AT409733B - Positioniervorrichtung und verfahren zum schweissen von türen und klappen - Google Patents

Description

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   Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Schweissen von Türen- oder Klappen- teilen eines Kraftfahrzeuges, vorzugsweise stirnseitiges Schweissen, bestehend aus einem Schweissroboter, vorzugsweise ein 6-achsiger Schweissroboter, einer zugehörigen Schweissroboter- steuerung, einem am Schweissroboter gehaltenen Schweisskopf, vorzugsweise ein Plasma- Schweisskopf oder ein Laser-Schweisskopf, und einer Positioniervornchtung mit einer   Halteeinrich-   tung, in der die Türen- oder Klappenteile ortsfest und schweissgerecht gehalten werden, sowie ein zugehöriges Verfahren 
Das Schweissen von Türen- oder Klappenteilen ist vorrangig aus dem Einbau dieser Teile in die Rohkarosserie bekannt, wo Scharniere von Türen oder Klappen an die Karosserie angeschweisst werden.

   Beispiele dafür sind in der EP 470 939 A1 und der EP 147 530 A2 offenbart 
Bei der Herstellung von Türen und Klappen kamen bisher andere Verfahren, als das Schwei-   #en,   zum Einsatz. Türen und Klappen im Kraftfahrzeugbau müssen an ihren Aussenkanten beson- deren   Qualitätskriterien   genügen, da diese Sichtkanten sind und jede Abweichung von der ge- wunschten Form, innerhalb bestimmter Toleranzgrenzen, mit freiem Auge festgestellt werden kann. Das derzeit am häufigsten eingesetzte Verfahren zum Herstellen von Türen und Klappen im Kraftfahrzeugbau ist das Bördeln. Das Bördeln ist jedoch sehr aufwendig und mit sehr hohen Kosten verbunden, da für jede einzelne Türe oder Klappe ein eigenes kompliziertes und teures Bördelwerkzeug benotigt wird.

   In der letzten Zeit wurden alternative Verfahren bekannt, mit denen die Herstellung von Türen oder Klappen wesentlich vereinfacht und verbilligt werden können Diese Verfahren verwenden häufig ein Schweissverfahren, wie das Laser-Schweissen oder das Plasma- Schweissen zum Fügen der Türen- oder Klappenteile. Ein besonders günstiges Verfahren stellt dabei das stirnseitige Verschweissen der Türen- oder Klappenteile dar, da hier die einzelnen Teile nicht speziell vorbereitet werden müssen. Durch die Verwendung von relativ dünnen Blechen im Kraftfahrzeugbau muss die Wärme dabei jedoch sehr konzentriert und gleichmässig in die Schweissstelle eingebracht werden, da ansonsten die Gefahr das sich die Türen- oder Klappenteile durch Wärmespannungen verziehen sehr gross ist.

   Dieses Problem ergibt sich ganz besonders bei zu schweissenden Kanten oder Rundungen, da der Schweissroboter, beziehungsweise die Schweiss- robotersteuerung, nicht in der Lage ist solche Übergänge mit gleichbleibender Geschwindigkeit zu schweissen 
Die Erfindung stellt sich daher zur Aufgabe eine Vorrichtung und ein Verfahren anzugeben, mit dem es möglich ist mehrere Seiten von Türen oder Klappen mit mehr oder weniger abrupten Ubergängen, in Form von Kanten oder Rundungen, mit einer über die gesamte Schweissnahtlange gleichbleibenden Qualität hochwertig zu schweissen. 



   Die Aufgabe wird für die Vorrichtung erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass in der Positionier- vorrichtung mindestens eine durch die Schweissrobotersteuerung ansteuerbar externe Roboterach- se angeordnet ist und dass die Halteeinrichtung gemeinsam mit den Türen- oder Klappenteilen um die zumindest eine externe Roboterachse drehbar ist. Für das Verfahren wird die oben gestellte Aufgabe erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass die Schweissrobotersteuerung die Achsen des Schweissroboters und mindestens eine zusätzliche externe Roboterachse, um die die Türen- oder Klappenteile verdreht werden können, so ansteuert, dass der Schweisskopf mit einer im wesentli- chen gleichbleibenden relativen Geschwindigkeit entlang der ganzen zu schweissenden Bahngeo- metrie geführt wird.

   Dadurch, dass die Schweissnaht über ihre gesamte Lange mit gleichbleibender Geschwindigkeit geschweisst wird, und sich im Betrieb natürlich die anderen Schweissparameter, wie zum Beispiel die Schweissleistung, der Abstand zwischen Schweisskopf und Bauteil, etc., im Regelfall nicht ändern, wird sichergestellt, dass die Wärme sehr gleichmässig in die Bauteile einge- bracht wird. Dadurch minimiert sich auch die durch ungleichmässige Wärmeeinflusszonen hervor- gerufenen Wärmespannungen und damit auch die damit verbundenen plastischen Verformungen der Bauteile, wie beispielsweise Verzug. Damit können die sehr engen Toleranzen bei der Herstel- lung von Turen oder Klappen im Kraftfahrzeugbau eingehalten werden. 



   Darüber hinaus kann dieses Verfahren erheblich günstiger betrieben werden wie ein herkömm- liches Bördelverfahren. Die Kosten konnen um mindestens 1/3, verglichen zum Bordein gesenkt werden. Dies ergibt sich hauptsächlich dadurch, dass im Prinzip nur die Vorgaben an die Schweiss- robotersteuerung, also die zu schweissende Bahngeometrie, geandert werden muss, was sehr rasch mit entsprechenden Computerprogrammen durchgeführt werden kann. Darüber hinaus kann die Halteeinrichtung sehr flexibel gestaltet werden, womit mehrere unterschiedliche Turen oder 

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 Klappen mit ein und der selben Halteeinrichtung gespannt werden können. Die für jeden Werkstoff und jede Blechstärke erforderlichen Schweissparameter sind ohnehin bekannt und können einfach übernommen werden. 



   Eine besonders einfache Ausführungsform erhält man, wenn die Halteeinrichtung um eine ex- terne Roboterachse, die an dem einen Ende eines starren Balkens der Positioniervorrichtung angeordnet ist, drehbar ist und der starre Balken weiters um eine zweite externe Roboterachse, die an dem anderen Ende des Balkens angeordnet ist, drehbar ist. Durch die sehr einfache Geometrie dieser Anordnung erreicht man eine sehr einfache Steuerung der externen Roboterachsen. 



   Eine weitere Vereinfachung ergibt sich, wenn die Türen- oder Klappenteile in der   Halteeinrich-   tung so angeordnet sind, dass die externen Roboterachsen im wesentlichen mit dem Krümmungs- mittelpunkt einer abgerundeten Kante oder Rundung zusammenfallen. Dadurch vereinfacht sich die Steuerung der externen Achsen noch einmal wesentlich. 



   Eine besonders flexible Variante erhält man, wenn der Abstand zwischen den beiden externen Roboterachsen des starren Balkens verstellbar ist, da dann bei Bedarf nur die Halteeinrichtung gewechselt werden muss und der Balken einfach an die neuen geometrischen Verhältnisse ange- passt werden kann. Dadurch erreicht man, dass man die unterschiedlichsten Türen und Klappen mit der selben Vorrichtung schweissen kann 
Um den Balken und die Halteeinrichtung so ruhig wie möglich halten zu können, wenn sie mo- mentan nicht bewegt werden müssen, ist es günstig, wenn die externen Roboterachsen wahrend dem Schweissen von weitgehend geraden Strecken fixiert werden und beim Schweissen von Kanten oder Rundungen zur Verdrehung durch die Schweissrobotersteuerung angesteuert werden. 



   Wenn zumindest eine Schweissroboterachse und zumindest eine der vorhandenen externen Roboterachsen durch die Schweissrobotersteuerung, zum Schweissen einer im wesentlichen belie- bigen Bahngeometrie gleichzeitig angesteuert werden, können auch kompliziertere Bahngeomet- rien geschweisst werden, was die Vielseitigkeit des erfindungsgemässen Verfahrens wesentlich erhöht. 



   Werden die externen Achsen gegen einen Anschlag verdreht, so erhöht sich die Genauigkeit der Positioniereinrichtung, was sich positiv auf das Endergebnis auswirkt. 



   Die vorliegende Erfindung wird anhand der folgenden beispielhaften, schematischen und nicht einschränkenden Zeichnungen, Fig. 1 bis 9, beschrieben. Die Zeichnungen zeigen dabei- 
Fig. 1 bis Fig. 8 zeigen jeweils eine perspektivische Darstellung des Schweissvorganges in einem charakteristischen Zeitpunkt. Die Bezugszeichen sind dabei nur in Fig. 6 einge- zeichnet, da diese die günstigste Ansicht dafür bietet. In Fig. 9 sieht man eine Aufsicht der 
Türen- oder Klappenteile mit der Anordnung der externen Achsen. 



   In Fig. 1 ist die Ausgangsposition dargestellt, d h. sowohl die Positioniervorrichtung 4, als auch der Schweissroboter 1 stehen in ihrer Ausgangsposition. Der Schweissroboter 1 verfährt nun mit im wesentlichen konstanter Geschwindigkeit, bei fixierten externen Roboterachsen 7 und 8, den Schweisskopf 2 entlang der geraden Stirnseiten der in der Halteeinrichtung 6 gespannten Türen- oder Klappenteile 3 bis zu der in Fig. 2 dargestellten Position Jetzt wird der Balken 5 um die erste externe Roboterachse 7 durch die Robotersteuerung mit einer im wesentlichen konstanten Winkel- geschwindigkeit verdreht, wobei der Schweisskopf 2 im wesentlichen ruhig gehalten wird.

   Der Übergang zwischen der Bewegung des Schweisskopfes 2 und der Verdrehung der externen Robo- terachse 7 erfolgt dabei nicht abrupt, sondern geht ineinander über, damit eine konstante Schweissgeschwindigkeit sichergestellt wird. Fig. 3 zeigt die Position bei ungefähr der halben Verdrehung des Balkens 5 um die externe Roboterachse 7. Nach der vorgesehenen Verdrehung um die externe Roboterachse 7 erreicht der Schweisskopf 2 die in Fig 4 dargestellt Position und es findet wieder ein Übergang von der Drehbewegung zur geradlinigen Bewegung des Schweisskop- fes 2 entlang der Stirnseite der Türen- oder Klappenteile 3 statt. Vorteilhaft ist es, wenn man wäh- rend der geradlinigen Bewegung des Schweisskopfes 2 die externen Achsen 7 und 8 fixiert. Am Ende dieser Bewegung erreicht man die Position nach Fig. 5.

   Die geradlinige Bewegung wird wiederum kontinuierlich verringert und gleichzeitig der Balken um die zweite externe Roboterachse 8 verdreht, wobei die erste externe Roboterachse 7 fixiert bleibt, sodass der Schweisskopf 2 mit konstanter Geschwindigkeit der Rundung 10 folgt. In Fig. 6 sieht man die Position der beteiligten Teile bei etwa der Hälfte der Drehbewegung um die zweite externe Roboterachse 8. Nach Ab- schluss der Drehbewegung findet man die Position gemäss Fig 7 vor, wo wiederum ein Übergang 

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 von einer Drehbewegung zu einer geradlinigen Bewegung stattfindet. Am Ende der geradlinigen Bewegung erreicht man die Endposition wie in Fig 8 dargestellt Somit hat man drei Seiten einer Türe oder Klappe 3 mit gleichbleibender Schweissgeschwindigkeit verschweisst. 



   In Fig. 9 sieht man, dass die externen Roboterachsen 7 und 8 mit den Rundungsmittelpunkten der Kante 9 und der Rundung 10 zusammenfallen, wodurch die Ansteuerung der externen Robo- terachsen 7 und 8 sehr einfach wird Dies ist jedoch nicht zwingenderweise notwendig 
Diese Figurenbeschreibung ist nur beispielhaft und keineswegs einschränkend. Insbesondere ist es denkbar beliebig viele weitere externe Achsen unter beliebigen Stellungen zueinander und somit zusätzliche Balken oder ähnliche Bauteile einzubinden, wodurch entweder aufwendigere Bahngeometrien und/oder mehr Seiten einer Türe oder Klappe geschweisst werden können. 



   Weiters ist es möglich durch die gleichzeitige Ansteuerung der Roboterachsen und einer oder mehrerer externer Roboterachsen kompliziertere Schweissgeometrien zu schweissen. Einschrän- kungen sind hier im Prinzip lediglich durch die Möglichkeiten der verwendeten Schweissroboter- steuerung gegeben. 



   PATENTANSPRÜCHE: 
1 Vorrichtung zum Schweissen von Türen- oder Klappenteilen (3) eines Kraftfahrzeuges, vor- zugsweise stirnseitiges Schweissen, bestehend aus einem Schweissroboter (1), vorzugs- weise ein 6-achsiger Schweissroboter, einer zugehörigen Schweissrobotersteuerung, einem am Schweissroboter (1) gehaltenen Schweisskopf (2), vorzugsweise ein Plasma-Schweiss- kopf oder ein Laser-Schweisskopf, und einer Positioniervorrichtung (4) mit einer Halteein- richtung (6), in der die Türen- oder Klappenteile (3) ortsfest und schweissgerecht gehalten werden, dadurch gekennzeichnet, dass in der Positioniervorrichtung (4) mindestens eine durch die Schweissrobotersteuerung ansteuerbare externe Roboterachse (7,8) angeordnet ist und dass die Halteeinrichtung (6) gemeinsam mit den Türen- oder Klappenteilen (3) um die zumindest eine externe Roboterachse (7 oder 8) drehbar ist.

Claims (1)

1. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Halteeinrichtung (6) um eine externe Roboterachse (8), die an dem einen Ende eines starren Balkens (5) der Positioniervorrichtung (4) angeordnet ist, drehbar ist und dass der starre Balken (5) um eine zweite externe Roboterachse (7), die an dem anderen Ende des Balkens (5) ange- ordnet ist, drehbar ist.

   3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Türen- oder Klappen- teile (3) in der Halteeinrichtung (6) so angeordnet sind, dass die externen Achsen (7,8) im wesentlichen mit dem Krümmungsmittelpunkt einer abgerundeten Kante (9) oder Rundung (10) zusammenfallen.

   4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand zwischen den beiden externen Roboterachsen (7,8) des starren Balkens (5) verstellbar ist.

   5. Verfahren zum Schweissen von Türen- oder Klappenteilen (3) eines Kraftfahrzeuges bei dem ein von einem Schweissroboter (1) gehaltener Schweisskopf (2), vorzugsweise ein Plasma-Schweisskopf oder ein Laser-Schweisskopf, durch eine Schweissrobotersteuerung entlang einer vorgegebenen Bahngeometrie geführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Schweissrobotersteuerung die Achsen des Schweissroboters (1) und mindestens eine zusätzliche externe Roboterachse (7,8), um die die Türen- oder Klappenteile (3) verdreht werden können, so ansteuert, dass der Schweisskopf (2) mit einer im wesentlichen gleich- bleibenden relativen Geschwindigkeit entlang der gesamten zu schweissenden Bahngeo- metne geführt wird.

   6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine interne Schweissroboterachse und zumindest eine der vorhandenen externen Roboterachsen (7, 8) durch die Schweissrobotersteuerung, zum Schweissen einer im wesentlichen beliebigen Bahngeometrie gleichzeitig angesteuert werden.

   7. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die externen Roboterachsen (7,8) während des Schweissens von weitgehend geraden Strecken fixiert werden und beim Schweissen von abgerundeten Kanten (9) oder Rundungen (10) durch die Schweissroboter- <Desc/Clms Page number 4> steuerung angesteuert werden.

   8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Positioniervor- richtung um die externen Achsen (7,8) gegen einen Anschlag verdreht wird.

   HIEZU 5 BLATT ZEICHNUNGEN