DE102006035517B3

DE102006035517B3 - Spanneinrichtung zum Spannen von Blechplatinen in einer Schweißvorrichtung

Info

Publication number: DE102006035517B3
Application number: DE102006035517A
Authority: DE
Inventors: Ernst Beringer; Franz Hofstetter; Hermann Bayerlein
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2006-07-31
Filing date: 2006-07-31
Publication date: 2007-09-13
Anticipated expiration: 2026-08-01

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Spanneinrichtung zum Spannen von Blechplatinen (3, 5) in einer Schweißvorrichtung, die zumindest einen verstellbaren Spannhebel (9) aufweist, der über ein Druckstück (13) gegen die Blechplatinen (3, 5) drückt. Erfindungsgemäß ist zwischen dem Druckstück (13) und dem Spannhebel (9) ein Ausgleichsfederelement (17) geschaltet, das das Druckstück (13) elastisch am Spannhebel (9) lagert.

Description

Die Erfindung betrifft eine Spanneinrichtung zum Spannen von Blechplatinen in einer Schweißvorrichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
Im Fahrzeugbau werden Karosseriebleche in Schweißanlagen beispielsweise im Laserschweißverfahren zusammengesetzt. Während des Schweißvorganges sind die Karosseriebleche mittels einer Spanneinrichtung aneinander gepresst.

Aus der DE 100 29 293 B4 ist eine gattungsgemäße Vorrichtung zum Spannen und Laserstrahlschweißen von Blechplatinen bekannt. Die Spanneinrichtung der Schweißvorrichtung weist eine Reihe von Spannmodulen auf. Jedem dieser Spannmodule sind drei Spannhebel zugeordnet, von denen jeder über ein Druckstück gegen die Blechplatinen drückt. Das Druckstück ist dabei über ein Kugelgelenk am Spannhebel gelagert, um eine geringfügige Kippbewegung der Druckstücke zu ermöglichen. Die drei Spannhebel jedes Spannmoduls werden über einen gemeinsamen Druckzylinder angesteuert. Zur Entkopplung eines jeden der Druckstücke von den beiden anderen Druckstücken ist eine Ausgleichsdruckfeder vorgesehen, die das Spannen von Blechplatinen inhomogener Blechdicken ermöglicht.

Die Ausgleichsdruckfeder ist als ein Druckzylinder mit großem Raumbedarf gestaltet, der über eine Hebelarmlänge von dem jeweiligen Druckstück entfernt ist.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Spanneinrichtung zum Spannen von Blechplatinen in einer Schweißvorrichtung bereitzustellen, die konstruktiv einfach und mit geringem Bauraum die Blechplatinen unabhängig von Unebenheiten oder sich ändernden Blechdicken zuverlässig einspannt.

Die Aufgabe ist durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen offenbart.

Gemäß dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 ist zwischen dem Druckstück und dem Spannhebel der Spanneinrichtung ein Ausgleichsfederelement geschaltet, dass das Druckstück elastisch am Spannhebel lagert. Mit dem Ausgleichsfederelement ist unabhängig von Unebenheiten oder sich ändernden Blechdicken der Blechplatinen im wesentlichen jeweils die gleiche Spannkraft auf die Blechplatinen gewährleistet. Da erfindungsgemäß das Ausgleichsfederelement unmittelbar am Druckstück angreift, ist bei der Dimensionierung des Ausgleichsfederelements keine Hebelarmlänge zwischen dem Federelement und dem Druckstück zu berücksichtigen, wodurch ein kompakteres Federelement mit geringerer Federkraft eingesetzt werden kann.

Bevorzugt kann eine Mehrzahl von Spannhebeln einem gemeinsamen Stellglied, etwa einer pneumatischen Druckzylinderanordnung zugeordnet sein, die die Mehrzahl der Spannhebel in eine Spannposition verstellt. Durch die elastische Lagerung der Druckstücke an den Spannhebeln ist eine gleichmäßige Druckverteilung über die Druckstücke gewährleistet. Gleichzeitig können durch die Zuordnung mehrerer Spannhebel zu den gemeinsamen Stellgliedern die Anzahl von Stellgliedern der Spanneinrichtung reduziert werden.

Für eine einfache und wirkungsvolle Übertragung der Spannkraft ist es vorteilig, wenn jedes der Druckstücke in etwa senkrecht zu den Blechplatinen verstellbar ist. Für eine in Vertikalrichtung zuverlässige Führung jedes der Druckstücke kann der Spannhebel ein Führungselement aufweisen, mit dem das Druckstück linear verstellbar geführt ist.

Konstruktiv günstig ist es, wenn das Führungselement ein gegenüber dem Spannhebel separates Bauteil ist. Dabei kann einerseits das Druckstück spielfrei am Führungselement befestigt sein. Montagetechnisch einfach ist es, wenn hierzu das Führungselement mit dem Druckstück verschraubt ist. Andererseits kann das Führungselement zusammen mit dem daran befestigten Druckstück mit Spiel am Spannhebel gehaltert sein. Durch die mit Spiel vorgesehene Halterung des Führungselements am Spannhebel kann das Druckstück beim Spannvorgang geringfügig kippen und daher trotz Unebenheiten flächig in Anlage mit den Blechplatinen treten. Bevorzugt kann das Führungselement sowohl mit einem Radialspiel, das in Seitenrichtung eine geringfügige Beweglichkeit des Druckstückes gewährleistet, als auch mit einem Axialspiel am Spannhebel gehaltert sein, das in einer Vertikalrichtung eine geringfügige Beweglichkeit des Druckstückes in Bezug auf die Blechplatinen gewährleistet. Das Ausgleichsfederelement kann in diesem Fall das Führungselement zusammen mit dem daran spielfrei befestigten Druckstück in der Axialrichtung vorspannen.

Das Führungselement kann in einer besonderen Ausführungsform als ein Führungsbolzen technisch realisiert sein, der durch eine Führungsbohrung des Spannhebels geführt sein kann. In diesem Fall kann der Führungsbolzen mit seinem Bolzenende in einer Gewindebohrung des Druckstückes geschraubt sein.

Für eine effektive Übertragung der Federkraft von dem Federelement auf das Druckstück kann das Federelement auf der, der Spannfläche des Druckstückes gegenüberliegenden Seite des Druckstückes unmittelbar auf das Druckstück einwirken. In diesem Fall kann bevorzugt das Federelement in einer nach unten offenen Ausnehmung des Spannhebels untergebracht sein, in welcher Ausnehmung auch das Druckstück zumindest teilweise einragen und am Führungselement befestigt sein kann, wodurch eine in Vertikalrichtung reduzierte Bauhöhe erreicht ist.

Um eine einfache Montage sicherzustellen, kann in der Spannfläche des Druckstückes ein Rücksprung vorgesehen sein, in den die Gewindebohrung zum Einschrauben des Führungsbolzens mündet. Der Führungsbolzen kann daher in einem gewissen Rahmen mit variierender Länge ausgeführt sein.

Wie oben bereits beschrieben, kann mittels der Spiellagerung des Führungselements am Spannhebel in einfacher Weise eine geringfügige Kippbeweglichkeit des Druckstückes gegenüber den Blechplatinen erreicht werden. Die Kippbeweglichkeit wird dabei erreicht, ohne das Druckstück beispielsweise über ein aufwendiges Kugelgelenk mit dem Spannhebel zu verbinden.

Das Ausgleichsfederelement kann in einer bevorzugten Ausführungsform ein kompakt ausführbares Tellerfederpaket sein, das zwischen dem Spannhebel und dem Druckstück angeordnet ist und sich ringförmig um das Führungselement erstrecken kann. Auf diese Weise kann zusätzlich in der Längsrichtung des Führungselements die Bauhöhe des Spannhebels reduziert werden.

Nachfolgend ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der beigefügten Figuren beschrieben.
Es zeigen:
1 In einer perspektivischen Teilansicht eine Spanneinrichtung als Teil einer Schweißvorrichtung; und
2 in einer teilweisen Seitenschnittdarstellung einen Spannhebel der Spanneinrichtung mit zugeordnetem Druckstück.
In der 1 ist eine Laserschweißvorrichtung mit einer Spanneinrichtung 1 zum Einspannen von übereinander angeordneten Blechplatinen 3, 5 gezeigt.
Die Spanneinrichtung 1 weist mehrere Spannmodule 7 auf, von denen in der 1 lediglich eines dargestellt ist. Dem Spannmodul 7 sind dabei gemäß der 1 fünf Spannhebel 9 zugeordnet, die über eine gemeinsame pneumatisch arbeitende Druckzylinderanordnung 11 in bzw. außer Spannposition bringbar sind. Hierzu können die fünf Spannhebel 9 beispielhaft mit einer gemeinsamen Welle drehfest verbunden sein, die mittels der Druckzylinderanordnung 11 drehbetätigt wird.
Jeder der Spannhebel 9 weist an seiner freien Stirnseite jeweils ein Druckstück 13 auf, mit dem der Spannhebel 9 gegen die Blechplatinen 3, 5 drückt. Das Druckstück 13 erweitert sich keilförmig in Richtung seiner Spannfläche 15, die in den Figuren in Anlage mit dem flanschartigen Rand der oberen der beiden Blechplatinen 3, 5 gezeigt ist.
Das Druckstück 13 ist gemäß der 2 mittels eines Tellerfederpakets 17 elastisch am Spannhebel 9 gelagert. Hierzu ist ein Führungsbolzen 19 vertikal durch das freie Ende des Spannhebels 9 geführt sowie in eine zentrale Gewindebohrung 21 des Druckstücks 13 geschraubt.
In der Spannfläche 15 des Druckstückes 13 ist gemäß der 2 ein Rücksprung 22 eingearbeitet, in den die Gewindebohrung 21 mündet. Je nach Länge des Führungsbolzens 19 kann dieser mit seinem Bolzenende ggf. in den Rücksprung 22 ragen.
Wie aus der 2 hervorgeht, ist das Tellerfederpaket 17 in einer nach unten offenen Ausnehmung 23 angeordnet und dabei zwischen dem Boden der Ausnehmung 23 und einer Oberseite 25 des Druckstücks 13 abgestützt. Das Tellerfederpaket 17 ist ringförmig um den Führungsbolzen 19 geführt. Das Tellerfederpaket 17 ist daher, ohne eine seitliche Verlagerung, unmittelbar vertikal oberhalb des Druckstückes 13 angeordnet, so dass sich das Tellerfederpaket 17 ohne Zwischenschaltung eines Hebelarms oder dergleichen direkt auf dem Druckstück 13 abstützen kann.
Wie aus der 2 weiter hervorgeht, ist der Führungsbolzen 19 mit einem Radialspiel a durch die Bohrung 27 des Spannhebels 9 geführt. Dieses Radialspiel a gewährleistet eine geringfügige Kippbewegung des Druckstückes 13 in Bezug auf den Spannhebel 9 mit einem von der Vertikalen abweichenden Kippwinkel α in einer Größenordnung von maximal 1°. Dadurch ist es dem Druckstück 13 möglich, sich Unebenheiten in den Blechplatinen 3, 5 anzupassen, um wirksam eine Spannkraft auf die Blechplatinen 3, 5 aufzubringen. Gleichzeitig ist der Führungsbolzen 19 in seiner Axialrichtung mit einem Axialspiel b mittels des Tellerfederpakets 17 vorgespannt, so dass in einer Ruhelage der Bolzenkopf des Führungsbolzens 19 in Anlage mit der Oberseite des Spannhebels 9 gedrückt ist.
Aufgrund der Zwischenschaltung der Tellerfederpakete 17 zwischen den Spannhebeln 9 und den zugeordneten Druckstücken 13 kann beim Einspannen der Blechplatinen 3, 5 selbst bei Unebenheiten und/oder schwankenden Blechdicken über die fünf Spannhebel 9 der 1 hinweg eine gleichmäßige Spannkraftverteilung erfolgen. Eine solche gleichmäßige Druckverteilung wird dabei durch die Kippbeweglichkeit der Druckstücke 13 gegenüber den Spannhebeln 9 verstärkt.
In der 1 und 2 sind die übereinander liegenden Blechplatinen 3, 5 mit ihren jeweiligen, gegeneinander verspannten Seitenflanschen 27 gezeigt. Die untere Blechplatine 3 liegt dabei auf einem Auflagetisch 29 der Schweißvorrichtung auf. Die obere Blechplatine 5 ist mit einer Prägung 31 versehen, die beim Einspannen gegen die untere Blechplatine 3 gedrückt ist und als Abstandhalter dient. Mittels der Prägung 31 wird zwischen den beiden Blechplatinen ein Zink-Entgasungsspalt 33 aufrechterhalten, der insbesondere im Hinblick auf hohe Schweißgeschwindigkeiten qualitätsbestimmend für die Schweißnaht ist.
Die fünf Spannhebel 9 drücken mit ihren federvorgespannten, elastischen Druckstücken 13 in gleichmäßiger Druckverteilung auf den Flansch 27 der oberen Blechplatine 5, so dass der Zink-Entgasungsspalt 33 nicht aufgrund überhöhter Spannkräfte oder zu geringer Spannkräfte einzelner Spannhebel 9 sich in seiner Spaltbreite c ändert, die in einer Größenordnung von 0,2mm liegt.

Claims

Spanneinrichtung zum Spannen von Blechplatinen (3, 5) in einer Schweißvorrichtung, die zumindest einen verstellbaren Spannhebel (9) aufweist, der über ein Druckstück (13) gegen die Blechplatinen (3, 5) drückt, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Druckstück (13) und dem Spannhebel (9) ein Ausgleichsfederelement (17) geschaltet ist, das das Druckstück (13) elastisch am Spannhebel (9) lagert.
Spanneinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Mehrzahl von Spannhebeln (9) einem gemeinsamen Stellglied (11) zugeordnet ist, das die Spannhebel (9) in eine bzw. außer Spannposition verstellt.
Spanneinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Spannhebel (9) ein Führungselement (19) aufweist, das das Druckstück (13) linear verstellbar führt.
Spanneinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Führungselement (19) ein gegenüber dem Spannhebel (9) separates Bauteil ist.
Spanneinrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Druckstück (13) spielfrei am Führungselement (19) befestigt ist.
Spanneinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Führungselement (19) oder das Druckstück (13) mit Spiel (a, b) am Spannhebel (9) gehaltert ist.
Spanneinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Führungselement (19) oder das Druckstück (13) mit einem Radialspiel (a) und einem Axialspiel (b) am Spannhebel (9) gehaltert ist.
Spanneinrichtung nach einem der Ansprüche. 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausgleichsfederelement (17) das Führungselement (19) zusammen mit dem Druckstück (13) in der Axialrichtung vorspannt.
Spanneinrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Führungselement (19) ein Führungsbolzen ist, der durch den Spannhebel (9) geführt ist.
Spanneinrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Führungsbolzen (19) mit seinem Bolzenende in eine Gewindebohrung (21) des Druckstücks (13) geschraubt ist.
Spanneinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (17) auf der einer Spannfläche (15) des Druckstückes (13) gegenüberliegenden Seite (25) des Druckstückes (13) angeordnet ist.
Spanneinrichtung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass in der Spannfläche (15) des Druckstückes (13) ein Rücksprung (22) vorgesehen ist, in den die Gewindebohrung (21) mündet.
Spanneinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (17) ein Tellerfederpaket ist.
Spanneinrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass sich das Federelement (17) zwischen dem Spannhebel (9) und dem Druckstück (13) abstützt.