DE102014118522A1

DE102014118522A1 - Schweißzange zum Widerstandsschweißen

Info

Publication number: DE102014118522A1
Application number: DE102014118522.6A
Authority: DE
Inventors: Peter Mayr; Jonny Kaars
Original assignee: Technische Universitaet Chemnitz
Current assignee: Technische Universitaet Chemnitz
Priority date: 2013-12-11
Filing date: 2014-12-11
Publication date: 2015-06-11
Also published as: DE202013105634U1; DE102014118519A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Schweißzange zum Widerstandsschweißen mit zwei, Zangenarmen, wobei jeder Zangenarm eine Elektrode aufweist und mit wenigstens einem Schweißelektrodenantrieb, wobei wenigstens eines der beiden Zangenarme (2) mit einem Schweißelektrodenantrieb in Form einer zweiten Antriebseinheit (3.1) antreibbar ist und mit dieser aus einer voneinander beabstandeten Position der Zangenarme (2) mit einer translatorischen Stellbewegung in Form eines Krafthubes in die Schweißposition bewegbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Schweißzange zum Widerstandsschweißen, insbesondere zum Widerstandspunktschweißen, mit einem Koppelelement und einem Schweißelektrodenantrieb und findet insbesondere für Roboter-Widerstandspunktschweißzangen nach dem XC-Konzept Anwendung.
Widerstandspunktschweißzangen, welche nach dem XC-Konzept arbeiten, sind einschlägig bekannt. Diese Schweißzangen sind in der Lage, zwei Bewegungen auszuführen. Eine Schwenkbewegung um ein zentrales Drehgelenk sowie eine translatorische Bewegung der Zangenarme entlang der Elektrodenachsen. Mit der Schwenkbewegung wird eine vergleichsweise große Öffnung der Zange realisiert, welche dem Umgreifen zu verschweißender Bauteile dient. Die translatorische Bewegung dient dem Zusammenpressen der Bauteile während der Schweißung. Beide Zangenarme können die translatorische Bewegung unabhängig voneinander ausführen, um Toleranzen an der Schweißstelle auszugleichen. Der Antrieb der translatorischen Bewegung erfolgt vorzugsweise pneumatisch sowie hydraulisch oder elektrisch. Die translatorische Bewegung der Zangenarme entlang der Elektrodenachsen wird durch eine Führung, welche gleitend oder rollend ausgeführt sein kann, sichergestellt. Die Antriebe stellen die Fügekraft von bis zu 10 kN bereit. Werden die Antriebe als Pneumatikzylinder ausgeführt, wird das vorteilhafte Nachsetzverhalten der Pneumatikantriebe während der Schweißung durch die geringe bewegte Masse der Zangenarme unterstützt. Nachteilig ist, dass zur Erzeugung der Elektrodenanpresskraft Pneumatikzylinder mit großen Kolbendurchmessern und hohen Betriebsdrücken erforderlich sind. Trotz des kleinen Arbeitshubes der Zylinder ist daher ein beträchtlicher Bauraum für deren Einbau erforderlich. Entsprechend groß sind die äußeren Abmaße der Schweißzange. Die äußeren Abmaße sowie der hohe erforderliche Betriebsdruck der Pneumatikzylinder relativieren die Vorteile des Pneumatischen Antriebs daher.
Der Antrieb der Schwenkbewegung erfolgt üblicherweise pneumatisch. Nach abgeschlossener schließender Schwenkbewegung muss der Antriebszylinder für selbige festgesetzt werden, was mittels einer oder mehrerer Feststelleinheiten an diesem Zylinder erfolgt welche die Kolbenstange blockieren. Das Blockieren des Zylinders mittels Feststelleinheit erfordert im Betrieb zusätzliche Prozesszeit von bis zu einer Sekunde. Die Taktzeit der Punktschweißungen von etwa ein bis zwei Sekunden pro Schweißpunkt (ohne blockieren der Feststelleinheit) wird somit erheblich vergrößert. Zudem unterliegt die Feststelleinheit großem Verschleiß und muss, da sie kein merkliches Spiel aufweisen darf, regelmäßig überprüft und ggf. ausgetauscht werden. Andernfalls leidet die Positioniergenauigkeit des Schwenkantriebes. Da der Zylinder nicht die Schweißkraft aufbringt sondern nur die innere Reibung der Schweißzange überwinden muss, sollte er vorteilhaft mit geringem Kolbendurchmesser dimensioniert werden. Die Feststelleinheit muss jedoch während der Schweißung der deutlich größeren Schweißkraft, welche von den Antrieben erzeugt wird, standhalten können. Diese kommt insbesondere zustande wenn der konstruktiv festgelegte Abstand zwischen Drehgelenk und Zylinder vorteilhaft kurz ist. Serienmäßig für den (Norm-)Zylinder verfügbare Feststelleinheiten können der Kraft nicht standhalten, weshalb i.d.R. mehrere Feststelleinheiten verwendet werden müssen.
In der Druckschrift DE 102 02 518 A1 wird eine Schweißzange beschrieben, die zwei Schweißzangenschenkel mit jeweils einer Elektrode einem Schenkelelement und einem Verbindungselement zwischen den beiden Schenkelelementen aufweist, wobei das Verbindungselement an einem gemeinsamen ortsfesten Bezugspunkt drehbar angeordnet ist. Mechanische Anlenkhebel sind derart miteinander durch eine mechanische Kopplung gekoppelt, dass jeder Schweißzangenschenkel über die Kopplung eine Bewegung ausführt Aus der Druckschrift DE 102 49 201 B4 sind beispielsweise ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Fixierung der Schweißposition einer Schweißzange bekannt, bei der die beiden Schweißzangenschenkel über eine mechanische Kopplung gekoppelt sind, so dass jeder Schweißzangenschenkel über die Kopplung eine Bewegung ausführt. Es sind Antriebsmittel für die Kopplung vorgesehen, wobei die Kopplung kurz vor Erreichen der Schweißposition einen Haltemagneten aktivieren und einen Sperrhebel auslösen, damit die Schweißzange zum Einnehmen der Schweißposition frei beweglich wird und nach dem Einnehmen der Schweißposition arretiert ist.
Ein entscheidender Nachteil der beiden vorgenannten Lösungen besteht darin, dass der Antrieb der Schweißzangenschenkel weggesteuert realisiert wird und keine Krafteinstellung der Schweißkraft realisierbar ist. Dadurch ist während des Schweißprozesses kein Einfluss auf den Kraftverlauf möglich, wodurch dieser während des Schweißprozesses unerwünschten Schwankungen unterliegt. Weiterhin erfolgt der Antrieb der Schweißzangenschenkel rotatorisch und somit konstruktiv aufwendig.
Ein Verfahren zum Einstellen eines Druckes einer Punktschweißzange wird in der Druckschrift AT 502 724 B1 beschrieben. Der Antrieb der Schweißzangen ist aus einem Stirnrad und einem Pleuel gebildet, wobei das Stirnrad an einem Zangenarm und das Pleuel an der gegenüberliegenden Seite des Stirnrades über ein Kompensationselement mit dem weiteren Zangenarm der Punktschweißzange verbunden ist. An jedem Zangenarm ist je ein Schwenkarm angeordnet, die mittels eines Bolzens, welcher eine Drehachse bildet, drehbar zueinander gelagert sind, so dass eine X-Zange gebildet wird. Die Schwenkarme sind in einem definierten Abstand zu den Zangenarmen angeordnet. Das Pleuel ist außerhalb der Mitte des Stirnrades angeordnet und über eine Lageranordnung mit diesem verbunden. Die Verbindungsstelle des Pleuels mit dem Stirnrad führt bei Betätigung der Punktschweißzange eine kurvenförmige Bewegung aus. Dadurch soll eine wesentliche Reduzierung der benötigten Leistung eines das Stirnrad antreibenden Motors geschaffen werden. Dieser weggesteuerte rotatorische Aufbau ist sehr aufwendig und es kann nicht auf Änderungen des Elektrodenabstandes während des Schweißprozesses reagiert werden.
Nachteilig bei allen vorgenannten Lösungen ist ebenfalls, dass Streuungen in der Blechdicke des Werkstückes eine unerwünschte Veränderung des Anpressdruckes beim Punktschweißen bewirken.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Schweißzange zum Widerstandsschweißen, insbesondere zum Widerstandspunktschweißen mit einem zugehörigen Schweißelektrodenantrieb zu entwickeln, wobei der Schweißelektrodenantrieb die translatorische Bewegung wenigstens eines Zangenarmes bereitstellt, und die Schweißzange einen einfachen konstruktiven und platzsparenden Aufbau aufweist, hohe Schweißkräfte ermöglicht und eine gleichmäßige Elektrodenkraft während des Schweißvorganges gewährleistet.
Diese Aufgabe wird mit den kennzeichnenden Merkmalen des ersten Patentanspruchs gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Die Schweißzange wird insbesondere zum Widerstandspunktschweißen verwendet, wobei erfindungsgemäß wenigstens einer der beiden Zangenarme mit einer den Schweißelektrodenantrieb realisierenden zweiten Antriebseinheit antreibbar und mit dieser aus der mittels der ersten Antriebseinheit zusammengeführten Schwenkposition der Zangenarme, in welcher die Schweißelektroden jedoch noch um einem Betrag beabstandet sind, der größer ist als die zu schweißende Blechdicke der Bauteile, mit einer translatorischen Stellbewegung in Form eines Krafthubes in die Schweißposition bewegbar.
Gemäß einer bevorzugten Variante sind beide Zangenarme mit einer gemeinsamen oder separaten zweiten Antriebseinheit aufeinander zu kollinear (entlang einer Achse zueinander fluchtend) in einem Krafthub in die Schweißposition verstellbar.
Die zweite Antriebseinheit ist dazu über eine schwenkbeweglich gelagertes Übertragungsglied, welches ein erstes Funktionselement und ein zweites Funktionselement aufweist, mit dem jeweiligen Zangenarm wirkverbunden.
Dabei weisen das erste Funktionselement und das zweite Funktionselement bevorzugt eine gekrümmte Stellfläche, insbesondere eine konkave oder konvexe Stellfläche auf, wobei gegen das erste Funktionselement die zweite Antriebseinheit wirkt und dass das zweite Funktionselement gegen ein mit dem Zangenelement verbundenes Stellelement wirkt. Das Übertragungsglied ist insbesondere außermittig oder an einem Ende schwenkbar gelagert.
Die erste Stellfläche des ersten Funktionselementes bewegt sich bei Betätigung auf einem ersten Kontaktkörper, der am zweiten Antriebselement angeordnet oder ausgebildet ist mit einer Gleit- oder Abrollbewegung und die zweite Stellfläche des zweiten Funktionselementes bewegt sich bei Betätigung auf einem mit dem Zangenarm verbunden zweiten Kontaktelement ebenfalls in einer Gleit- oder Abrollbewegung.
Die erste Stellfläche des ersten Funktionselementes und die zweite Stellfläche des zweiten Funktionselementes sind bevorzugt in Form von Kreisevolventen ausgebildet, wobei die Evolute der ersten Stellfläche des ersten Funktionselements einen größeren Radius als die Evolute der zweiten Stellfläche des zweiten Funktionselements besitzt. Gemäß einer weiteren vorteilhaften Variante sind die Zangenarme miteinander gekoppelt wobei ein erster Zangenarm einen ersten Hebel und ein zweiter Zangenarm einen zweiten Hebel aufweißt, die um ein zentrales Drehgelenk bzw. einen zentralen Drehpunkt mittels einer ersten Antriebseinheit aus einer geöffneten Position in eine zusammengeführte Position schwenkbar sind wobei die Hebel des ersten und zweiten Zangenarmes mittels vom zentralen Drehpunkt beabstandeten mindestens zwei Gelenkgliedern miteinander gekoppelt sind und die Gelenkglieder miteinander und mit den Hebeln schwenkbar wirkverbunden sind. Die Gelenkglieder und damit die Hebel sind mittels einer translatorisch stellbaren ersten Antriebseinheit ausschwenkbar derart, dass die Gelenkglieder in einer zusammengeführten Schwenkposition der Zangenarme im Wesentlichen kollinear zueinander sind. Durch die zueinander kollinear fluchtenden Gelenkglieder wird deren Ausknicken und somit eine Instabilität bei großen Kräften vermieden und in der zusammengeschwenkten Position der Zangenarme ein sehr steifer Aufbau der Schweißzange realisiert, die förderlich für eine gleichmäßige Krafteinleitung und eine hohe Schweißkraft beim Schweißvorgang ist.
Die Gelenkglieder stehen dabei kollinear bei einem maximalen oder einem minimalen Hub der ersten Antriebseinheit, je nach deren Anordnung. Die translatorisch stellbare Antriebseinheit ist dabei z.B. an einer Seite mit den Gelenkgliedern und an der anderen Seite mit dem zentralen Drehgelenk verbunden. Alternativ kann die die translatorisch stellbare Antriebseinheit an einer Seite mit den Gelenkgliedern verbunden sein und sich an der anderen Seite gestellfest abstützen.
Bevorzugt liegt die Antriebseinheit bei zusammengeführten Zangenarmen im Wesentlichen parallel zu diesen.
Die Widerstandspunktschweißzange besteht aus zwei Zangenarmen, die einen Hebel besitzen und um ein zentrales Drehgelenk mittels einer ersten Antriebseinheit aus einer geöffneten Position in eine zusammengeführte Position schwenkbar sind. Die Hebel besitzen vom Drehpunkt beabstandete Gelenke über die zwei Gelenkglieder miteinander verbunden sind. In zusammengeführter Position stehen die Gelenkglieder kollinear zueinander und verbessern so den Kraftfluss zwischen den Zangenarmen. Für einen einfachen konstruktiven Aufbau ist die erste Antriebseinheit zwischen den Hebeln der Zangenarme an dem Drehpunkt und an einem Gelenk zwischen den Gelenkgliedern gelagert. Bei zusammengeführter Position liegt die erste Antriebseinheit somit parallel zu den Zangenarmen. Für eine höhere Genauigkeit befinden sich die Gelenkglieder in kollinearer Position sobald die erste Antriebseinheit den maximalen Hub zur Verfügung stellt. Liegt die Antriebseinheit außerhalb der Widerstandsschweißzange wird vorteilhafter Weise der minimale Hub verwendet.
Die translatorische Bewegung der Elektroden der Widerstandspunktschweißzange gemäß einer C-Zange wird mittels jeweils einer translatorischen zweiten Antriebseinheit an den Zangenarmen umgesetzt, wobei die Bewegung mittels einer zweiten Antriebseinheit, einem Übertragungsglied und zwei Funktionsflächen ausgeführt wird. Das Übertragungsglied verbindet hierbei die zwei Funktionsflächen wobei das erste Funktionselement bevorzugt eine konkave Außenkontur und das zweite Funktionselement bevorzugt eine konvexe Außenkontur besitzt. Wird die translatorische zweite Antriebseinheit ausgefahren, bewegt sie über einen Kontaktkörper in Form einer Rolle entlang der ersten Funktionsfläche des Übertragungsgliedes und bewegt die Elektrode des einen Zangenarmes auf die Elektrode des anderen Zangenarmes zu. Für eine Vergrößerung der Antriebskraft wird das Übertragungsglied außermittig gelagert, was gemäß Hebelgesetz bei geringeren Kraft der zweiten Antriebseinheit zu einer vergrößerten Kraft an den Elektroden führt, wobei der Abstand zwischen translatorischem zweiten Antriebselement zum Lager bevorzugt größer ist als der Abstand zum zweiten Funktionselement.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen und zugehörigen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
1 Prinzipskizze einer Widerstandspunktschweißzange mit Schwenkantrieb in geöffneter Position
2 Prinzipskizze einer Widerstandspunktschweißzange mit Schwenkantrieb in geschlossener Position
3 Prinzipskizze einer Widerstandspunktschweißzange mit Schwenkantrieb und Schweißelektrodenantrieb in der Position des Schweißpunktsetzens
4 Verfahrkurve des Verbindungsgliedes mit den zugehörigen Funktionselementen,
5 Prinzipskizze einer Widerstandspunktschweißzange mit Schwenkantrieb in geöffneter Position, wobei der erste Antrieb an der Schwenkachse im Bereich der Verbindung der beiden Gelenkglieder angreift und andererseits an einem ersten Hebel 7 in Richtung zum ersten Gelenkpunkt angelenkt ist,
6 Prinzipskizze einer Widerstandspunktschweißzange mit Schwenkantrieb in geöffneter Position, wobei der erste Antrieb an der Schwenkachse im Bereich der Verbindung der beiden Gelenkglieder angreift und andererseits gestellfest an einem vom zentralen Drehgelenk abgewandten Ende gestellfest ist.
7 Prinzipskizze einer Widerstandspunktschweißzange mit Schwenkantrieb in geöffneter Position, wobei der erste Antrieb eine Schwenkbewegung in beide Gelenkglieder außerhalb der Verbindung zwischen diesen einleitet,
8 Prinzipskizze einer Widerstandspunktschweißzange mit Schwenkantrieb in geöffneter Position, wobei der erste Antrieb eine Schwenkbewegung in nur ein Gelenkglied einleitet.
9 eine Prinzipskizze einer Schweißzange mit einem Übertragungsglied zur Realisierung des Schweißelektrodenantriebes in der Art eines einarmigen Hebels, der an einem Ende gelenkig gelagert ist.
10 eine Seitenansicht einer konstruktiven Ausführung einer Schweißzange in geöffneter auseinander geschwenkter Position,
11 eine Seitenansicht der Schweißzange in aufeinander zu geschwenkter Position der Schweißzangen,
12 geschlossene Schweißzange in Schweißposition.
Die 1 bis 3 zeige eine Widerstandspunktschweißzange mit einem zentralen Drehgelenk 1 und den Zangenarmen 2 mit den Elektroden 2.1. Zudem wird für die translatorische Bewegung der Elektroden 2.1 ein Schweißelektrodenantrieb in Form einer zweiten Antriebseinheit 3.1 mit einem daran angebrachten bzw. mit diesem zusammenwirkenden Übertragungsglied 3.2 verwendet. Jedem Zangenarm 2 und somit jeder Elektrode 2.1 ist zur Realisierung einer translatorischen Zustellbewegung eine zweite Antriebseinheit 3.1 und ein Übertragungsglied 3.2 zugeordnet, die in den 1 bis 3 nur für die dort oben liegende Zangenhälfte mit Bezugszeichen versehen wurden.
Die Übertragungsglieder 3.2 besitzen an ihren Enden Funktionselemente 3.3 und 3.4 mit definierten Stellflächen 3.3’, 3.4’. Die Schwenkbewegung zum Öffnen und Schließen der Schweißzange wird mit einer ersten Antriebseinheit 4 und daran befestigten Gelenkgliedern 5 gelöst. Vorzugsweise ist die Antriebseinheit 4 pneumatisch betrieben, auch hydraulische oder elektrische Antriebe sind einsetzbar. Die Antriebseinheit 4 ist einerseits in einem zentralen Drehgelenk 1 befestigt, andererseits mit den die Zangenarme 2 verbindenden Gelenkgliedern 5 verbunden. Die Gelenkglieder 5 sind an ihren aufeinander zuweisenden Enden in einem ersten Gelenk 5.1 miteinander schwenkbar verbunden. Jedes Gelenkglied 5 ist an seinem anderen Ende in einem zweiten Gelenk 5.2 mit einem Hebel 7 schwenkbar gekoppelt, wobei jeder Hebel 7 mit einem Zangenarm 2 nicht schwenkbar verbunden ist aber jeder Zangenarm 6 über eine Linearführung 6 entlang einer Führung 7.1 am Hebel 7 linear verstellbar gelagert ist.
1 zeigt die Schweißzange in auseinander geschwenkter Position der zwei Zangenarme 2, wobei in dieser Position die beiden Gelenkglieder 5 in einem Winkel α zueinander geneigt sind. Da die zweite Antriebseinheit 4 zwischen dem zentralen Drehgelenk 1 und den miteinander verbundenen Gelenkgliedern 5 an deren miteinander verbundenen ersten Gelenk 5.1 angreift, führt ein Ausfahren der Antriebseinheit 4 aus der in 1 dargestellten Position in die Position gemäß 2 und somit zu einer Schwenkbewegung wenigstens eines Schweißzangenarms 2 (über die am zentralen Drehgelenk 1 schwenkbar befestigten Hebel 7) um das zentrale Drehgelenk 1 bis in die Schließposition (2). Erfindungsgemäß liegen die Gelenkglieder 5 in dieser Stellung kollinear, die erste Antriebseinheit 4 befindet sich am Ende ihres baulich maximal möglichen Hubes. Dadurch erfolgt die Kraftübertragung über die Gelenkglieder 5 und nicht über die erste Antriebseinheit 4.
In ausgeschwenkter Stellung der Schweißzange befindet sich die erste Antriebseinheit 4 am Anfang ihres baulichen Hubes, die Gelenkglieder 5 nehmen eine zueinander winklige Position ein (1). Daraus resultiert, dass bei geschlossener Zange (2) der Schwenkantrieb (erste Antriebseinheit 4) durch die Anordnung der Gelenkglieder 5 gegen die wirkende Schweißkraft automatisch verriegelt.
Zusätzliche Feststelleinheiten sind dazu nicht erforderlich woraus sich eine Reduktion der Taktzeit ergibt. Darüber hinaus wird die Schwenkbewegung der Schweißzange beim Schließen derselben aufgrund der Anordnung von Gelenkgliedern 5 und erster Antriebseinheit 4 allmählich abgebremst, so dass ein schnelleres Schließen der Zange möglich wird. Prellschläge am Ende der Schließbewegung werden verhindert, ohne dass dazu gesonderte Maßnahmen erforderlich wären. Eine weitere Reduktion der Taktzeit ist die Folge. Die erste Antriebseinheit 4 kann deutlich kleiner (schwächer) dimensioniert werden, da sie erfindungsgemäß dem Kraftfluss der wirkenden Schweißkraft entzogen wurde. Auch die Positioniergenauigkeit des Schwenkantriebes wird deutlich verbessert, da es keine verschleißbehafteten Endanschläge im Kraftfluss gibt. Die Endpositionierung der Schweißzange in geschlossener Stellung (2) wird allein durch die geometrischen Abmessungen der Gelenkglieder 5 festgelegt. Durch die geometrischen Verhältnisse an dem der ersten Antriebseinheit 4 ist eine im Vergleich zum Stand der Technik deutlich größere maximale Öffnung der Schweißzange erzielbar, bzw. kann der Hub der Antriebseinheit zur Erzielung einer gegebenen Zangenöffnung deutlich reduziert werden. Die bevorzugt konstruktiv in der Mitte der Schweißzange angeordnete erste Antriebseinheit 4 führt zu einer verbesserten Bauraumausnutzung in der Schweißzange. Die Gelenkglieder 5 können belastbarer als die üblicherweise genutzten Feststelleinheiten ausgeführt werden, wodurch der konstruktive Abstand zwischen zentralem Drehgelenk 1 und Gelenkgliedern 5 verringert werden kann. Die Schweißzange besitzt so deutlich kompaktere Abmessungen. Vorteilhafterweise befindet sich der Schwerpunkt der Schweißzange näher an der Roboteraufnahme. Da die erste Antriebseinheit 4 in der Art eines Linearantriebes ausgeführt ist, ergibt sich ein einfacher konstruktiver Aufbau.
2 zeigt den die erste Antriebseinheit 4 in hier ausgefahrenem Zustand. Die Zange schließt um das Drehgelenk 1 wobei durch die Drehbewegung die Gelenkglieder 5 im Endanschlag kollinear liegen. Die Elektroden sind jedoch noch zueinander beabstandet. Das Übertragungsglied 3.2 weist an einem ersten Ende ein erstes Funktionselement 3.3 auf, welches eine konkav gekrümmte Stellfläche 3.3’ aufweist und mit dieser an einem ersten Kontaktkörper 3.3’’ anliegt. Der erste Kontaktkörper 3.3’’ ist in der Art einer drehbar gelagerten Rolle ausgebildet und mit der zweiten Antriebseinheit 3.1 drehbar verbunden. Vorzugsweise ist die Antriebseinheit 3.1 linear verstellbar und pneumatisch betrieben, auch hydraulische oder elektrische Antriebe sind einsetzbar. An dem anderen Ende weist das Übertragungsglied 3.2 ein zweites Funktionselement 3.4 mit einer konvex gekrümmten Stellfläche 3.4’ auf, die an einem zweiten Kontaktkörper 3.4’’ anliegt. Der zweite Kontaktkörper 3.4’’ ist mit einem Zangenarm 2 über eine Linearführung 6 verbunden, die entlang der Führung 7.1 am Hebel 7 im Wesentlichen parallel zu den hier kollinearen Gelenkgliedern 5 in Richtung zum zentralen Gelenkpunkt 1 verfahrbar ist. Das Übertragungsglied 3.2 ist um eine Schwenkachse 3A schwenkbar, die hier außermittig in Richtung zum zweiten Funktionselement 3.4 angeordnet ist. Zur Realisierung der aufeinander zu gerichteten linearen Stellbewegung der Elektroden 2.1 fährt die zweite Antriebseinheit 3.1 in Richtung des fett dargestellten Pfeils aus und drückt den Kontaktkörper 3.3’’ gegen die Stellfläche 3.3’ des ersten Funktionselementes 3.3. Dieses schwenkt um die Schwenkachse 3A, wodurch das zweite Funktionselement 3.4 mit seiner Stellfläche 3.4’ gegen den zweiten Kontaktkörper 3.4’’ bewegt wird und diesen mit der Linearführung 6 und dem Zangenarm 2 in einer geradlinigen Bewegung entlang einer Führung 7.1 am Hebel 7 gegen das zu schweißende nicht dargestellte Bauteil bewegt wird.
In 3 wird der Kontakt der Elektroden 2.1 bei geschlossener Schweißzange und somit geschlossenen Elektroden 2.1 (ohne sich dazwischen befindliches Bauteil) dargestellt. Die gestrichelten Linien dokumentieren die zusammengeschwenkte Position gem. 2. Das Ausfahren der Antriebseinheit 3.1 führt wie vorgenannt beschrieben über das erste Funktionselement 3.3 zu einer Schwenkbewegung des Übertragungsgliedes 3.2 welches damit die das zweite Funktionselement verschwenkt. Die Bewegung des zweiten Funktionselementes 3.4 führt zu einer translatorischen Bewegung des jeweiligen Zangenarmes 2. Hiermit wird die jeweilige Elektroden 2.1 in Richtung zur gegenüberliegenden Elektrode geführt. In dargestellten Ausführungsbeispiel werden beide Zangenarme 2 bei Betätigung der beiden zweiten Antriebseinheiten 3.1 und damit die Schweißelektroden 2.1 zueinander geführt und der Schweißpunkt an dem nicht dargestellten Bauteil gesetzt. Die Erfindung erlaubt den Einsatz von Antrieben mit geringeren Maximalkräften. Gleichzeitig kann/können aufgrund der vorliegenden baulichen Gegebenheiten die zweite/n Antriebseinheit/en 3.1 im hinteren Bereich der Schweißzange angebracht werden. Bei der Verwendung von Pneumatikzylindern als Antrieb der zweiten Antriebseinheiten der Schweißzange sind geringere Luftdrücke zum Betrieb ausreichend, was zu erheblichen Kosteneinsparungen in der Fertigungsanlage durch Wegfall des Hochdrucknetzes führt. Der notwendige, größere Hub der zweiten Antriebseinheit/en ist aufgrund des Einbauortes im Heck der Zange kein Nachteil. Die geschützte, von der Schweißstelle weit entfernte Positionierung der zweiten Antriebseinheit/en kann sich positiv auf deren Lebensdauer und Zuverlässigkeit auswirken. Darüber hinaus erlaubt die Erfindung eine erhebliche Reduzierung der Bauhöhe der Schweißzange, was von großem anwendungstechnischem Vorteil ist. Insbesondere die Führung 6 der Zangenarme 2 der Schweißzange kann näher an deren Mittelachse positioniert werden, wodurch sich die Massenträgheitsmomente der Schweißzange verringern. Ferner können mit Hilfe der Erfindung Schweißzangen mit bisher unwirtschaftlichen, großen Schweißkräften realisiert werden, was sich positiv auf die Verarbeitung bestimmter Werkstoffe auswirkt.
4 zeigt eine Prinzipdarstellung der translatorischen Antriebseinheit 3.1 sowie die diesbezügliche aufgebrachte Antriebskraft F. Erfindungsgemäß wird der Antrieb mittels erster und zweiten Stellflächen 3.3’ und 3.4’ realisiert, welche die Form von Kreisevolventen haben und an einem Übertragungsglied 3.2 ausgebildet sind, realisiert.
Die Evolute der ersten Stellfläche 3.3’ hat vorzugsweise einen deutlich größeren Radius als die Evolute der zweiten Stellfläche 3.4’ 3.4. Entsprechend wird zwischen der zweiten Antriebseinheit 3.1 und dem jeweiligen Zangenarm 2 ein Übersetzungsverhältnis wirksam, d.h. es kommt zu einer Verstärkung der Antriebskraft F(F₁ < F₂). An jeder Stelle der Kurve ist die Normale der Evolvente die Tangente der Evolute. Das bedeutet, dass der Drehwinkel des Übertragungsgliedes 3.2 über dem Hub der zweiten Antriebseinheit 3.1 linear ist. Durch die erfindungsgemäße Anwendung der Kreisevolvente sowohl auf die erste Stellfläche 3.3’ als auch auf zweite Stellfläche 3.4’ ist somit ein vom Antriebshub unabhängiges, konstantes Übersetzungsverhältnis darstellbar. Erfindungsgemäß kann die Anordnung auch als einarmiger Hebel ausgeführt werden, d.h. der Drehpunkt des Übertragungsgliedes 3.2 liegt am Rand desselben, die zweite Stellfläche 3.4’ liegt dann an einer Stelle entlang des Übertragungsgliedes 3.2.
Vorteilhafter Weise ist jeder Zangenarm 2 nach dem Aufeinanderzuschwenken mit der ersten Antriebseinheit 4 durch eine zweite Antriebseinheit 3.1 in Richtung zum jeweils anderen Zangenarm 2 parallel verstellbar.
Die 5 bis 9 zeigen weitere Anordnungsmöglichkeiten der ersten Antriebseinheit.
In 5 ist eine Prinzipskizze einer Widerstandspunktschweißzange mit Schwenkantrieb in geöffneter Position dargestellt, wobei ein erstes Ende der ersten Antriebseinheit ebenfalls in dem Gelenk 5.1 angebunden ist, in dem die beiden Gelenkglieder 5 miteinander schwenkbar verbunden sind. Im Unterschied zu den 1 bis 3 ist die erste Antriebseinheit 4 andererseits an einem ersten Hebel 7 in Richtung zum zentralen Drehgelenk 1 mittels einer Koppel 8 und mit dieser schwenkbar verbunden. In der in 5 dargestellten Position befinden sich die beiden kniehebelartig ausgeführten Gelenkglieder 5 in einer zueinander „eingeknickten“ Position mit einem Winkel α. Bei der Varianten nach 5 fährt die erste Antriebseinheit 4 mit einem Stellelement (z.B. einem Kolben und einer Kolbenstange) in eine ausgerückte Position, wodurch die Gelenkglieder 5 aus einer zueinander winkligen Position in eine zueinander im Wesentlichen kollineare Position bewegt werden und die Zangenarme 2 aufeinander zu schwenken.
Gemäß 6 greift die erste Antriebseinheit 4 ebenfalls in dem Gelenk 5.1 im Bereich der Verbindung der beiden Gelenkglieder 5 an und ist andererseits an einem vom zentralen Drehgelenk abgewandten Ende bevorzugt schwenkbeweglich am Hebel 7 oder an einem nicht dargestellten Gehäuse gelagert.
7 zeigt eine weitere Variante der Anordnung der ersten Antriebseinheit 4, die eine Schwenkbewegung in beide Gelenkglieder 5 außerhalb des Gelenkes 5.1 in diese einleitet. Dazu ist die erste Antriebseinheit 4 an einem Ende mit dem Hebel 7 oder einem Gehäuse (nicht dargestellt) gestellfest aber schwenkbar verbunden. Das andere Ende der Antriebseinheit 4 ist gelenkig über zwei nicht bezeichnete Verbindungsstreben, die endseitig jeweils ein Schubgelenk 9 aufweisen, mit jedem Gelenkglied 5 verbunden.
Die Prinzipskizze einer Widerstandspunktschweißzange mit Schwenkantrieb in geöffneter Position, wobei die erste Antriebseinheit eine Schwenkbewegung in nur ein Gelenkglied 5, hier in das untere, einleitet, ist in 8 dargestellt. Die erste Antriebseinheit 4 ist einerseits gelenkig mit dem Gelenkglied 5 und andererseits gelenkig mit dem Hebel 7 oder mit einem Gehäuse verbunden.
Bei der Varianten nach den 6 bis 8 befindet sich die erste Antriebseinheit in der dargestellten auseinander geschwenkten Position der Zangenarme 2 und den eingeknickten zueinander im Winkel α geneigten Gelenkgliedern in einer ausgefahrenen Position mit einer ausgefahrenen Kolbenstange 4.1. Um die Gelenkglieder 5 in eine zueinander kollineare Position zu schwenken, wird der nicht dargestellte Kolben in eine eingerückte (eingefahrene) Position bewegt.
9 zeigt eine Prinzipskizze, bei welcher die erste Antriebseinheit 4 nach dem Stand der Technik zwischen den beiden ersten Hebel 7 und einem zentralen Gelenkpunkt 1 zur Realisierung deren Stellbewegung angeordnet ist. Im Unterschied zu den vorangegangenen Ausführungsbeispielen ist das Übertragungsglied 3.2 zur Realisierung des linearen Schweißelektrodenantriebes in der Art eines einarmigen Hebels ausgebildet, der an einem Ende 3.2a an dem Hebel 7 gelenkig gelagert ist. Das Übertragungsglied 3.2 weist an seinem anderen Ende ein erstes Funktionselement 3.3 mit einer ersten Stellfläche 3.3’ auf. Das zweite Funktionselement 3.4 ist zwischen dem Ende 3a und dem ersten Funktionselement 3.3 angeordnet. Wirkt die zweite Antriebseinheit 3.2 mit dem ersten Kontaktkörper 3.3’’ in Richtung der zentralen Längsachse A der Schweißzange auf die erste Stellfläche 3.3’ des ersten Funktionselementes wird das Übertragungsglied 3.2 in Richtung zur zentralen Längsachse A bewegt. Dadurch wird das zweite Funktionselement 3.4 in die gleiche Richtung bewegt und wirkt gegen das zweite Kontaktelement 3.4’’, welches über die Führung 6 mit dem Zangenarm 2 verbunden ist, wodurch sich beide Zangenarme 2 linear aufeinander zu bewegen.
Die 10 bis 11 zeigen eine konkrete konstruktive Ausführung einer erfindungsgemäßen Schweißzange und dabei 10 eine Seitenansicht einer konstruktiven Ausführung einer Schweißzange in geöffneter auseinander geschwenkter Position, 11 eine Seitenansicht der Schweißzange in aufeinander zu geschwenkter Position der Schweißzangen und 12 die geschlossene Schweißzange in Schweißposition.
Die Schweißzange weist zwei Zangenarme 2 mit den Schweißelektroden 2.1 auf, wobei die Zangenarme 1 um ein zentrales Drehgelenk 1 bei Betätigung der ersten Antriebseinheit 4 aus der in 10 dargestellten geöffneten Position in die in 11 dargestellte zusammen geschwenkte Position schwenkbar sind. Jeder Zangenarm 2 ist mit einem hier flächig ausgebildeten Hebel 7 verbunden (s. 10). Die Gelenkglieder 5 sind an ihren aufeinander zuweisenden Enden in einem ersten Gelenk 5.1 miteinander schwenkbar verbunden. Jedes Gelenkglied 5 ist an seinem anderen Ende in einem zweiten Gelenk 5.2 mit einem Hebel 7 schwenkbar gekoppelt, wobei jeder Hebel 7 mit einem Zangenarm 2 nicht schwenkbar verbunden ist aber jeder Zangenarm 2 über eine Linearführung 6 entlang einer Führung 7.1 am Hebel 7 linear verstellbar gelagert ist.
In 10 sind die beiden Gelenkglieder 5 in einem Winkel α zueinander geneigt und die erste Antriebseinheit 4 befindet sich in einer eingefahrenen Ausgangsposition mit minimalem Hub. Die zweite Antriebseinheit 4 sitzt zwischen dem zentralen Drehgelenk 1 und dem die Gelenkglieder 5 schwenkbeweglich verbindenden Gelenk 5.1. An dem vom Gelenk 5.1 wegweisenden Ende ist jedes Gelenkglied 5 mit dem Hebel 7 in einem Gelenk 5.2 schwenkbar verbunden. Ein Ausfahren der Antriebseinheit 4 aus der in 10 dargestellten Position in die Position gemäß 2 schwenkt die Zangenarme 2 aufeinander zu, bis sie sich in einer Position gemäß 11 befinden, in welcher die Elektroden 2.1 noch voneinander beabstandet sind. In dieser Position sind die beiden Gelenkglieder 5 kollinear zueinander. Um zu der Schweißposition gem. 12 zu gelangen bewegt sich jede der beiden zweiten Antriebseinheiten 3.1 in einer Hubbewegung mit einem ersten Kontaktkörper 3.3’’, der hier eine drehbare Rolle ist, gegen eine erste konkav gekrümmte Stellfläche 3.3’ eines ersten Funktionselement 3.3 des Übertragungsgliedes 3.2, welches um die Achse 3A schwenkt und mit dem am anderen Ende angeordneten zweiten Funktionselement 3.4 mit einer konvex gekrümmten zweiten Stellfläche 3.4’ auf den zweiten Kontaktkörper 3.4’’ wirkt und den Zangenarm 2 mit der Linearführung 6 im Wesentlichen parallel zu den hier kollinearen Gelenkgliedern 5 in Richtung zum zentralen Gelenkpunkt 1 bewegt, bis sich die Elektroden 2 in der Schweißposition gem. 12 befinden, in welcher das Bauteil nicht dargestellt ist.
Die vorgenannt beschriebenen Komponenten der Schweißzange sind im Wesentlichen spiegelbildlich zur zentralen Längsachse angeordnet. In den 10 bis 12 wurden im Wesentlichen die sich hier oberhalb der Längsachse A befindlichen Bauteile mit Bezugszeichen versehen.
Eine der beiden Hebel 7 sollte gestellfest mit einem Gehäusebauteil (nicht dargestellt) verbunden sein oder dieses bilden. In den vorgenannt beschriebenen Ausführungsbeispielen ist der in den Zeichnungen unten dargestellte Hebel 7 gestellfest. Daher schwenkt hier der oben dargestellte Hebel 7 mit dem oben dargestellten Zangenarm 2 in Bezug auf hier unten dargestellten Hebel 7 und Zangenarm 2 bei Betätigung des ersten Antriebselementes aus.
Bezugszeichenliste

1: zentrales Drehgelenk
2: Zangenarm
2.1: Elektroden
3.1: zweite Antriebseinheit
3.2: Übertragungsglied
3.3: erstes Funktionselement
3.3’: erste Stellfläche
3.3’’: erster Kontaktkörper
3.4: zweites Funktionselement
3.4’: zweite Stellfläche
3.4’’: zweiter Kontaktkörper
3A: Schwenkachse des Übertragungsgliedes
4: Antriebseinheit
5: Gelenkglieder
5.1: erstes Gelenk
5.2: zweites Gelenk
6: Linearführung
7: Hebel
7.1: Führung
8: Koppel
9: Schubgelenk
A: Längsachse
F: Antriebskraft
α: Winkel

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 10202518 A1 [0004]
DE 10249201 B4 [0004]
AT 502724 B1 [0006]

Claims

Schweißzange zum Widerstandsschweißen mit zwei Zangenarmen (2), wobei jeder Zangenarm (2) eine Elektrode (2.1) aufweist und mit wenigstens einem Schweißelektrodenantrieb, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens einer der beiden Zangenarme (2) mit einem Schweißelektrodenantrieb in Form einer zweiten Antriebseinheit (3.1) antreibbar ist und mit dieser aus einer voneinander beabstandeten Position der Zangenarme (2) mit einer translatorischen Stellbewegung in Form eines Krafthubes in die Schweißposition bewegbar ist.
Schweißzange nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Antriebseinheit (3.1), über ein schwenkbeweglich gelagertes Übertragungsglied (3.2) mit einem ersten Funktionselement (3.3) und einem zweiten Funktionselement (3.4) mit dem Zangenarm (2) wirkverbunden ist.
Schweißzange nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Funktionselement (3.3) eine gekrümmte erste Stellfläche (3.3’) und/oder das zweite Funktionselement (3.4) eine gekrümmte zweite Stellfläche (3.4’) aufweist und dass gegen das erste Funktionselement (3.3) die zweite Antriebseinheit (3.2) wirkt und dass das zweite Funktionselement (3.4) gegen eine mit dem Zangenarm (2) verbundene Linearführung (6) wirkt und dass das Übertragungsglied (3.2) außermittig oder endseitig schwenkbar gelagert ist.
Schweißzange, nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass gegen die erste Stellfläche (3.3’) des ersten Funktionselementes (3.3) ein erster mit dem zweiten Antriebselement (3.1) verbundener Kontaktkörper (3.3’’) wirkt und dass gegen die zweite Stellfläche (3.4’) des zweiten Funktionselementes (3.4) ein mit dem Zangenelement (2) verbundenerzweiter Kontaktkörper (3.4’’) wirkt.
Schweißzange nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Stellfläche (3.3’) des ersten Funktionselementes (3.3) und die zweite Stellfläche (3.4’) des zweiten Funktionselementes (3.4) in Form von Kreisevolventen ausgebildet sind und die Evolute der ersten Stellfläche (3.3’) des ersten Funktionselements (3.3) einen größeren Radius als die Evolute der zweiten Stellfläche (3.4’ des zweiten Funktionselements (3.4) besitzt.
Schweißzange nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein erster Zangenarm einen ersten Hebel (7) und ein zweiter Zangenarm (2) einen zweiten Hebel (7) aufweißt, und die Zangenarme (2) sowie die Hebel (7) um ein zentrales Drehgelenk (1) mittels einer ersten Antriebseinheit (4) aus einer geöffneten Position in eine zusammengeführte Position schwenkbar sind und die beiden Hebel (7) mittels vom Drehpunkt (1) beabstandeten mindestens zwei Gelenkgliedern (5) miteinander verbunden sind, wobei die Gelenkglieder (5) miteinander und mit den Hebeln (7) schwenkbar wirkverbunden sind und die Gelenkglieder (5) und damit die Hebel (7) mittels einer translatorisch stellbaren ersten Antriebseinheit (4) ausschwenkbar sind derart, dass die Gelenkglieder (5) in einer zusammengeführten Schwenkposition der Zangenelemente (2) im Wesentlichen kollinear zueinander sind.
Schweißzange nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die translatorisch stellbare erste Antriebseinheit (4) an einer Seite mit den Gelenkgliedern (5) und an der anderen Seite mit dem zentralen Drehgelenk (1) verbunden ist.
Schweißzange nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die translatorisch stellbare erste Antriebseinheit (4) an einer Seite mit den Gelenkgliedern (5) verbunden ist und sich an der anderen Seite gestellfest abstützt.
Widerstandspunktschweißzange nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Antriebseinheit (4) bei zusammengeführten Zangenarmen (2) im Wesentlichen parallel zu diesen liegt.
Widerstandspunktschweißzange nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Gelenkglieder (5) kollinear bei maximalem oder minimalem Hub je nach Anordnung der Antriebseinheit (4) stehen.