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Die Erfindung betrifft ein Arbeitsgerät mit einer zwei
gelenkig gelagerte Arme aufweisenden Zange mit einem System
zum Hintergreifen, wobei die beiden Arme jeweils an ihren
jeweiligen Enden ein Stützelement tragen und gegenseitig
mit Motormitteln verbunden sind, welche geeignet sind,
diese gegeneinander zu schwenken, sowohl um diese zu schließen
und so den Stützelementen Bearbeitungsstücke zu umschließen
erlauben, als auch um diese zu öffnen und die Freigabe
dieser Stücke gegenüber der Zange nach der Bearbeitung zu
erlauben, wobei das Arbeitsgerät außerdem ein System zum
Hintergreifen aufweist, welches es erlaubt, sicherzustellen,
daß die zwei Stützelemente gut von den Bearbeitungsstücken
nach dem Öffnungssignal der Arme weggespreizt werden.
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Die Erfindung betrifft im allgemeinen Arbeitsgeräte oder
Maschinen, welche Verbindungsvorgänge durch Schweißen,
Tiefziehen, Falzen oder eine andere Handhabung ermöglichen
sollen, wenn diese Arbeitswerkzeuge oder Maschinen zwei
Arme oder Backen aufweisen, die dazu bestimmt sind, die zu
bearbeitenden oder zu manipulierenden Werkstücke durch
Anwendung einer bestimmten Kraft für die Durchführung der
Verbindungsoperation oder der Handhabung zu umschließen. So
kann der Ausdruck "Stützelemente" zum Beispiel zwei
Widerstandsschweißelektroden
bezeichnen, welche geeignet sind,
zwei Bleche zu umschließen, um diese durch den Durchtritt
eines Stromes hoher Intensität zusammenzuschweißen, oder
auch Tiefziehwerkzeuge, Handhabungswerkzeuge u.s.w.. Der
allgemeine Ausdruck "Bearbeitung" bezeichnet die
entsprechenden Schweiß-, Tiefzieh- und sonstigen
Bearbeitungsverfahren.
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Die zwei Arme sind mit einem Freiheitsgrad gegeneinander
beweglich und erlauben es, durch Selbstzentrierung
automatisch sich den jeweiligen Bearbeitungsstücken anzupassen
und es ist verständlich, daß es im allgemeinen nicht
ausreicht, diese zu öffnen, um die Freigabe der
Bearbeitungsstücke nach der ausgeführten Bearbeitung zu erlauben: Es
ist darüber hinaus wesentlich, sicherzustellen, daß die
Stützelemente alle beide ausreichend weit von den
Bearbeitungsstücken mit einer im Verhältnis zu diesen genau
bestimmten Position weggespreizt werden. Dies ist die Aufgabe
des vorerwähnten Systems zum Hintergreifen.
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Es ist übrigens darauf hinzuweisen, daß das Arbeitsgerät an
Robotern oder anderen Positioniersystemen vorgesehen sein
kann, wobei die Bearbeitungsstücke am Boden befestigt sind.
In einem anderen Fall kann das Arbeitsgerät am Boden
befestigt werden, wobei dann die Bearbeitungsstücke von einem
Roboter oder Manipulator präsentiert werden.
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Im Hinblick auf die eingangs erwähnten Motormittel können
diese eine pneumatische, hydraulische oder
hydropneumatischen Kolben-/Zylindereinheit oder einen geeigneten
elektrischen Antrieb aufweisen.
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Um den bisherigen Stand der Technik und die dabei
bestehenden, durch die Erfindung zu lösenden Probleme besser zu
verstehen, wird beispielhaft mit Bezugnahme auf die Fig. 1
eine Widerstandsschweißzange mit einer pneumatischen
Kolben-/Zylindereinheit mit Armen in "X"-Stellung beschrieben,
welche in offener Position dargestellt ist und mit einem
bekannten System zum Hintergreifen versehen ist (wobei die
Prinzipien und Probleme, die durch diese Gestaltung
hervorgerufen werden, praktisch dieselben sind wie bei einer
Schweißzange oder einem analogen Werkzeug mit Armen in "C"-
Form).
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Diese Zange weist einen eine obere Elektrode tragenden Arm
3 und einen eine untere Elektrode tragenden Arm 2 auf,
welche gegenseitig um eine Achse 7 drehbar angelenkt sind.
Eine pneumatische Kolben-/Zylindereinheit 1 ist einerseits
mit dem Arm 3 durch seinen Kolben 11 und andererseits mit
dem Arm 2 durch seinen Zylinder verbunden. Die Zuführung
von komprimierter Luft in die Kammer 8 der
Kolben-/Zylindereinheit erlaubt es, eine Kraft zwischen den zwei Armen
auszuüben, genannt "Schweißkraft". Diese Kraft wird auf die
zu verschweißenden Bleche 12,13 ausgeübt, die zwischen den
beiden Elektroden 3' und 2' eingespannt sind. Während die
Schweißkraft aufrechterhalten wird, erlaubt ein
Transformator 10 eine Spannung zwischen den beiden Elektroden durch
Zwischenschaltung von Leitern 11' und den die Elektroden
tragenden Armen 2,3, welche selbst als Leiter dienen,
aufzubringen. Die gesamte angelenkte Anordnung, welche durch
die Kolben-/Zylindereinheit 1, den unteren Arm 2 und den
oberen Arm 3 gebildet ist, kann selbst um eine Achse 9
schwenken, welche fest mit dem Kern der Zange 5 ist. Der
Kern der Zange ist am Ende eines Roboter- oder eines
Manipulatorarmes 6 befestigt.
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Bei an Robotern oder Manipulatoren verwandten Zangen ist
die Relativposition der zu verschweißenden Bleche im
Verhältnis zum Roboter oder Manipulator nicht mit Präzision
definierbar. Dies liegt an großen geometrischen Toleranzen
der mechanischen Schweißanordnung, am Abrieb der Elektroden
und an Abweichungen der Bewegungsbahn des Roboters.
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Aufgrund der fliegenden Anordnung der Arme 2 und 3 im
Verhältnis zur Anlenkung 9 können sich diese im Verhältnis zu
den Blechen während des Schließens der
Kolben-/Zylindereinheit selbst positionieren.
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Wenn die Zange offen ist, ist das nachfolgend beschriebene
Selbstzentrierungssystem nicht im Stande, sicherzustellen,
daß eine der beiden Elektronen nicht mehr in Kontakt mit
den zu verschweißenden Blechen ist, um die Bewegung des
Roboters zu autorisieren. Insbesondere kann es aufgrund des
durch das Gewicht der angelenkten Anordnung entstehenden
Moments so sein, daß die eine oder die andere Elektrode in
Kontakt mit den Blechen bleibt. Dies ist der Grund dafür,
daß es notwendig ist, daß einer der beiden Arme ("der
hintergreifende Arm") im Verhältnis zum Kern der Zange 5
präzise positioniert werden muß. Dies wird durch das System
zum Hintergreifen erreicht.
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In Fig. 1 ist ein System zum Hintergreifen mit einer
pneumatischen Kolben-/Zylindereinheit 4 mit einfacher Wirkung
gezeigt. In diesem Fall wird Druck in der Kammer 20 dieser
Kolben-/Zylindereinheit während des Öffnens der Zange
zugelassen, welcher den Arm 2 von dem Blech 13 wegspreizt und
diesen in eine im Verhältnis zum Kern 5 präzise Position
zurückbringt. Während des Schließens der Zange werden die
beiden Kammern der Kolben-/Zylindereinheit 4 mit freier
Luft gefüllt, was das selbst zentrierende System ausmacht.
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Eine Feder 21 kann die komprimierte Luft in der Kammer 20
ersetzen und eine permanente Kraft zum Hintergreifen
sicherstellen. In diesem Falle ist es während des Schließens
der Zange die Reaktion des oberen Armes 3 auf das Blech 12,
welche den Arm 2 in Kontakt mit dem Blech 13 zurückbringt
und so die Feder 21 komprimiert. Die Übereinanderstapelung
der Bleche wird diese Kompressionswirkung unterstützen
sowie das eventuelle Gewicht der angelenkten Anordnung.
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Es sei angemerkt, daß die Kolben-/Zylindereinheit 4 auch
eine Doppelwirkung haben könnte. In diesem Falle würde die
Kammer 22 mit komprimierter Luft mit konstantem oder
variablem Druck gespeist, um während der Phase des
Verschließens die Rückkehr des Armes 2 in Kontakt mit dem Blech 13
zu unterstützen.
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Dieses System Hintergreifen-Gleichgewicht ist sehr
geläufig: Es hat den Vorteil, entlang eines vorbestimmten Weges
eine positive Bewegung hervorzurufen, und zwar mit einer
präzisen Kraft. Außerdem wird im Falle einer
Kolben-/Zylindereinheit mit Doppelwirkung das Gewichtsgleichgewicht der
beweglichen Anordnung gut gesichert.
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Die Nachteile dieser bekannten Systeme zum Hintergreifen
liegen häufig in der Schwierigkeit, die Bewegung einer so
kleinen Kolben-/Zylindereinheit zu regulieren, was manchmal
ein Zusammenstoß der unteren Elektrode hervorrufen kann
sowie die Unmöglichkeit der Regulierung der Kraft zum
Hintergreifen und selbstverständlich die Notwendigkeit,
komprimierte
Luft und ein Verteilungssystem für elektrischen
Strom zu benötigen. Außerdem ist die Entwicklung der
Schweißzange im Raum so, daß die notwendige Kraft für den
hintergreifenden Arm gegen das Blech während der Phase des
Schließens nicht konstant ist, weil das Gewicht des
hintergreifenden Armes die Bewegung beschleunigen oder bremsen
kann oder neutral sein kann. Derartige Nachteile bestehen
auch bei der Schweißmaschine, welche in dem Dokument WO
86/00251 beschrieben ist, bei der die Hintergreifung von
einem zusätzlichen Elektromotor bewirkt wird.
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Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, ein Arbeitsgerät der
im Oberbegriff beschriebenen Art zu schaffen, dessen System
zum Hintergreifen diese Nachteile pneumatischer Systeme zum
Hintergreifen oder von Systemen mit Federn nicht aufweist.
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Aufgabe ist es außerdem, eine wesentlich bessere Kontrolle
der Hintergreifbewegung zu erhalten: eine präzise
Auslösung, eine begrenzte Zusammenprallgeschwindigkeit und vor
allem eine mögliche Unterdrückung der ausgeübten Kraft, sei
es bei der Annäherung Elektrode-Blech, sei es bei der
Trennung Elektrode-Blech, wenn es sich um einen Schweißvorgang
handelt, und im allgemeinen bei der Annäherung oder
Trennung zwischen den Stützelementen und den zu bearbeitenden
Stücken, wenn es sich um andere Bearbeitungsvorgänge als
Schweißen handelt.
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Diese Aufgabe wird mit einem Arbeitsgerät der eingangs
bezeichneten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das
System zum Hintergreifen eine Kupplungsvorrichtung aufweist,
die durch Gebrauch eines Teils der Leistung der Motormittel
den Lauf des Hintergreifens in beiden Richtungen hervorruft
und eine steuerbare Kupplung aufweist, insbesondere mit
elektrischer Steuerung und geeignet zur Erzeugung der Kraft
des Hintergreifens, wobei die Kupplung an die Motormittel
ankuppelbar ist, welche von einem gesteuerten Elektromotor
gebildet ist, der geeignet ist, die erforderliche Kraft zur
Behandlung der Bearbeitungsstücke zu erzeugen.
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Mit anderen Worten besteht die Erfindung im wesentlichen
darin, dasselbe Motorsystem zu benutzen, um die Funktionen
des Umschließens der Bearbeitungsstücke und des
Hintergreifens sicherzustellen.
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Ein erfindungsgemäßes Arbeitswerkzeug, angewendet auf eine
Widerstandsschweißzange in X-Stellung wird nachfolgend
beispielhaft mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben, von
denen
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- die Fig. 2 eine Seitenansicht der Zange ist,
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- die Fig. 3 ein Schnitt in axialer und
vertikaler Richtung ihres Systems zum
Hintergreifen ist und die
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- Fig. 4 eine detailliertere Ansicht eines
axialen und horizontalen Schnittes dieses
Systems ist.
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Die vorzitierten Motormittel weisen in dieser Anwendung
einen Motor mit einem Rotor 31 auf, auf dem eine Buchse 32
befestigt ist. Der Rotor dreht sich innerhalb eines Stators
33, welcher selbst von einem festen Käfig 34 umgeben ist,
der das Gehäuse der gesamten Anordnung bildet, die das
Motorsystem und das System zum Hintergreifen aufweist, wobei
der Käfig gegenüber einem unteren Arm 2 der Schweißzange
mittels Lagerzapfen 43 (Fig. 4) angelenkt ist, welche
gleichzeitig seine Drehunbeweglichkeit sicherstellen. Der
Rotor 31 ist axial und radial durch Wälzlager 35 und ein
Längskugellager 36 gesichert. Er kann sich deshalb axial im
Verhältnis zum Käfig 34 nicht bewegen. Ein endseitig mit
einem Gewinde versehener Kolben 11 ist in die Buchse 32
eingeschraubt, wobei sein freies Ende mit einer Kappe 39
ausgerüstet ist, die es erlaubt, diesen gegenüber dem
oberen Arm 3 der Zange durch eine Achse 40 drehfest zu machen.
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Die Buchse 32 kann auf pneumatische, mechanische,
hydraulische oder elektrische Weise mit einer anderen Buchse 45
durch eine Kupplung 44 permanent oder zeitweise gekuppelt
werden.
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Die Kupplung 44 soll ein Schlupfen im Falle der
Drehblockierung der Buchse 45 erlauben und die Schlupfkupplung
kann konstant oder regelbar sein, je nach dem
Anwendungszweck.
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Die Buchse 45 wird axial und radial gegenüber dem Käfig 34
durch Kugellager 46 gehalten. Im Inneren dieser Buchse ist
eine Hohlschraube 47 in Eingriff, welche radial gegenüber
dem Käfig 34 durch eine äußere Lagerbuchse 48 gehalten
wird, wobei eine innere Lagerbuchse 49 die
Translationsbewegung des Kolbens erlaubt. Die Schraube 47 kann sich weder
in Translationsrichtung durch die Lagerzapfen 50, welche
diese an einer Kappe 51 halten, welche gegenüber dem Kern 5
der Zange (Fig. 2) fest sind, noch in Rotation durch
dieselben Zapfen 50 bewegen, welche quer durch eine im Käfig
34 (siehe Fig. 4) erstreckte Öffnung 38 hindurchragen.
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In Fig. 3 ist der dargestellte Motor in komplett
zurückgezogener Position des Kolbens 11 und der Schraube 47
gezeigt, was einer geöffneten hintergriffenen Zange
entspricht.
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Wenn der Motor sich in einem gegebenen Sinn dreht, drückt
die in Translationsrichtung blockierte Buchse 32 den Kolben
11 nach außen, was das Schließen der Zange hervorruft.
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Wenn die Kupplung 44 eingekuppelt wird, treibt die Buchse
32 in Rotation die Buchse 45 an, und zwar mit der im
Eingriff befindlichen Hohlschraube 47. Da sich die Buchse 45
nicht in Translationsrichtung bewegen kann, versucht sie
eine Longitudinalverschiebung der Schraube 47, die sich
aufgrund der in Eingriff mit dem Käfig 34 befindlichen
Lagerzapfen 50 nicht drehen kann. Folglich ist die Schraube
47 gleichermaßen unbeweglich in Translationsrichtung, weil
sie durch die Lagerzapfen 50 und die Kappe 51 fest mit dem
Kern 5 der Zange ist. Als Reaktion kehrt die Motoranordnung
zurück und verursacht die Rotation nach hinten der Kappe 2
um die Achse 7 und somit das Schließen des hintergreifenden
Armes 2.
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Wenn das entsprechende Stützelement mit einer Elektrode 24
in Kontakt mit dem Blech 13 kommt, entsteht ein Gleiten im
Bereich der Kupplung. Der Rotor 31 sowie die Buchse 32
bleiben in Drehbewegung, bis das andere Stützelement, d.h.
die obere Elektrode 23 auf ihrem Wege in Kontakt mit dem
Blech 12 kommt. In diesem Moment erzeugt der Motor ein
konstantes Drehmoment, das es erlaubt, ein Einklemmen der
Bleche zwischen den beiden Elektroden zu erhalten.
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Zum Öffnen wird der Motor in anderer Drehrichtung betätigt
und die mit dein Rotor 31 drehfeste Buchse 32 bewirkt eine
Translationsbewegung der Schraube 11 ins Innere des Motors.
Diese Schraube, die am beweglichen Arm 3 durch die Kappe 39
der Achse 40 befestigt ist, bringt den oberen Arm 3 in
Öffnungsposition zurück. Zur gleichen Zeit, wenn die Kupplung
44 in Eingriff ist, wird die Buchse 45 in Drehbewegung
angetrieben und versucht eine Translationsbewegung der
Schraube 47 nach innen. Diese durch die Lagerzapfen 50 mit
der Kappe 51 verbundene Schraube kann sich nicht bewegen
und als Reaktion ist es der Motor, der sich nach vorne
durch die Öffnung 38 bewegt und eine Drehbewegung des
hintergreifenden Armes 2 im Sinne des Öffnens bewirkt.
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Wenn der hintergreifende Arm auf einem Anschlag 52 (Fig. 2)
trifft, wird seine Bewegung unterbrochen, wobei die
Kupplung 44 zu rutschen beginnt und der Rotor 31 und die Buchse
32 sich kontinuierlich weiterdrehen, bis der obere Arm 3 an
einem mechanischen hinteren Anschlag oder in eine
vorprogrammierte Position ankommt, wenn der Motor diese Position
erreicht hat.
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Es ist festzustellen, daß das Prinzip der Erfindung
Gültigkeit behält, wenn die Kupplung 44 eine elektrische, eine
pneumatische, eine hydraulische oder eine mechanische
Steuerung aufweist. In diesem Falle kann die Steuerung der
Entkupplung der Kupplung und ggf. der Veränderung des
Drehmomentes gleichfalls pneumatisch, hydraulisch oder
mechanisch sein.
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Eine andere Möglichkeit der Erfindung betrifft den Fall, wo
sie die die Energie des Hauptmotors zur Schweißkraft zur
Bewirkung des Hintergreifens benutzt und darin besteht, die
Kupplung durch eine permanente Kupplung zu ersetzen. Diese
Kupplung kann mit mechanischer, hydraulischer, magnetischer
Reibung oder z.B. mit einem Focault-Strom sein, aber auch
alle anderen Kupplungssysteme permanenter Art können
vorgesehen werden.
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In diesem Falle wäre die Funktionsweise identisch zu der
Funktionsweise mit einer gesteuerten Kupplung, aber sie
würde weder die Entkupplung in einem präzisen Abschnitt des
Kreislaufes noch eine Veränderung der Kraft erlauben, wobei
der wesentliche Vorteil dieses Systems die geringen
Ausführungskosten wären und in bestimmten Fällen eine permanente
Bremsung ohne Energiedissipation beim Anhalten.
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Im Hinblick auf andere Systeme zum Hintergreifen mit
elektrisch gesteuerter Kupplung, wie diese vorstehend in dieser
Patentanmeldung beschrieben worden sind, müssen diese in
diesen Fällen eine oder zwei folgende Funktionen erfüllen:
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- Selbstzentrierung,
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- Blockierung der Bremse in hintergriffener Position.
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Die Selbstzentrierung kann durch die Umkehrbarkeit des
Systems Schraube und Buchse 45/47 des Systems zum
Hintergreifen erhalten werden.
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Die Blockierung des hintergreifenden Armes in der offenen
Position bringt ein Problem nur, wenn der Motor für die
Schweißkraft angehalten wird, z.B. wenn die Zange
vollständig offen ist. In diesem Falle kann die Kupplung entweder
ein permanentes statisches Drehmoment liefern oder es kann
die Irreversibilität des Systems Schraube-Buchse des
Hintergreifens erzielt werden.
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Trotzdem kann man aus Sicherheitsgründen wollen, eine
Bewegung der Arme der Zange zu vermeiden, wenn der elektrische
Strom oder die hydraulische oder pneumatische Energie im
Falle einer Kupplung dieses Typs unterbrochen sind. Die
Lösung kann von neuem in der Irreversibilität des Systems
Schraube-Buchse des Systems zum Hintergreifen gefunden
werden. Wenn jedoch diese Irreversibilität ein Problem
darstellt, ist es notwendig, die Kupplung mit einem statischen
Bremssystem zu verbinden, das selbst in Abwesenheit von
Energie funktioniert.
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Alles, was vorstehend beschrieben worden ist, bezieht sich
auf ein System zum Hintergreifen, welches die Energie des
Motors für die Schweißkraft gebraucht, aber dies bezieht
sich gleichermaßen auf Zangen mit pneumatischen
Kolben-/Zylindereinheiten oder auf Elektromotoren, in denen die
Hintergreifung sich nach der Beschreibung der Erfindung
abspielt, aber mit Hilfe eines speziellen Hilfsmotors zum
Hintergreifen.