahr darin, dass bei einem Fehlen
eines zu verschweißenden Teils
im Bolzenhalter der Bolzenhalter selbst mit dem Werkstück verschweißt wird.
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Bei
Bolzenschweißvorrichtungen,
die mit einem Stützfuß arbeiten,
könnte
das Detektieren des Vorhandensein eines zu verschweißenden Teils
im Bolzenhalter auf einfache Weise dadurch erfolgen, dass nach dem
Aufsetzen des Schweißkopfs
auf das Werkstück
der Weg gemessen wurde, um den die Schweißachse auf das Werkstück zubewegt
werden muss, bis ein Kontakt erreicht ist. In Kenntnis der Geometrie
des zu verschweißenden
Teils und dessen Position im Bolzenhalter kann dann auf das Vorhandensein
eines zu verschweißenden
Teils geschlossen werden, wenn die zurückgelegte Wegstrecke der Schweißachse bis
zum Kontakt des zu verschweißenden
Teils mit dem Werkstück
kleiner ist als ein vorgegebener Weg. Dieses Verfahren versagt jedoch bei
Bolzenschweißvorrichtungen,
die ohne Stützfuß arbeiten.
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Aus
der
DE 44 06 531 A1 ist
eine Halterungsvorrichtung für
eine Bolzenschweißeinrichtung
bekannt, welche das temporäre
Halten von Tellerstiften ermöglicht.
Die Halterungsvorrichtung umfasst ein aus einem elektrisch leitenden
Material gefertigtes Teil, das an seinem Ende zylindrisch ausgebildet
ist und eine Aussparung aufweist, in der ein Permanentmagnet befestigbar
ist. Hierdurch entsteht eine ringförmig elektrisch leitende Stirnfläche zur Übertragung des
Schweißstroms
auf den zu verschweißenden Tellerstift.
Des Weiteren ist eine aus einem eleltrisch isolierenden Material
bestehende Schichtvorgesehen, die derart auf der Stirnfläche des
Permanentmagneten aufgebracht ist, dass sie bündig mit der ringförmigen Stirnfläche abschließt. Um das
Teil aus elektrisch leitendem Material herum kann eine Ummantelung
6 aufgeschoben und fixiert sein, die mit ihrem vorderen Ende über die
ringförmige,
elektrisch leitende Stirnfläche
hinausragt. Die Stirnseite dieser Ummantelung ist schräg nach innen
verlaufend ausgebildet, so dass die Ummantelung als Hilfe für das Einführen und
koaxiale Ausrichten des zu verschweißenden Tellerstifts dient.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Bolzenschweißverfahren
und eine Bolzenschweißvorrichtung,
insbesondere für
das Bolzenschweißen
ohne Stützfuß zu schaffen,
wobei das Vorhandensein eines zu verschweißenden Teils im Bolzenhalter
sicher detektierbar ist. Des Weiteren liegt der Erfindung die Aufgabe
zugrunde, ein Programm, insbesondere zur Aufrüstung bestehender Bolzenschweißvorrichtungen,
zu schaffen, um das erfindungsgemäße Verfahren durchführen zu
können.
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Die
Erfindung löst
diese Aufgabe mit den Merkmalen der Patentansprüche 1 bzw. 11, 14, 16 und 19.
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Die
Erfindung geht von der Erkenntnis aus, dass durch die Verwendung
eines speziellen Bolzenhalters mit einer elektrisch isolierenden
Stirnseite das Detektieren des Vorhandensein eines Bolzens im Bolzenhalter
durch folgende Verfahrensschritte ermöglicht wird:
- a)
Bewegen des Bolzenhalters in Richtung auf die Werkstückoberfläche bei
gleichzeitigem Überwachen
eines mechanischen Kontakts zwischen der Stirnseite des Bolzenhalters
oder der Stirnseite eines im Bolzenhalter gehaltenen zu verschweißenden Teils
und der Werkstückoberfläche und gleichzeitigem Überwachen
eines elektrischen Kontakts zwischen der Stirnseite eines im Bolzenhalter
gehaltenen zu verschweißenden
Teils und dem Werkstück;
wobei die Bewegung zumindest solange fortgesetzt wird, bis ein elektrischer
oder mechanischer Kontakt detektiert wird,
- b) für
den Fall dass nur ein mechanischer Kontakt detektiert wird:
i)
Interpretieren des alleinigen mechanischen Kontakts als Zustand,
in dem kein zu verschweißendes
Teil im Bolzenhalter gehalten ist,
ii) Abheben des Bolzenhalters
vom Werkstück
bis ein vorbestimmter Abstand zwischen der Stirnseite des Bolzenhalters
und der Werkstückoberfläche erreicht
ist;
iii) Zuführen
eines zu verschweißenden
Teils in den Bolzenhalter so, dass die Stirnseite des zu verschweißenden Teils
um einen vorbestimmten Überstand über die
Stirnseite des Bolzenhalters hinausragt oder in Kontakt mit dem
Werkstück steht;
iv)
Durchführen
eines Schweißvorgangs;
- c) für
den Fall dass nur ein elektrischer oder ein elektrischer und mechanischer
Kontakt detektiert wird:
i) Interpretieren des alleinigen elektrischen
oder elektrischen und mechanischen Kontakts als Zustand, in dem
ein zu verschweißendes
Teil im Bolzenhalter gehalten ist,
ii) Erzeugen eines Bolzen-Vorhanden-Signals.
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Dieses
Verfahren hat den Vorteil, dass es in bestehende Bolzenschweißvorrichtungen
ohne großen
Aufwand integriert werden kann. Hierzu muss lediglich ein geeigneter
Bolzenhalter verwendet werden und die Auswerte- und Steuereinheit
muss entsprechend umgerüstet
werden. Letzteres ist jedoch mit relativ geringem Aufwand möglich, da
sich der Verfahrensablauf durch das Umrüsten der Auswerte- und Steuereinheit,
die üblicherweise
eine Mikroprozessoreinheit umfasst, auf eine geänderte Software implementieren
lässt.
Hinzu kommt, dass, falls die Vorrichtung noch keine Mittel zum Detektieren
eines mechanischen Kontakts aufweist, eine entsprechende Hardwareänderung
vorgenommen werden muss (beispielsweise das Vorsehen einer Einheit
zur Erfassung der Leistungsaufnahme des betreffenden Antriebs).
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Nach
einer Ausführungsform
der Erfindung kann ein Ausstoßvorgang
für ein
bereits im Bolzenhalter vorhandenes zu verschweißendes Teil ausgelöst werden,
wenn ein Bolzen-Vorhanden-Signal auftritt. Hierzu wird von der Auswerte-
und Steuereinheit vorzugsweise die Historie bereits durchgeführter Aktionen
gespei chert, so dass Situationen, in denen kein zu verschweißendes Teil
im Bolzenhalter vorhanden sein dürfte,
erkannt werden.
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Nach
einer Ausführungsform
der Erfindung kann ein zu verschweißendes Teil nach einem Ausstoßvorgang
erst dann zugeführt
werden, wenn mittels Durchführung
des Verfahrens zum Detektieren des Vorhandenseins eines zu verschweißenden Teils festgestellt
wurde, dass sich kein zu verschweißendes Teil im Bolzenhalter
befindet.
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Selbstverständlich kann
der Ausstoßvorgang jedoch
auch in der Weise durchgeführt
werden, dass ein weiteres zu verschweißendes Teil zugeführt und mit
diesem das bereits vorhandene zu verschweißende Teil aus dem Bolzenhalter
ausgestoßen
wird.
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Erfindungsgemäß kann zumindest
die Bewegung des Bolzenhalters gemäß Merkmal a) des Anspruchs
1 durch einen im Bolzenschweißkopf
vorgesehenen Antrieb für
den Bolzenhalter oder eines damit gekoppelten Elements bewirkt werden.
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Nach
einer Ausführungsform
des Verfahrens kann der Bolzenschweißkopf vor der Durchführung der
Schritte gemäß Anspruch
1 mittels eines Positionierantriebs so in Bezug auf das Werkstück positioniert
wird, dass zwischen der Stirnseite des Bolzenhalters und der Werkstückoberfläche, vorzugsweise an
der gewünschten
Schweißstelle,
ein vorbestimmter Abstand gegeben ist. Dieser muss selbstverständlich so
klein sein, dass die weiteren erforderlichen Bewegungen des Bolzenhalters
in Richtung auf das Werkstück
durch den im Bolzenschweißkopf
vorgesehenen Antrieb erfolgen können.
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Das
Detektieren eines mechanischen Kontakts kann durch das Erfassen
der Leistungsaufnahme des Antriebs für den Bolzenhalter oder die
bei dem Bewegungsversuch im Bolzenhalter oder einem damit gekoppelten
Element in diesem wirkende Anpresskraft erfolgen, wobei bei einem
Detektieren einer eine vorbestimmte Schwelle übersteigenden Leistungsaufnahme
oder Anpresskraft der Bewegungsversuch abgebrochen und das Vorliegen
eines mechanischen Kontakts zwischen Bolzenhalter und Werkstück angenommen
wird.
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Nach
einer Ausführungsform
des Verfahrens nach der Erfindung kann beim Zuführen eines zu verschweißenden Teils
das Auftreten eines mechanischen oder elektrischen Kontakts überwacht
werden. Bei Detektieren eines Kontakts bereits beim Zuführvorgang
kann auf das Vorhandensein eines bereits vor dem Zuführvorgang
im Zuführweg
befindliches zu verschweißendes
Teil geschlossen und vorzugsweise der Zuführvorgang gestoppt werden.
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Falls
erforderlich, kann der Bolzenhalter in eine Position bewegt werden,
in der durch ein erneutes Starten der Zuführbewegung des zu verschweißenden Teils
für dessen
Zuführen
in die Ausgangsposition im Bolzenhalter das bereits vorhandene zu
verschweißende
Teil ausgestossen werden kann.
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Die
Bolzenschweißvorrichtung
zur Durchführung
des Verfahrens nach der Erfindung umfasst einen Bolzenschweißkopf mit
einem Antrieb für
einen Bolzenhalter mit elektrisch isolierender Stirnseite oder ein
damit gekoppeltes Element, Mittel zum Detektieren eines mechanischen
Kontakts zwischen dem Bolzenhalter oder einem darin gehaltenen zu verschweißenden Teil
und einem Werkstück,
Mittel zum Detektieren eines elektrischen Kontakts zwischen dem
Bolzenhalter und dem Werkstück
und eine Auswerte- und Steuereinheit, welche mit dem An trieb für den Bolzenhalter
und den Mitteln zum Detektieren eines elektrischen sowie den Mitteln
zum Detektieren eines mechanischen Kontakts verbunden ist. Die Auswerteeinheit
ist so ausgebildet, dass sie den Antrieb für den Bolzenhalter und die
Mittel zum Detektieren eines elektrischen oder mechanischen Kontakts
entsprechend den Schritten des erfindungsgemäßen Verfahrens ansteuert und
von den Mitteln zum Detektieren eines mechanischen und den Mitteln
zum Detektieren eines elektrischen Kontakts gelieferte Signale entsprechend
auswertet.
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Ein
Bolzenhalter für
eine Vorrichtung nach der Erfindung besteht vorzugsweise aus Metall
und weist im Bereich der Stirnseite eine elektrisch isolierende
Schicht auf. Anstelle einer elektrisch isolierenden Schicht kann
jedoch auch der gesamte vordere Bereich des Bolzenhalters aus einem
elektrisch isolierenden Material bestehen. Die Schicht kann eine Keramikschicht
sein bzw. der vordere Bereich des Bolzenhalters kann vollständig aus
einem keramischen Material bestehen.
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Weitere
Ausführungsformen
der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und Verwendungsansprüchen.
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Die
Erfindung wird nachfolgend anhand in der Zeichnung dargestellter
Ausführungsbeispiele näher erläutert. In
der Zeichnung zeigen:
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1 eine schematische Darstellung
einer Bolzenschweißvorrichtung
nach. der Erfindung;
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2 eine vergrößerte Darstellung
des Bolzenhalters der Bolzenschweißvorrichtung in 1;
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3 die schematische Darstellung
verschiedener Phasen der Bewegung des Bolzenhalters zur Realisierung
einer Ausführungsform
des Verfahrens nach der Erfindung.
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4 eine vergrößerte Darstellung
einer weiteren Ausführungsform
eines Bolzenhalters für die
Bolzenschweißvorrichtung
in 1.
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1 zeigt eine Bolzenschweißvorrichtung 1,
welche einen Bolzenschweißkopf 3 umfasst,
welcher aus der eigentlichen Schweißachse 5 und einem Antrieb 7 zur
axialen Bewegung der Schweißachse 5 (Pfeil
I in 1) besteht.
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Der
gesamte Schweißkopf 3 kann,
wie in 1 angedeutet,
an einem Roboterarm 9 angeordnet sein, mittels welchem
der Schweißkopf 3 in
einer oder mehreren räumlichen
Achsen bewegbar ist.
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Sowohl
der Antrieb 7 für
die Schweißachse 5 als
auch ein Antrieb 11 für
den Roboterarm 9 wird mittels einer Auswerte- und Steuereinheit 13 angesteuert.
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Die
Auswerte- und Steuereinheit 13 kann dabei zusätzlich (in
nicht dargestellter Art und Weise) die weiteren Ansteuerungen des
Schweißkopfs 3 hinsichtlich
der Steuerung des Schweißstroms übernehmen.
Da sich die vorliegende Erfindung im Wesentlichen auf eine Bewegung
des Schweißkopfs 3 bzw. eines
Bolzenhalters 15 der Schweißachse 5 bezieht, wurde
auf eine Darstellung weiterer Komponenten der Bolzenschweißvorrichtung 1 verzichtet.
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1 zeigt des Weiteren ein
Werkstück 17, auf
welches ein im Bolzenhalter 15 gehaltenes zu verschweißendes Teil
(Bolzen) 19 aufgeschweißt werden soll. Das Werkstück 17 steht
in elektrischem Kontakt mit der Auswerte- und Steuereinheit 13.
Dies ist zum einen für
das Fließen
eines Schweißstroms während des
Schweißvorgangs
erforderlich und zum anderen, um in der nachfolgend erläuterten
Art und Weise einen elektrischen Kontakt zwischen dem Bolzenhalter 15 und
dem Werkstück 17 über das
zu verschweißende
Teil 19 zu detektieren.
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1 zeigt des Weiteren, dass
der Schweißachse 5 des
Bolzenschweißkopfs 3 mittels
einer nicht näher
dargestellten automatischen Zuführvorrichtung zu
verschweißende
Teile 19 zugeführt
werden können.
Dies erfolgt mittels eines Zuführkanals 21 im vorderen
Bereich des Schweißkopfs 3,
welcher in üblicher
Weise mittels eines Schlauchs (nicht dargestellt) mit der automatischen
Zuführvorrichtung
verbunden ist.
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Das
Zuführen
eines zu verschweißenden Teils 19 erfolgt
mittels Blasluft, wodurch das zu verschweißende Teil über den Zuführkanal 21 in den vorderen
Bereich des Bolzenschweißkopfs 3 bewegt wird.
In dieser Lage befindet sich das zu verschweißende Teil bereits im Wesentlichen
in der Achse der Schweißachse 5 bzw.
des Bolzenhalters 15. Das zu verschweißende Teil 19 wird
dann mittels eines Ladestifts 23 durch den Bolzenhalter
hindurch in dessen vorderen Bereich in eine axiale Position geschoben, in
welcher ein Verschweißen
des Teils 19 möglich
ist. Hierzu muss das Teil 19 selbstverständlich um
einen vorbestimmten Überstand
d über
die Stirnseite des Bolzens hinausragen. Der Ladestift 23 wird
von einem in 1 nur schematisch
dargestellten Antrieb 25 beaufschlagt, der üblicherweise
als pneumatischer Antrieb ausgebildet ist. Der Antrieb 25 ermöglicht die
Bewegung des Ladestifts 23 zwischen einer vorderen Position,
in welcher die Stirnseite des Ladestifts 23 die rückwärtige Stirnseite
des zu verschweißenden
Teils 19 beaufschlagt, und einer zurückgezogenen Position, in welcher
der vordere Bereich des Ladestifts 23 soweit zurückgezogen
ist, dass der Zuführ kanal 21 für das Zuführen eines
zu verschweißenden
Teils frei ist. Der Antrieb 25 wird ebenfalls von der Auswerte-
und Steuereinheit 13 angesteuert.
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2 zeigt den vorderen Bereich
des Schweißkopfs 3,
insbesondere den Bolzenhalter 15. Dieser weist erfindungsgemäß an seiner
Stirnseite eine elektrisch isolierende Schicht 15a auf,
die beispielsweise aus keramischem Material oder einem hitzebeständigen Kunststoffmaterial
bestehen kann. Das Material kann aufgedampft, aufgesputtert oder
in sonstiger Weise aufgebracht sein. Anstelle einer Beschichtung
kann auch zumindest der gesamte vordere Bereich des Bolzenhalters 15 aus
einem elektrisch isolierenden Material bestehen.
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In
jedem Fall muss der Bolzenhalter zur Durchführung des erfindungsgemäßen Materials auch
bei einem Aufsetzen auf das Werkstück gewährleisten, dass kein elektrischer
Kontakt mit dem Werkstück
hergestellt wird.
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Im
Folgenden wird das erfindungsgemäße Bolzenschweißverfahren
mittels einer Vorrichtung, wie sie in 1 und 2 dargestellt ist, näher erläutert.
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Hierzu
zeigt 3 verschiedene
Phasen bzw. einzelne Schritte eines Schweißvorgangs, wobei jeweils nur
der vordere Bereich der Schweißachse 5 dargestellt
ist, sowie das Werkstück 17,
auf welches ein oder mehrere zu verschweißende Teile aufgeschweißt werden
sollen. Dabei wird davon ausgegangen, dass zunächst kein zu verschweißendes Teil 19 im
Bolzenhalter 15 vorhanden ist.
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Die
in 3a dargestellte Phase
zeigt die bereits in Bezug auf das Werkstück 5 positionierte Schweißachse 5.
Die in 3a dargestellte
Position kann dabei entweder durch eine Ansteuerung des Antriebs 7 für die Schweißachse 5 oder durch
eine Ansteuerung des Antriebs 11 für den Roboterarm 9 angefahren
werden.
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Dabei
sei an dieser Stelle erwähnt,
dass die Ansteuerung des Antriebs 11 für den Roboterarm 9 nicht
nur von der Auswerte- und Steuereinheit 13, wie in 1 dargestellt, erfolgen
kann, sondern selbstverständlich
auch durch eine selbständige
Auswerte- und Steuereinheit für
den Roboterarm. Die beiden Steuereinheiten können hierzu selbstverständlich miteinander
kommunizieren, um einen korrekten und möglichst effizienten Ablauf
des Schweißvorgangs
zu gewährleisten.
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Bei
der in 3a dargestellten
Position der Schweißachse 5 weist
die Stirnseite des Bolzenhalters 15 einen Abstand Xa von der Oberfläche des Werkstücks 17 auf.
Ausgehend von dieser Position wird die Schweißachse 5 solange auf
die Werkstückoberfläche zubewegt,
bis die Stirnseite des Bolzenhalters 15 mit der Werkstückoberfläche in mechanischem
Kontakt steht. Diese Phase ist in 3b dargestellt.
Das Bewegen der Schweißachse
kann durch einen der beiden Antriebe 7 oder 11 erfolgen. Vorzugsweise
wird man die Bewegung jedoch mittels des Antriebs 7 vornehmen,
da dieser in der Regel eine genauere Positionierung der Schweißachse 5 in deren
axialer Richtung ermöglicht.
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Das
Detektieren eines mechanischen Kontakts zwischen der Stirnfläche des
Bolzenhalters 15 und der Oberfläche des Werkstücks 17 kann
beispielsweise durch das Messen der Antriebsleistung des jeweiligen
Antriebs, vorzugsweise des Antriebs 7, erfolgen. Sobald
die Antriebsleistung in Folge eines mechanischen Kontakts zwischen
Werkstück und
Bolzenhalter sprunghaft ansteigt, wird von einem mechanischen Kontakt
ausgegangen und der Antrieb stillgesetzt.
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Eine
derartige Auswertung zur Erfassung eines mechanischen (oder wie
unten beschrieben, eines elektrischen) Kontakts kann in üblicherweise durch
die Auswerte- und Steuereinheit vorgenommen werden.
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Wie
bereits erläutert,
kann die Auswerte- und Steuereinheit 13 für das Detektieren
eines mechanischen Kontakts die Leistungsaufnahme des Antriebs 7 bzw.
des Antriebs 11 erfassen. Hierzu können in der Auswerte- und Steuereinheit 13 geeignete
Mittel vorgesehen sein. Nach dem Aufsetzen des Bolzenhalters auf
die Oberfläche
gemäß 3b steuert die Auswerte-
und Steuereinheit 13 den Antrieb 7 (alternativ
den Antrieb 11) so an, dass die Stirnseite des Bolzenhalters 15 um
einen Abstand Xc von der Werkstückoberfläche abgehoben
wird.
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Anschließend kann
ein zu verschweißendes Teil 19 über den
Zuführkanal 21 der
Schweißachse zugeführt werden.
Hierzu kann die Auswerte- und Steuereinheit 13 ein Signal
an eine nicht dargestellte Steuereinheit für eine selbsttätige Zuführvorrichtung abgeben.
Nach dem Zuführen
des zu verschweißenden
Teils 19 wird dieses mittels des Ladestifts 23 im Bolzenhalter 15 nach
vorne bewegt, bis die Schweißposition
erreicht ist. Diese Position bzw. Phase des Schweißvorgangs
ist in 3d dargestellt.
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Selbstverständlich muss
dafür gesorgt
werden, dass der Abstand Xc der Stirnseite
des Bolzenhalters 15 von der Werkstückoberfläche in den 3c größer oder
gleich ist dem Überstand
d, um welchen die Stirnseite des zu verschweißenden Teils 19 über die
Stirnseite des Bolzenhalters 15 hinausragt.
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Im
nächsten
Schritt wird die Schweißachse 5 wiederum
auf die Werkstückoberfläche zu bewegt, bis
ein Kontakt zwischen der Stirnseite des zu verschweißen den Teils 19 und
der Werkstückoberfläche detektiert
wird. Das Detektieren des Kontakts erfolgt durch das Detektieren
eines elektrischen Kontakts.
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Für das Detektieren
eines elektrischen Kontakts wird zwischen dem Werkstück und der
Auswerte- und Steuereinheit 13 eine elektrisch leitende
Verbindung hergestellt. Des Weiteren muss selbstverständlich eine
elektrisch leitende Verbindung zwischen der Auswerte- und Steuereinheit 13 und
dem Bolzenhalter bestehen. Diese elektrischen Verbindungen sind
jedoch ohnehin nötig,
da die Auswerte- und Steuereinheit 13 üblicherweise auch für das Zuführen eines
Schweißstroms
ausgebildet ist. Zwischen dem Werkstück 17 und dem Bolzenhalter 5 wird
eine Messspannung angelegt. Sobald ein Stromfluß detektiert wird, ist von
einem elektrischen Kontakt zwischen Bolzenhalter und Werkstück auszugehen,
wobei nach dem Detektieren eines Stromflusses der Antrieb 7 (bzw.
gegebenenfalls der Antrieb 11) stillgesetzt wird.
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Die
Auswerte- und Steuereinheit 13 kann bei dieser erneuten
Bewegung der Schweißachse 5 in Richtung
auf das Werkstück
den Weg (Xc – d), um welchen die Schweißachse 5 beim Übergang
von der Phase gemäß 3d in die Phase gemäß 3e bewegt werden muss, erfassen.
Die Differenz zwischen dem Abstand Xc und
der zurückgelegten
Wegstrecke beim Übergang
zwischen den Phasen gemäß den 3d und 3e kann im Hinblick auf eine korrekte
axiale Position (korrekter Überstand
d) des zu verschweißenden
Teils 19 im Bolzenhalter 15 ausgewertet werden.
Beispielsweise kann eine korrekte Position dann angenommen werden,
wenn die Differenz zwischen dem Abstand Xc und
der zurückgelegten
Wegstrecke innerhalb eines vorbestimmten Bereichs liegt.
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Wird
dagegen vorausgesetzt, dass mittels des Ladestifts 23 der
Bolzen in die korrekte Lage innerhalb des Bolzenhalters 15 geschoben
wurde, so kann bei Verwendung unterschiedlich langer Bolzen darauf
geschlossen werden, ob ein Bolzen der gewünschten Länge im Bolzenhalter vorliegt.
Denn ein längerer
Bolzen wird ohne eine Verstellung der vorderen Endposition des Ladestifts 23 weiter über das vordere
Ende des Bolzenhalters hervorstehen (d.h. es wird eine geringere
Strecke Xc – d dektektiert) als ein kürzerer Bolzen.
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Nach
dem Detektieren des Berührpunkts
in 3e (und ggf. dem
Feststellen eines korrekten Überstands
oder des Vorhandenseins des gewünschten
Bolzentyps) kann der eigentliche Schweißvorgang ausgelöst werden.
Beispielsweise kann beim Schweißen
mit Hubzündung
der Vorstrom eingeschaltet werden und anschließend die Schweißachse 5,
wie in 2f dargestellt,
um einen vorbestimmten Abhub von der Werkstückoberfläche abgehoben werden, so dass
der Vorstromlichtbogen gezogen wird. Anschließend kann dann der Hauptstromlichtbogen
gestartet und die Schweißachse nach
einer vorbestimmten Schweißzeit
auf das Werkstück
zubewegt und in die Schmelze eingetaucht werden.
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War
bereits vor der Durchführung
der vorstehend erläuterten
Schritte ein zu verschweißendes Teil 19 im
Bolzenhalter 15 gehalten und ragt dieses über die
Stirnseite des Bolzenhalters hinaus, so wird bereits bei Durchführung der
ersten Bewegung der Schweißachse 5 in
Richtung auf das Werkstück 17 ein
elektrischer Kontakt detektiert. Hieraus kann die Auswerte- und
Steuereinheit 13 auf das Vorhandensein eines Bolzen schließen und
ein Bolzen-Vorhanden-Signal erzeugen.
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In
diesem Fall kann entsprechend 2e und 2f sofort der Schweißvorgang
ausgelöst werden.
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Falls
der Auswerte- und Steuereinheit 13 jedoch keinerlei plausible
Informationen vorliegen, warum bereits ein zu verschweißendes Teil 19 im
Bolzenhalter gehalten war, kann diese auch einen Ausstoßvorgang
durchführen.
Hierzu kann die Auswerte- und Steuereinheit 13 beispielsweise
den Ladestift 23 entsprechend ansteuern. Der Schweißkopf 5 kann hierzu
an eine Position bewegt werden, an der sich das Ausstoßen des
zu verschweißenden
Teils nicht störend
auswirken kann.
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Nach
dem Ausstoßvorgang
kann die Auswerte- und Steuereinheit 13 nochmals das vorstehend
beschriebene Verfahren zum Detektieren eines Bolzens im Bolzenhalter
durchführen.
Wird nochmals ein Bolzen-Vorhanden-Signal erzeugt, beispielsweise
weil der Ausstoßvorgang
nicht erfolgreich durchgeführt
wurde, so kann nunmehr ein Fehlersignal oder ein Bedienerruf erzeugt
werden. Andernfalls kann das weitere Verfahren, wie vorstehend beschrieben,
durchgeführt
werden.
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Nach
einer anderen Ausführungsform
des Verfahrens kann der Abstand Xc gemäß 3c so gesetzt werden, dass
bei einem anschließenden
Zuführen
des zu verschweißenden
Teils 19 dieses bereits bei dem Nach-Vorne-Schieben im
Bolzenhalter 15 mit seiner Stirnseite auf das Werkstück 17 aufgesetzt
wird. Hierzu kann während
des Nach-Vorne-Schiebens des zu verschweißenden Teils 19 im Bolzenhalter 15 das
Auftreten eines mechanischen oder elektrischen Kontakts überwacht
und bei Detektieren eines Kontakts der Vorgang des Nach-Vorne-Schiebens abgebrochen
werden. Anschließend kann
der Schweißvorgang
ausgehend von dieser Referenzposition durchgeführt werden. Bei dieser Verfahrensweise
ist es erforderlich, den gemäß 3c einzustellenden Abstand
Xc gleich dem späteren Überstand d zu wählen.
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Das
Detektieren eines mechanischen Kontakts kann, wie vorstehend beschrieben,
durch das Erfassen der Antriebsleistung für den Antrieb des Ladestifts 23 oder
das Erfassen von in der Schweißachse
auftretenden Druckspannungen erfolgen.
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Aus
Gründen
der einfacheren Realisierbarkeit wird man in der Praxis jedoch das
Detektieren eines elektrischen Kontakts in der Regel vorziehen.
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In
der Praxis kann der Fall auftreten, dass aus bestimmten Gründen bereits
vor dem Zuführen eines
zu verschweißenden
Teils 19 in den Bolzenhalter 15 ein weiteres zu
verschweißendes
Teil in diesem gehalten ist.
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Bei
dem vorstehend geschilderten Verfahren kann dies von der Auswerte-
und Steuereinheit dadurch detektiert werden, dass der Ladestift
um eine gesamte Bolzenlänge
(die der Auswerte- und Steuereinheit 13 bekannt ist) zu
wenig nach vorne bewegt werden muss. Hierfür kann beispielsweise die Zeit des
Nach-Vorne-Bewegens
des Ladestifts 23 ausgewertet werden oder es können Mittel
zur Erfassung des Bewegungswegs des Ladestifts vorgesehen sein.
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Wird
bei dem Verfahren der Abstand Xc in 3c größer als der spätere Überstand
d gewählt, so
würde dies
in der Phase gemäß 3d dazu führen, dass
beim Zuführen
eines weiteren zu verschweißenden
Teils das bereits im Bolzenhalter 15 enthaltene Teil weiter
nach vorne, d.h. in Richtung auf die Werkstückoberfläche zubewegt würde. Ist
die Länge
des zu verschweißenden
Teils 19 größer als der
zuvor eingestellte Abstand Xc, so führt dies
zu einem Kontakt zwischen der Stirnseite des bereits zuvor vorhandenen
zu verschweißenden
Teils und der Werkstückoberfläche. Dieser
kann wiederum detektiert werden. Stellt die Auswerte- und Steuereinheit 13 bereits
beim Ladevorgang, d.h. während
der Bewegung des Ladestifts 23 mittels des Antriebs 25 einen
elektrischen oder mechanischen Kontakt fest, so wird dies als der
zuvor geschilderte Fehler interpretiert.
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Stellt
die Auswerte- und Steuereinheit 13 fest, dass ein zweites
Teil 19 zugeführt
wurde, so kann die Schweißachse 5 um
einen Abstand von der Werkstückoberfläche abgehoben
werden, bei welchem durch das erneute oder weitere Ansteuern des Ladestifts 23 ein
Ausstoßen
des bereits im Bolzenhalter 15 gehaltenen zu verschweißenden Teils
ermöglicht
ist. Selbstverständlich
kann hierzu auch der Antrieb 11 so angesteuert werden,
dass der Bolzenschweißkopf
an einen Ort bewegt wird, an welchem ein Ausstoßen des bereits vorhandenen
zu verschweißenden
Teils gefahrlos möglich
ist.
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Auf
diese Weise ermöglicht
die Erfindung in den vorstehend beschriebenen Ausgestaltungen eine
sichere Entscheidung, ob ein zu verschweißendes Teil im Bolzenhalter
gehalten ist. Insbesondere beim Schweißen ohne Stützfuß kann hierdurch sicher vermieden
werden, dass beim Fehlen eines zu verschweißenden Teils der Bolzenhalter
selbst auf das Werkstück
aufgeschweißt
wird. Auch bei üblichen
Schweißverfahren
mit Stützfuß kann verhindert werden,
dass zwischen der Stirnseite des Bolzenhalters und der Werkstückoberfläche ein
Lichtbogen gezündet
und damit der Bolzenhalter beschädigt
wird. Des Weiteren kann auf eine korrekte Position des Bolzens im
Bolzenhalter bzw. auf das Vorhandensein eines Bolzens der gewünschten
richtigen Länge
geschlossen werden.
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4 zeigt eine andere Ausführungsform
eines Bolzenhalters 15, bei dem die elektrisch isolierende
Stirnseite nicht durch den Bereich des Bolzenhalters gebildet ist,
der für
das Halten des zu verschweißenden
Teils dient, sondern durch separate ein Distanzhaltemittel 16.
Dieses kann, wie in 4 gezeigt,
beispielsweise aus einem rohrförmigen
Element bestehen, welches mit dem Bolzenhalter 15 selbst
oder mir der axial beweglichen Schweißachse 5 verbunden
ist. Die Stirnseite des Distanzhaltemittels 16 ragt um
einen definierten Betrag über
die Stirnseite des das zu verschweißende Teil haltenden Bereichs
des Bolzenhalters hinaus, so dass ohne das Vorhandensein eines zu
verschweißenden
Teils beim Aufsetzten des Bolzenhalters auf ein Werkstück kein elektrischer
Kontakt entsteht. Das Distanzhaltemittel 16 bzw. das rohrförmige Element
kann an seiner Stirnseite drei oder mehrere, vorzugsweise jedoch drei
Erhebungen 16b aufweisen. Zumindest die Stirnseite der
Erhebungen 16b müssen
in diesem Fall elektrisch isolierend ausgebildet sein. Die Erhebungen
ermöglichen
auf einfache Weise, visuelle zu erkennen, ob die Schweißachse bzw.
der Bolzenhalter senkrecht auf das Werkstück aufgesetzt wurde, d.h. ob
ein Bolzen in der meist gewünschten
senkrechten Stellung aufgeschweißt wird.
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Anstelle
des rohrförmigen
Elements können die
Distanzhaltemittel auch als 3 oder mehrere, vorzugsweise drei Arme
ausgebildet sein, die um den Umfang des das zu verschweißende Teil
haltenden Bereichs des Bolzenhalters angeordnet sind.
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Selbstverständlich können entsprechende Erhebungen
zur visuellen Prüfung
der senkrechten Stellung des Bolzenhalters bzw. der Schweißachse auch
bei einem Bolzenhalter gemäß 2 vorgesehen sein. Die Erhebungen
sind dann an den Stirnseiten der einzelnen Lamellen des Bolzenhalters
angeordnet, die das zu verschweißende Teil halten. Die Erhebungen
können
auch durch bereichsweises Aufbringen jeweils einer isolierenden
Schicht mit ausreichender Dicke erzeugt werden oder durch metallische
Vorsprünge
an den Stirnseiten der Lamellen, wobei zumindest die Stirnseiten
der Vorsprünge
mit einem elektrisch isolierenden Material beschichtet werden.