DE8815009U1

DE8815009U1 - Schweißzange

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Publication number: DE8815009U1
Application number: DE8815009U
Authority: DE
Original assignee: Mbs Mechanische Bearbeitungsstaetten 3560 Biedenkopf De GmbH
Current assignee: Mbs Mechanische Bearbeitungsstaetten 3560 Biedenkopf De GmbH
Priority date: 1988-12-02
Filing date: 1988-12-02
Publication date: 1989-01-19

Description

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PATENTINGENIEUR/,;', ' ,
Dipl.-Landw. P. Thielmann
ßuropean Patent dBttotney 7

Am Eschenberg 14 - Tel. Co 64 613 a73S
D-356O B I E DEN KOPF / LAH N

09 15 MBS

ANMELDER

MBS MECHANISCHE BEARBEITUNGSSTRTTEN GmbH Gassenfeidstraße 7, D-3560 Biedenkopf-Wallau

TITEL
Schweißzange

BESCHREIBUNG

Die Erfindung betrifft eine Schweißzange für die elektrische Widerstandspunktschweißung zur Verwendung in Verbindung mit einem Industrieroboter gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruchs.

Schweißzangen dieser Art sind bereits im Gebreuch und allgemein bekannt. Dabei 1st auch bekannt, die gesamte Bewegungsstrecke der Schweißelektrode, das heißt, den Kolbenhub des Schweißzangen-Zylindertriebes sowohl in der Schließrichtung, als auch beim RUckhub in mehrere Abschnitte zu unterteilen und zwar in einen Vorhub und wenigstens einen Arbeltshub.

Der Vorhub ermöglicht ein ausreichend weites öffnen der Schweißzange, damit sie voluminöse Teile der Werkstücke, z.B. Türrahmen an Pkw-Karosserien, übergreifen kann, um dahinteriiegende flache Teile des Werkstückes verschweißen zu können.

Zu den Arbeitshüben wird der Schweißelektrodenschaft jeweils nur ein kurzes Stück zurückgezogen, um die Schweißzange von einem Schweißpunkt zum andern entlang einer Schweißpunktlinie bewegen zu können. Um Verformungen und Verschiebungen der miteinander zu verschweißenden Blechwerkstücke zu vermeiden, ist beim Programmieren des die Schweißzange führenden Roboters anzustreben, daß die Festelektrode beim Auftreffen der beweglichen Schweißelektrode möglichst nahe am Werkstück steht. Nach jedem Schweißvorgang soll aber auch die Festelektrode sich schnell und weit genug vom Werkstück lösen, damit ein "Verkleben" am Werkstück vermieden wird.

Es bereits bekannt, zu diesem Zweck den Schweißzangen-Zylindertrieb achsparallel verschieblich unter Zwischenschaltung elastischer Elemente an dem mit Hubbegrenzern versehenen Schweißzangenhalter anzuordnen. Hierzu sieht die DE-PS 35 22 015 ausgehend von der DE-AS 13 03 168 vor, daß sich parallel zur Längsachse des Zylindertriebes am Schweißzangenhalter verschiebliche Anschlagstößel befinden, deren elastische Elemente einen Anschlagfortsatz des Zylinders beim Schließen bzw. Offnen der Elektroden In eine Neutralstellung drücken, in welcher zwei einen Neutraisteiiungsspalt begrenzende Federanschläge der Anschlagstößel am Anschlagfortsatz anliegen, und die Druckkraft jedes elastischen Elements entsprechend dem Gewicht der am Halter verschieblichen Zange derart bemessen 1st, daß die Schweißzange lageunabhängig arbeiten kann.

Indessen können aber die elastischen Elemente, die nach der vorgenannten Druckschrift als Druckfedern ausgebildet sein sollen, die Schweißzange nur so halten, daß die Festelektrode nur annähernd die gewünschte Läge hat. Eine optimale Einstellung der Festelektrode

ist damit nicht möglich.

Die bekannten Schweißzangen sind darüber hinaus auch in anderen Bereichen noch unvollkommen: Der Festelektrodenarm ist unter Verjüngung seines Basisendes in einer Aufnahme am Deckel des Zylindertriebes elektrisch isoliert befestigt. Die aus mehr oder weniger elastischem Material bestehende Isolierung hat - in Verbindung mit der Verjüngung des Elektrodenschaftes - zur Folge, daß sich die Festelektrode unter dem Druck der beweglichen Schweißelektrode aus deren in der Achslinie des Zylindertriebes liegenden Bewegungslinie bewegt. Dabei kommt es wiederum zu Verschiebungen und Verformungen des Werkstückes. Verbesserungsbedürftig sind auch die Zylindertriebe an sich und deren Halterungen.

Der Frfir-iung liegt hiernach die Aufgabe zugrunde, eine Schweißzange für die elektrische Widerstandspunktschweißung zu schaffen, bei der die vorbeschriebenen Mängel der bekannten Schweißzangen beseitigt sind. Dabei wird besonders Wert darauf gelegt, daß die Punktschweißungen möglichst präzise, das heißt, ohne Verschiebungen und Verformungen der Werkstücke beim Schweißen erfolgen können. Darüber hinaus soll das Programmieren des die Schweißzange führenden Roboters erleichtert werden. Ferner hat die Erfindung zum Ziel, die Schweißzange im Hinblick auf ihre Herstellung und den Austausch von Verschleißteilen zu vereinfachen.

Zur Lösung dieser Aufgabe geht die Erfindung aus von einer Schweißzange mit den Merkmalen gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruchs.

Die gestellte Aufgabe wi'fde erfindungsgemäß dadureh gelöst, daß eine solche Schweißzange mit den

Merkmalen gemäß dem kennzeichnenden Teil des Hauptanspruchs ausgestattet ist.

Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Merkmalen nach den Unteransprüchen.

Die Ausbildung der Lagerungen der Schweißzange am Schwei&zangenhalter als Ausgleichselemente mit jeweils einem in das Roboterprogramm einbeziehbaren pneumatischen Ausgleichs-Zylindertrieb ermöglicht in jeder Arbeitslage der Schweißzange ein exaktes Anführen der

[ Festelektrode an das Merkstück und erleichtert im

, übrigen das Einrichten des Roboterprogrammes.

! Bei Oberkopfarbeiten (mit nach oben gerichteten Elektro

den) übernehmen die zwischen den Ausgleichs-Zylindertrieben und den elektrodenseitigen Halterungen der Führungsstangen angeordneten Ausgleichsfedern die Abstützung der Schweißzange auf dem Schweißzangenhalter.

Die elektrisch leitende Befestigung der Festelektrode in einer Aufnahme am Zylinderdeckel, wobei dieser oegenliber den übrigen Bauteilen der Schweißzange elektrisch isoliert ist, gewährleistet auch bei verhältnismäßig geringem Gewicht des Festelektrodenarmes einen wesentlich stabileren Sitz desselben, so daß die Festelektrode nicht mehr unter dem Druck der beweglichen Schweißelektrode aus deren Bewegun^siinie gebogen und ein Verschieben und/oder Verformen der Werkstücke bei den Schweißvorgängen vermieden wird.

Die kreisrunde Gestaltung ter Kolbenstange des Zylindertriebes vereinfacht die Herstellung.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand einer sie beispielsweise wiedergebenden Zeichnung näher erläutert.

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Es zeigen:

Fig. 1 Eine Seitenansicht der Schweißzange mit Halb-Axiälschiiitt durch den Schweißzängen-Zylindeftrieb und Axialschnitt durch einen Ausgleichs-Zylindertrieb mit Schweißzangenträger und angebautem Transformator,

Fig. 2 einen Querschnitt nach der Linie A - A in Fig. 1 mit Stirnansicht der Schweißzange mit Schweißzangenträger, jedoch ohne Transformator.

Die Schweißzange hat einen pneumatischen Zylindertrieb 1, dessen Kolbenstange 2 an ihrem aus dem Arbeitszylinder 3 herausragenden Ende in einer Schaftaufnahme 4 koaxial einen Elektrodenschaft 5 mit der Schweißelektrode 6 trägt. Am elektrovenseitigen Zylinderdeckel

7 ist unterhalb der Zylinderachse 8 in einer Aufnahme 9 ein Elektrodenarm 10 elektrisch leitend fest angeordnet Dabei ist der Zylinderdeckel 7 gegenüber den übrigen Bauteilen der Schweißzange elektrisch isoliert. Das freie Ende des Elektrodenarmes 10 ist zur Zylinderachse

8 hin umgebogen und trägt die Festelektrode 11.

Die Schweißzange ist mit zwei achsparallel am Zylindertrieb 1 angeordneten Führungsstangen 12 an einem mit einem Roboterarm verbindbaren Schweißzangenhalter 13/ unter Zwischenordnung von Ausgleichselementen in axialer Richtung beweglich gelagert.

Diese Lagerungen sind unter Einbeziehung der Füh-rungsstangen 12 als Ausgleichselemente mit je einem in das Roboter-Programm einbeziehbaren pneumatischen Ausgleichs-Zylindertrieb 14 ausgebildet, wobei die Stirnwände 14a, 14b der Ausgleichs-Zyl indertrie'oe 14 jeweils am Schweißzangenhalter 13 angeordnet sind und zwischen sich den Ausgleichs-Zylinder 14c halten. Die Führungsstangen 12 bilden jeweils auf ihrem mittleren Abschnitt eine in den beiden Stirnwänden 14a, 14b geführte

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Ausgieichs-Kolbenstange 12a, auf der ein den Zylinder 14c in zwei Kämmern 15, 16 teilender Ausgleichs-Kolben 17 befestigt ist.

Die Ausgleichs-Zylindeftfiebe 14 sind wesentlich kUrzef als die Führungsstangen 12, die einerseits am Zylinderdeckel 7 und andererseits am Zylinderboden 7a des Schweißzangen-Zylindertriebes 1 befestigt sind. An den elektrodenseitigen freien Abschnitten der Führungsstangen 12 sind jeweils eine zwischen der Stirnwand 14a des Ausgleichs-Zylindertriebes 14 und einem das Ende der Führungsstange 12 haltenden überstand 18 des Zylinderdeckels 7 vorgespannte Ausgleichs-Druckfeder angeordnet.

Jede Kammer 15, 16 der Ausgleichs-Zylindertriebe 14 ist mit einem Anschluß zum Druckgas-Leitungssystem der Schweißzange versehen. Dabei sind jeweils die elektrodenseitigen Kammern 15 wahlweise gemeinsam mit der Arbeitshubkammer des Schweißzangen-Zylindertriebes 1 oder separat mit Druckgas beaufschlagbar, während die rückseitigen Kammern 16 der Ausgleichs-Zylindertriebe 14 gemeinsam mit der Rückhubkammer des Schweißzangen-ZyIindettriebes 1 beaufschlagbar sind. In dem mit der Schweißzange fest verbundenen zu den elektrodenseitigen Kammern 15 der Ausgleichs-Zylindertriebe 14 führenden Druckgas-Leitungsabschnitt ist ein die Druckgasleitung bei "überkopfstellung" (bei nach oben gerichteten Elektroden) sperrendes Ventil angeordnet.

Ferner sind an den Führüngsstangen 12 zu beiden Seiten jedes Ausgleichs-Zylindertriebes 14 je ein Ausgleichhub-Begrenzungselement 20, 21 angeordnet. Diese bestehen jeweils aus einem koaxial auf der Führungsstange 12 angeordneten topfartigen, zum Ausgleichs-Zylindertrieb 14 hin offenen Zylinder.

Der Schweißzangen-Zylindertrieb 1 ist als Zwei-Kolben-Trieb ausgebildet. Dabei hat die Kolbenstange 2 einen kreisrunden Querschnitt, Sie ist in ihrem rückwärtigen Teil als stirnseitig offener Leitzylinder 23 ausgebildet, In diesem ist eine Leitstange 24 angeordnet» die mit ihrem rückwärtigen Ende im Zylinderboden 7a des Arbeitszylinders 3 zentral befestigt ist. Sie hat an ihrem vorderen Ende einen kolbenartigen Endabschnitt 25, der an der Innenwand des Leitzylinders 23 anliegt. Zwischen dem rückwärtigen Teil der Leitstange 24 und der Innenwand des Leitzylinders 23 ist ein Ringkanal 26 vorhanden.

Der Leitzylinder 23 hat an seiner Innenfläche eine achsparallel verlaufende Leitnut, wobei am kolbenartigen Endabschnitt 25 der Leitstange eine seitliche Leitnase 27 angeordnet ist, deren Querschnitt in die Leitnut des Leitzylinders 23 gleitend paßt. Ära rückwärtigen Ende der Kolbenstange 2 ist ein den Leitzylinder 23 kurz vor seinem Ende ringförmig umgebender Arbeitshubkolben 28 befestigt. Zwischen diesem und dem Zylinderboden 7a ist ein Vorhubkolben vorgesehen, der auf der Leitstange 24 zwischen deren kolbenartigem Endabschnitt 25 und einem zylinderbodenseitigen Anschlag gleitend beweglich ist. Dabei ist zwischen dem Arbeitshubkolben 28 und dem Vorhubkolben 29 eine Arbeitshubkammer 30 und zwischen dem Vorhubkolben 29 und dem Zylinderboden 7a eine Vorhubkammer vorhanden.

Die Länge der Leitstange 24 zwischen ihrem kolbenförmigen Endabschnitt 25 und der Innenseite des Vorhubkolbens 29 stößt am Ende der Vorhubstrecke an den kolbenartigen Endabschnitt 25 der Leitstange 24. Dabei befindet sich die zwischen den beiden Kolben 28, 29 liegende Arbeitshubkaramer 30 im Bereich der Mündung 33a

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des axialen Druckgaskanals 33. Der Vorhubkoiben 29 wird bei einer Reihe von Punktschweißungen in dieser Position gehalten. Bei den einzelnen Punktschweißungen bewegt sich der Arbeitskolben 28 - und damit die Kolbenstange 2 mit der Schweißelektrode 6 - nur auf der Arbeitshubstrecke zwischen dem Vorhubkolben und einem deckelseitigen Ansehlagu Synchron mit den Arbeitshüben werden die Ausgleichs-Zyl itider triebe 14 beaufschlagt, so daß sich nicht nur die Schweißelektrode, sondern auch die Festelektrode bewegt. Sie bietet dem Werkstück beim Auftreffen der Schweißelektrode einen festen Widerhalt und löst sich ruckartig mit dem Rückhub der Schweißelektrode, so daß Verklebungen der Festelektrode mit dem Werkstück vermieden werden.

Claims

1. Schweißzange für die elektrische Widerstandspunktschweißung bestehend aus einem pneumatischen Zylindertrieb und durch diesen linear gegeneinander beweglichen Elektroden insbesondere zur Verwendung in Verbindung mit einem Industrieroboter, wobei a> am <*lektrodenseitigen Zylinderdeckel außerhalb aer "ylinderachse ein Elektrodenarm gegenüber dem Zylinder elektrisch isoliert fest angeordnet ist, dessen freies Ende zur Achslinie des Zylindertriebes umgebogen ist und die Feste lektine de trägt;

b) die linear auf der Achslinie des ZyIindertriebes gegen die Festelektrode bewegliche Schweißelektrode am Ende eines Elektrodenschaftes angeordnet ist, der koaxial mit der verdrehsicher im Zylinder beweglichen Kolbenstange des Zylindertriebes kraftschlüssig verbunden ist und wobei

c) die Schweißzange mittels mehrerer achsparallel am Zylindertrieb angeordneter Führungsstangen an einem mit einem Roboterarm verbindbaren Schweißzangenhalter unter Zwischenordnung von Ausgleichselementen in axiale Richtung beweglich gelagert ist,

kegennzeichnet durch folgende Merkmale:

d) die Lagerungen der Schweißzange am Schweißzangenhalter (13) sind unter Einbeziehung der an der Schweißzange befestigten Führungsstangen (12) als Ausgleichselemente mit je einem in das Roboterprogramm einbeziehbaren pneumatischen Ausgleichs-

_t· Zylindertrieb (14) ausgebildet, wobei die Stirn-

jj wände (14a, 14b) des Zylinders am Schweißzangen-

t halter (13) befestigt sind und zwischen sich den

Zylinder (14c) halten und die Führung'jstangen (12) jeweils auf i hrem mi ttleren Abschnitt eine in den beiden Stirnwänden (14a, 14b) geführte Ausgleichs-Kolbenstange (12a) bilden, auf der ein den Zylinder (14c) in zwei Kammern (15, 15) teilender Ausgleichs-Kolben (17) befestigt ist;

e) die Ausgleichs-Zylindertriebe (14) sind wesentlich kürzer als die der Länge des Schweißzangen-Zylindertriebes (1) entsprechenden Führungs stangen (12), wobei jeweils an dem elektrodenseitigen freien Abschnitt der Führungsstangen (12) eine zwischen der elektrodenseitigen Stirnwand (14a) des Ausgleichs-Zylindertriebes (14) und der Endhalterung der Führungsstange (12) vorgespannte Ausgleichs-Druckfeder (19) angeordnet 1st;

f) jede Kammer (15, 16) der Ausgleichs-Zylindertriebe (14) iit mit einem Anschluß zum Druckgas-Leitungs-

\ system der Schweißzange versehen, wobei jeweils

die elektrodenseitigen Kammern (15) wahlweise gemeinsam mit der Arbeitshubkammer des Schweiß

zangen-Zylindertriebes (1) uder separat m»t Druckgas beaufschlagbar sind, während die

(| rückseitigen Kammern (16) d^r Ausgieichs-Zylinder-

tr1ebe(14) gemeinsam mit der Rückhubkammer des Schweißzangen"Zylindertriebes (1) beaufschlagbar ist;

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g) in dem zu den eiektrödenseit1gen Kammern (15) der Ausgleichs-Zylindeftriebe (14) führenden Druckgas-Leitungsabschnitt 1st ein die Druckgas-Zuleitung bei Überkopfsteilung der Schweißzange j (bei nach oben gerichteten Elektroden) sperrendes Ventil angeordnet.

2. Schweißzange nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgieichs-Druckfedern (19) jeweils die Führungsstange (12) umgebende Wendel druckfedern sind.

3. Schweißzange nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß an den freien Abschnitten der Führungsstangen (12) zu beiden Seiten jedes Ausgleichs-Zylindertriebes (14) je ein Ausgleichshub-Begrenzungselement (20, 21) angeordnet ist.

4. Schweißzange nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgleichshub-Begrenzungselemente (20,21) jeweils aus einem koaxial auf der Fünrungsstänge ( 12) angeordneten, zum Ausgleichs-Zylindertrieb ( 14) hin offenen und die Ausgleichs-Druckfeder (19) bzw. eine Fixierfeder (22) jeweils auf einem Teil ihrer Länge umgebenden Zylinder bestehen.

5. Schweißzange nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Festelektrodenarm (10) elektrisch leitend in einer Aufnahme (9) am Zylinderdeckel (7) des Arbeitszylinders (3) befestigt ist, wobei der Zylinderdeckel (7) gegenüber den übrigen Bauteilen der Schweißzange elektrisch isoliert ist.

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Schweißzange nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der den beweglichen Elektrodenschäft bewegende Zylindertrieb (1) als Zwei-Kolben-Trieb mit folgenden Merkmalen ausgebildet ist:

a) Die Kolbenstange (2) hat einen durchgehend kreisrunden Querschnitt und ist in ihrem rückwärtigen Ende als stirnseitig offener Leitzylinder (23) ausgebildet, in dem eine Leitstange (24) angeordnet ist, die mit ihrem rückwärtigen Ende im Zylinderboden (7a) des Arbeitszylinders (3) zentral verdrehsicher befestigt ist;

b) die Leitstange (24) hat an ihrem vorderen Ende einen kolbenartigen, an der Innenwand des Leitzylinders (23) anliegenden Endabschnitt (25), wobei zwischen dem rückwärtigen Teil der Leitstange (24) und der Innenwand des Leitzylinders (23) ein Ringkanal (26) vorhanden ist;

c) der Leitzylinder (23) hat in seiner Innenfläche eine achsparallel verlaufende Leitnut, wobei am kolbenartigen Endabschnitt (25) der Leitstange eine seitliche Leitnase (27) angeordnet ist, deren Querschnitt in die Leitnut des Leitzylinders (23) gleitend paßt;

d) am rückwärtigen Ende der Kolbenstange (2) ist ein den Leitzylinüer (23) ringförmig umgebender Arbeitshubkolben (28) befestigt, wobei zwischen diesem und dem Zylinderboden (7a) ein Vorhubkolben (29) vorgesehen ist, der auf der Leitstange (24) zwischen deren kolbenartigem Endabschnitt (25) und einem zylinderbodenseitigen Anschlag gleitend beweglich ist und wobei

zwischen dem Arbeitshubkolben (28) und dem Vörhubkolben (29) eine Arbeitshubkammer (30) und zwischen dem Vorhubkolben (29) und dem Zylinderboden (7a) eine Vorhubkammer (31) vorhanden sind}

e) im Zentrum des Zylinderbodens (7a) ist ein Druckgas-Leitungsanschluß (32) vorgesehen, der sich als axialer Druckgaskanal (23) in der Leitstange (24) fortsetzt und in deren kolbenat u &igr; ycin dividual Ii &igr;&igr;&igr;&igr;,&ugr; \cu } lauiai au 3 uicscin herausführt, wobei im außermittigen Bereich des Zylinderbodens (7a) ein weiterer Druckgas·* Leitungsanschluß (34) vorgesehen ist, der in die Vorhubkammer (31) des Arbeitszylinders (3) führt.

7. Schweißzange nach Anspruch 6,

dadurch gekennzeichnet, daß das Hubvolumen des Arbeitszylinders (3) durch Verringerung des Zylinderquerschnittes mittels in den Arbeitszylinder einsteckbarer Zylinderbuchsen bei Austausch der Kolben und/oder durch Verkürzung Hör· Huhiänno !üittsls zwischen den Vorhubkolben '29 und den Zylinderboden (7a) einsteckbarer Anschlagzylinder veränderbar ist.

Schweißzange nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß

a) die zur Aufnahme der hinteren Enden der Führungsstangen (12) in Oberständen (18a) des Zylinderbodens (7a) vorgesehenen Bohrungen größer sind, als der Durchmesser der Führungsstangenenden,

b) auf die aus den Bohrungen in den Oberständen (18a)

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des Zylinderbodens (7a) herausragenden Gewindeenden der FUhrungsstangen (12) eine die beiden Flihrungsstangen miteinander verbindende Lasche gesteckt ist» die mit Bohrungen entsprechend dem Durchmesser und dem Abstand der Führungsstangenenden versehen ist und mittels Schraubmuttern gegen die überstände (18a) des Zylinderbodens (7a) klemmbar ist und

c) die Richtung der Zylinderachse (&dgr;) des Zylindertriebes (1) in Bezug auf die Lage des Schweißzangenhalters (13) durch die Elastizität der Isolierung an den vorderen Enden der Flihrungsstangen (12) veränderbar und mittels der Schraubmuttern (12a) sowie durch Paßstifte fixierbar ist, die durch die Lasche in den Zylinderboden (7a) geschlagen sind.

9. Schweißzange nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß im Schweißzangenhalter (13) ein Leitungsverteiler angeordnet 1st, der je eine Kammer für Druckgas und für Kühlwasser hat, wobei jede Kammer einen Leitungsanschluß für eine ankommende Druckgasleitung bzw. für eine ankommende Kühlwasserleitung und eine Mehrzahl von Leitungsanschlüssen für die Weiterleitung des Druckgases bzw. des Kühlwassers zu den Brauchstellen innerhalb der Schweißzange hat.