AT8125U1

AT8125U1 - Vorrichtung zum verschweissen der halbschalen eines behälters

Info

Publication number: AT8125U1
Application number: AT0089603U
Authority: AT
Inventors: Sandor Dipl Ing Palvoelgyi
Original assignee: Tesma Motoren Getriebetechnik
Priority date: 2003-12-16
Filing date: 2003-12-16
Publication date: 2006-02-15
Also published as: DE102004060643A1; DE102004060643B4

Abstract

Eine Vorrichtung zum Führen der zu verschweissenden Halbschalen (1, 2) eines Behälters besteht aus Aufnahmen (3, 4) für jede der Halbschalen (1, 2) mit Klemmbacken (5, 6) für die umlaufenden Flansche (14). Um den Aufwand für die Klemmung und Energiezufuhr zu vermindern und für Werkstücke mit unebenem Flansch geeignet zu sein, ist eine Anzahl Spannvorrichtungen (12) welche an der ersten Aufnahme (3) angebracht ist und einen verschiebbaren und in seiner vorgeschobenen Stellung mit einer in der zweiten Aufnahme (4) vorgesehenen Fassung (17) formschlüssig verbindbaren Spannbolzen (30) aufweist. Fassung (17) und Spannbolzen (30) haben in der translatorischen Endstellung des Spannbolzens (30) zusammenwirkende Bajonettteile (36), um die beiden Klemmbacken (5, 6) zusammenzuspannen.

Description

2 AT 008 125 U1

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Führen der zu verschweissenden Halbschalen eines Behälters, deren umlaufende Flansche einander flächig berühren, bestehend aus einer ersten und zweiten gesteuert bewegbaren Aufnahme für jede der Halbschalen, wobei die erste Aufnahme eine erste Klemmbacke und die zweite Aufnahme eine zweite Klemmbacke hat, welche 5 Klemmbacken die umlaufenden Flansche zusammenpressen.

Aus Schalenteilen aus Blech zusammengesetzte Behälter sind in den verschiedensten Anlagen und Maschinen anzutreffen. In Kraftfahrzeugen zum Beispiel als Gehäuse für Katalysatoren, insbesondere aber als Treibstoffbehälter. Diese haben in modernen Automobilen aus Gründen io der Raumausnutzung komplexe und verzweigte Formen, weshalb die umlaufenden und miteinander zu verschweißenden Flansche oft nicht mehr in einer Ebene liegen. Aus Sicherheitsgründen werden an die Dichtheit und damit an die Güte der Schweissung höchste Anforderungen gestellt. Deshalb will man von der bewährten Widerstandsschweissung mittels Rollenelektroden zu Schweissverfahren mit hoher Energiekonzentration übergehen. Das sind Laser- oder Plas-15 maschweissung. Bei letzterer ist der Energiestrahl in Richtung der Berührungsfläche der beiden Flansche gerichtet. Das erfordert genaue Positionierung und spaltfreies Zusammenpressen der beiden Flansche an der Schweissstelle.

Bei in einer Ebene liegenden Flanschen ist es aus der Praxis bekannt, jede der beiden Halb-20 schalen in einer Aufnahme zu befestigen, wobei beide Aufnahmen drehbar sind und eine davon in der Drehachse verschiebbar ist, sodass die beiden Halbschalen von ihren Aufnahmen zusammengepresst werden. Der Schweissbrenner ist dann nur in (bezüglich der Drehachse) radialer Richtung verstellbar. Da man danach trachtet, die Flansche möglichst schmal auszuführen und wegen der Länge der rundum verlaufenden Schweissnaht müssen die beiden Halb-25 schalen zueinander sehr genau positioniert und fest zusammengedrückt werden. Dazu ist rundherum über die Flansche verteilt eine Reihe von Vorrichtungen vorgesehen, und zwar an einer der beiden Aufnahmen eine Positioniervorrichtung und an der anderen Aufnahme eine Klemmvorrichtung. Diese Vorrichtungen müssen bei Passieren des Schweissbrenners abheben um ihm den Zutritt zur Schweissnaht zu erlauben. Das erfordert schnelle Aktuatoren für die Positio-30 niervorrichtung und für die Klemmvorrichtung, und daher Krafteinleitung sowie Energiezufuhr zu beiden Aufnahmen, was konstruktiv und hinsichtlich der Steuerung aufwändig ist. Wenn die Flansche nicht in einer Ebene liegen, muss von den um feste Achsen drehbaren Aufnahmen abgegangen und deren Aufgabe von Robotern übernommen werden. Dann ist der Aufwand für diese bekannte Anordnung prohibitiv. Ausserdem müssten dann von den Roboterarmen zusätz-35 liehe Kräfte aufgenommen werden.

Davon ausgehend, ist es Ziel der Erfindung, eine Vorrichtung zu schaffen, die mit vermindertem Aufwand für die Klemmung und Energiezufuhr für den Einsatz von Robotern und für Werkstücke mit unebenem Flansch geeignet ist. 40

Erfindungsgemäß wird das dadurch erreicht, dass eine Anzahl Spannvorrichtungen zur steuerbaren Verbindung der beiden Klemmbacken vorgesehen ist, welch jede Spannvorrichtung an der ersten Aufnahme angebracht ist und einen verschiebbaren und in seiner vorgeschobenen Stellung mit einer in der zweiten Aufnahme vorgesehenen Fassung formschlüssig verbindbaren 45 Spannbolzen aufweist. Die Passung von Spannbolzen und Fassung übernimmt die Positionierung und die formschlüssige Verbindung die Klemmung, womit beide Funktionen von einem einzigen beweglichen Organ in nur einer der Aufnahmen erfüllt sind. An der Fassung ist kein Aktuator nötig, womit sich der Bau- und Steueraufwand halbiert. Ein besonderer Vorteil besteht aber darin, dass durch die formschlüssige Verbindung keine freien Kräfte auf die Aufnahmen so wirken, weshalb diese jeweils von einem Roboter geführt werden können. Insgesamt wird es dadurch möglich, Behälter mit nicht in einer Ebene liegendem Flansch vollautomatisch zu ver-schweissen, und das mit minimalem konstruktiven Steuerungsaufwand.

Als formschlüssige Verbindung ist eine Bajonettverbindung besonders geeignet, da sie zusätz-55 lieh eine Axialkraft ausübt und die beiden Flansche damit zusammenpresst. So hat die Fassung 3 AT008125U1 zweite Bajonettteile und der Spannbolzen an seinem der Fassung zugewandten Ende erste Bajonettteile, und der Spannbolzen ist in seiner Längsrichtung verschiebbar und in seiner Endposition auch verdrehbar (Anspruch 2). 5 In einer konkreten Ausbildung der Erfindung ist zur Betätigung des Spannbolzens ein nicht verdrehbar geführter translatorischer Teil mit einem ersten Steilgewinde und am Spannbolzen ein dazu passendes zweites Steilgewinde und ist für den Spannbolzen eine Längsführung vorgesehen, die vor Erreichen der Endposition des Spannbolzens endet und ist die Endposition des Spannbolzens durch einen Anschlag bestimmt (Anspruch 3). So können beide Bewegun-io gen mit einem einzigen Antrieb ausgeführt werden und in einer definierten Stellung ineinander übergehen. An dem translatorischen Teil kann ein Pneumatikzylinder angreifen, der besonders schnelle Bewegung erlaubt, sodass die Vorschubbewegung des Schweissbrenners nicht beschränkt ist. Vorzugsweise ist das erste Steilgewinde ein Aussengewinde (Anspruch 4). Es ist also das Steilgewinde, das mit einem Minimum an konstruktivem Aufwand und ohne Steuerein-15 griff zwei verschiedene Bewegungen, nämlich die Verschiebung und die Verdrehung, des Spannbolzens bewirkt.

In einer bevorzugten Ausführungsform besteht die Längsführung aus einer axialen Nut des Spannbolzens und einer feststehenden Nase, wobei die axiale Nut des Spannbolzens in eine 20 Umfangsnut übergeht, in die die Nase in der Endposition des Spannbolzens eingreift (Anspruch 5) und hat die Fassung als erste Bajonettteile einen Anschlag für den Spannbolzen bildende erste Bajonettsegmente und der Spannbolzen hat an seinem der Fassung zugekehrten Ende als zweite Bajonetteile eine Umfangsnut und zweite Bajonettsegmente (Anspruch 6). 25 In Weiterbildung der Erfindung ist die Fassung bezüglich der Klemmbacke, der sie zugeordnet ist, verdrehbar und in der jeweiligen Drehstellung fixierbar (Anspruch 7). Damit lässt sich die Klemmkraft und gegebenenfalls auch die Position genau einstellen.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von Abbildungen beschrieben und erläutert. Es stellen 30 dar:

Eine erfindungsgemäße Vorrichtung, Detail A in Fig. 1, die Spannvorrichtung der Fig. 2 in einer ersten Stellung, die Spannvorrichtung der Fig. 2 in einer zweiten Stellung, die Spannvorrichtung der Fig. 2 in einer dritten Stellung, einen ersten Bauteil der Spannvorrichtung, axonometrisch gesehen in Richtung VI in Fig. 3, einen zweiten Bauteil der Spannvorrichtung, axonometrisch gesehen in Richtung VI in Fig. 3, einen vierten Bauteil der Spannvorrichtung, axonometrisch gesehen in Richtung VIII in Fig. 5.

Fig. 1:

Fig. 2:

Fig. 3: 35 Fig. 4:

Fig. 5:

Fig. 6:

Fig. 7: 40

Fig. 8:

In Fig. 1 ist die gesamte Schweißanlage zur Verbindung der beiden Halbschalen 1, 2 beispiels-45 weise eines Treibstoffbehälters dargestellt. Die erste Halbschale 1 liegt in einer ersten Aufnahme 3, die zweite Halbschale 2 in einer zweiten Aufnahme 4. Zum Einlegen der beiden Halbschalen 1, 2 in die Aufnahmen 3, 4 ist die erste Aufnahme 3 abhebbar, was strichliert angedeutet ist. Die zweite Aufnahme 4 ist hier drehbar auf einer Säule 7 gelagert, welche fest mit der Grundplatte 8 verbunden ist. Zusätzlich kann die zweite Aufnahme 4 und mit ihr auch die erste so Aufnahme 3 gemeinsam hebbar und senkbar sein. Mit 9 ist ein Schweißbrenner für ein Schweißverfahren hoher Engergiedichte angedeutet, er ist von einem Roboter 10 geführt. Dank der Vorteile der Erfindung ist es möglich, die beiden Aufnahmen 3, 4 in beliebiger anderer Weise zu führen, insbesondere bei komplizierten Formen und nicht in einer Ebene verlaufenden Schweißnaht, etwa ebenfalls mit Robotern. 55 4 AT 008 125 U1

Bei der gezeigten Vorrichtung zum Führen der beiden Halbschalen sind zur genauen Positionierung und zum Zusammenpressen der Klemmbacken 5, 6 rund um eine Reihe von Spannvorrichtungen 12 vorgesehen, angedeutet durch eine Vielzahl von Aktuatoren 13, Pneumatik- oder Hydraulikzylindern, wobei immer die gerade vom Schweißbrenner 9 passierte Spannvorrichtung 5 12* kurzzeitig gelöst und nach Passieren des Schweißbrenners gleich wieder geschlossen und angezogen wird.

In Fig. 2 sind die von den Klemmbacken 5, 6 zusammmengepressten Flansche 14 der beiden Halbschalen 1, 2 genauer zu sehen. Die Klemmbacken 5, 6 verlaufen rund um die gesamte io Schweißnaht und können, müssen aber nicht, unterbrochen sein. Sie sind mit Klemmrahmen 15, 16 verbunden, auf die die Klemmkräfte aufgebracht werden und die zueinander genau positioniert sein müssen. Dazu ist im zweiten Klemmrahmen 16 jeweils eine Klemmvorrichtung 12 angebracht und im ersten Klemmrahmen 15 Fassungen 17, in die die Spannvorrichtungen 12 in noch zu beschreibender weise eingreifen. 15

In Fig. 3 ist der als Aktuator dienende Pneumatikkolben wieder mit 13 bezeichnet. Er stützt sich mit einem Ende an einer unteren Platte 20 ab, welche über Führungssäulen 21 mit einer am zweiten Klemmrahmen 16 befestigten oberen Platte 22 verbunden ist. Sie hat mittig eine kreisförmige Bohrung mit einem Führungszahn 22", siehe später. An den Führungssäulen 21 ist ein 20 Führungsschlitten 23 in deren Längsrichtung geführt. Er ist über ein sphärisches Gelenk 24 mit dem anderen Ende des Aktuators 13 verbunden und hat einen nach oben ragenden Gewindedorn 25, der mit einem als Steilgewinde ausgeführten Außengewinde versehen ist. Die Steigung eines Steilgewindes ist so groß, dass es ohne Selbsthemmung Translation in Rotation umwandeln kann. An oberen Ende des Gewindedornes 25 ist mittels einer Schraube 27 ein 25 Anschlagplättchen 26 befestigt. Der Führungsschlitten 23 ist im Detail in Fig. 6 abgebildet.

Das Steilgewinde des Gewindedornes 25 wirkt mit einem ebenso steilen Innengewinde 31 eines Spannbolzens 30 zusammen. Der Spannbolzen ist ein im wesentlichen spindelförmiger Körper. Er hat eine sich nur über einen Teil des Umfanges erstreckende erste Umfangsnut 32, 30 eine zweite Umfangsnut 35 und diese verbindend eine Längsnut 34. Am Kopf des Spannbolzens 30 sind zwei Bajonettsegmente 36 als erste Bajonettteile ausgebildet. An ihrer der zweiten Nut 35 zugewandten Unterseite haben die Bajonettsegmente 36 ansteigende Flächen 36'. Der Spannbolzen 30 hat innen eine zentrische Bohrung 38 mit einer inneren Anschlagschulter 37. Der Spannbolzen ist im Detail in Fig. 7 abgebildet. 35

Die Fassung 17 hat als zweite Bajonettteile zwei Bajonettsegmente 45 mit an ihrer Oberseite ansteigende Bajonettflächen 45". Die Fassung 17 ist in den ersten Klemmrahmen 15 eingesetzt. Um die von der Bajonettverbindung ausgeübte Zusammenpresskraft einstellen zu können, ist die Fassung 17 selbst im ersten Klemmrahmen 15 drehbar, aber mit einer Außenver-40 zahnung 48 versehen, die in die Innenverzahnung 47 eines Einstellringes 46 eingreift. Letzterer ist mittels einer Schraube 49 und eines Domes 49' auf dem ersten Klemmrahmen 15 feststellbar. Die Fassung 17 ist in Fig. 8 explodiert dargestellt.

Zur Beschreibung der Arbeitsweise wird von Fig. 3 ausgegangen. In dieser befindet sich der 45 Spannbolzen 30 in seiner tiefsten Stellung. Er ragt somit nicht in den Zwischenraum zwischen den beiden Klemmrahmen 15, 16, sodass die Düse des Schweißbrenners 9 in diesen Zwischenraum passieren kann. Sobald das geschehen ist, wird der Aktuator 13 betätigt. Er schiebt den Gewindedorn 25, der sich wegen seiner festen Verbindung mit den Führungsschlitten 23 nicht drehen kann, aufwärts. 50

So gelangt der Spannbolzen 30 in die in Fig. 4 dargestellte Position. Wegen seiner Längsnut 34, in die der Führungszahn 22" der oberen Platte 22 eingreift, kann sich der Führungsbolzen 30 nicht drehen. Er wird also nur aufwärts geschoben, bis er mit seiner Anschlagschulter 32 an einem Anschlagring 40 anliegt. Der Anschlagring 40 ist zur Stoßdämpfung über ein Ringfeder-55 paket 41 an der oberen Platte 22 abgestützt. In dieser Stellung ist das obere Ende des Spann-

Claims

5 AT 008 125 U1 bolzens 30 bereits in die Bohrung der Fassung 17 eingedrungen und seine Bajonettsegmente 36 haben die Bayonettsegmente 35 der Fassung 17 passiert. Ausserdem hat in dieser Stellung der Führungszahn 22 die Längsnut 34 bereits verlassen und ist in die erste Umfangsnut 33 eingetreten. Der Spannbolzen 30 kann sich nun somit drehen und da seine Schulter 32 am 5 Anschlagring 40 anliegende Schulter 32 die weitere Verschiebung verhindert, tut er das auch. So gelangt der Spannbolzen 30 in die Stellung der Fig. 5. Durch weiteres Verschieben des Gewindedornes 25 wird der Spannbolzen 30 dank dem Steilgewinde verdreht, wobei sich die ansteigenden Flächen 36" der ersten Bajonettsegmente 36 über die ansteigenden Flächen 35" io der zweiten Bajonettteile 45 schieben und so die beiden Klemmrahmen 15, 16 zusammen spannen. Ansprüche: 15 1. Vorrichtung zum Führen der zu verschweissenden Halbschalen (1, 2) eines Behälters, deren umlaufende Flansche einander flächig berühren, bestehend aus einer ersten und zweiten gesteuert bewegbaren Aufnahme (3, 4) für jede der Halbschalen (1, 2), wobei die erste Aufnahme (3) eine erste Klemmbacke (5) und die zweite Aufnahme (4) eine zweite 20 Klemmbacke (6) hat, welche Klemmbacken (5, 6) die umlaufenden Flansche zusammen pressen, dadurch gekennzeichnet, dass eine Anzahl Spannvorrichtungen (12) zur steuerbaren Verbindung der beiden Klemmbacken (5, 6) vorgesehen ist, welch jede Spannvorrichtung (12) an der ersten Aufnahme (3) angebracht ist und einen verschiebbaren und in seiner vorgeschobenen Stellung mit einer in der zweiten Aufnahme (4) vorgesehenen Fas- 25 sung (17) formschlüssig verbindbaren Spannbolzen (30) aufweist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Fassung (17) zweite Bajonettteile (45) und der Spannbolzen (30) an seinem der Fassung (17) zugewandten Ende erste Bajonettteile (36) hat, und dass der Spannbolzen (30) in seiner Längsrichtung 30 verschiebbar und in seiner Endposition auch verdrehbar ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass zur Betätigung des Spannbolzens (30) ein nicht verdrehbar geführter translatorischer Teil (23) mit einem ersten Steilgewinde (25) und am Spannbolzen (30) ein dazu passendes zweites Steilgewinde (31) 35 vorgesehen ist, dass für den Spannbolzen (30) eine Längsführung (34) vorgesehen ist, die vor Erreichen der Endposition des Spannbolzens (30) endet und dass die Endposition des Spannbolzens durch einen Anschlag (40) bestimmt ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Steilgewinde (25) 40 ein Aussengewinde und das zweite Steilgewinde (31) ein Innengewinde ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Längsführung besteht aus einer axialen Nut (34) des Spannbolzens (30) und einer feststehenden Nase'(22‘), wobei die axiale Nut (34) des Spannbolzens (30) in eine Umfangsnut (33) übergeht, in die die 45 Nase (22’) in der Endposition der Verschiebung des Spannbolzens (30) eingreift.
6. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Fassung (17) als erste Bajonettteile (45) Bajonettsegmente mit ansteigenden Flächen (45’) und dass der Spannbolzen (30) an seinem der Fassung (17) zugekehrten Ende als zweite Bajonetteile (36) Ba- 50 jonettsegmente mit ansteigenden Flächen (361) hat.
7. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Fassung (17) bezüglich dem Klemmrahmen (15), dem sie zugeordnet ist, verdrehbar und in der jeweiligen Drehstellung fixierbar ist. 55 5 6 AT 008 125 U1 Hiezu 8 Blatt Zeichnungen 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55