DE10002919A1

DE10002919A1 - Punktschweißgerät

Info

Publication number: DE10002919A1
Application number: DE10002919A
Authority: DE
Inventors: James Wayne Dolfi; Keith Albert Dils; Michael Palko
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 1999-01-19
Filing date: 2000-01-19
Publication date: 2000-11-16
Anticipated expiration: 2020-01-20
Also published as: DE10002919B4; US5958262A

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Punktschweißgerät, das eine Schweißpistole mit einer bewegbaren und einer feststehenden Elektrode aufweist, die an einem gelenkig angebrachten Griffgelenk gehalten wird, umfassend eine primäre Zylinderbaugruppe, die dieses Griffgelenk mit der bewegbaren Elektrode der Schweißpistole trägt, um während eines Schweißstoßes in Richtung des Werkstücks durch diese bewegbare Elektrode auf das Werkstück und die feststehende Elektrode Druck aufzubringen; und eine Fixierzylinder-Baugruppe, die das Griffgelenk mit der feststehenden Elektrode verbindet, wobei die Fixierzylinder-Baugruppe aufweist, ein Fixierzylindergehäuse mit einem bewegbaren Fixierkolben, der darin mit der feststehenden Elektrode der Schweißpistole verbunden ist und einen Anschlag des Fixierkolbens aufweist, eine primäre Ausgleichsfeder, die zwischen dem Gehäuse des Fixierzylinders und dem bewegbaren Fixierkolben wirksam ist, um das Gewicht der Schweißpistole zu tragen, eine Anordnung zur Einleitung einer Fixier-Druckluft in die Gehäusekammer des Fixierzylinders, um den feststehenden Kolben in eine Stellung zu drücken, in der er an dem Anschlag des Fixierkolbens festgelegt ist, und eine sekundäre Steuereinrichtung, die zwischen der feststehenden Elektrode der Schweißpistole und dem Gehäuse des Fixierzylinders wirksam ist. Damit kann man eine Beschädigung an den schweißbaren Werkstücken aufgrund des Wackelns oder Vibrierens der Schweißelektroden weitgehend ausschließen.

Description

Diese Erfindung betrifft die Technik der Halterung von Punktschweißpistolen an Roboterarmen, die durch Federn im Gleichgewicht gehalten werden, wobei diese ein Moment auf die Punktschweißpistolen aufbringen, wenn sie vor dem Einleiten des Schweißstoßes in eine Schweißposition bewegt werden.

Punktschweißpistolen nach dem Stand der Technik benötigen normalerweise eine feststehende und eine bewegbare Elektrode, die während des Schweißstoßes pneumatisch in Richtung der feststehenden Elektrode gebracht wird, aber erst nachdem die Elektroden in unmittelbarer Nähe zu dem schweißbaren Werkstück positioniert sind. Beim Positionieren des Roboters wird das Gewicht der Elektroden und ihrer Halterung von einer arretierten Luftzylindereinrichtung getragen, die die Elektroden für dieses Positionieren in offener oder voneinander beabstandeter Beziehung hält. Nach Beendigung der Positionierbewegung wird der Luftdruck in dem Zylinder freigegeben, wobei eine Fixierfeder die Elektrode während des Schweißstoßes und direkt davor halten kann. Ein Moment durch die schnelle Bewegung zum Positionieren des Roboters oder ein Moment durch eine Betätigung des Luftzylinders kann das Vibrieren der feststehenden Elektrode gegen die Fixierfeder verursachen. Dieses Vibrieren oder Wackeln kann einen Kontakt der feststehenden Elektrode mit dem Werkstück bewirken und es einbeulen, oder wegen einer ungenauen Dimensionierung beim Aufbringen des Druckes zum Punktschweißen zu schadhaften Punktschweißungen führen.

Von daher liegt der Erfindung das Problem zugrunde, die Nachteile des Standes der Technik zu überwinden und eine Beschädigung an den schweißbaren Werkstücken aufgrund des Wackelns oder Vibrierens, welches sich aus einem solchen Moment der durch Federn im Gleichgewicht gehaltenen Schweißelektroden ergibt, auszuschließen.

Die erfindungsgemäße Lösung ist durch die Merkmale des Anspruches 1 dargestellt. Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen erfaßt.

Die Lösung umfaßt ein Punktschweißgerät, das eine Schweißpistole mit einer bewegbaren und einer feststehenden Elektroden aufweist, die an einem gelenkig angebrachten Griffgelenk gehalten wird, umfassend:

a) ein durch einen Roboter in Bewegung gesetztes, gelenkig ange brachtes Griffgelenk, das die Schweißpistole zur Bewegung in eine und aus einer Schweißposition für ein Werkstück trägt;
b) eine primäre Zylinderbaugruppe, die dieses Griffgelenk mit der bewegbaren Elektrode der Schweißpistole trägt, um während eines Schweißstoßes in Richtung des Werkstücks durch diese bewegbare Elektrode auf das Werkstück und die feststehende Elektrode Druck aufzubringen; und
c) eine Fixierzylinder-Baugruppe, die das Griffgelenk mit der feststehenden Elektrode verbindet, wobei die Fixierzylinder-Baugruppe aufweist,
d) ein Fixierzylindergehäuse mit einem bewegbaren Fixierkolben, der darin mit der feststehenden Elektrode der Schweißpistole verbunden ist und einen Anschlag des Fixierkolbens aufweist, eine primäre Ausgleichsfeder, die zwischen dem Gehäuse des Fixierzylinders und dem bewegbaren Fixierkolben wirksam ist, um das Gewicht der Schweißpistole zu tragen,
e) eine Anordnung zur Einleitung einer Fixier-Druckluft in die Gehäusekammer des Fixierzylinders, um den feststehenden Kolben in eine Stellung zu drücken, in der er an dem Anschlag des Fixierkolbens festgelegt ist, und
f) eine sekundäre Steuereinrichtung, die zwischen der feststehend en Elektrode der Schweißpistole und dem Gehäuse des Fixierzylinders wirksam ist, um einer bei Freigabe der Fixier-Druckluft zur Einleitung des Schweißstoßes eine Vibrationsbewegung der Schweißpistole zu dämpfen.

Anhand einer schematischen Zeichnung soll die Erfindung näher erläutert werden. Es zeigen

Fig. 1 die Vorderansicht eines Punktschweißgerätes, im Teilschnitt, bei welchem die Prinzipien der Erfindung bei einer Punktschweißpistole vom C-Typ angewandt werden;

Fig. 2 eine Vorderansicht, im Teilschnitt, die eine andere Möglichkeit darstellt, wie die Prinzipien dieser Erfindung auf eine Punktschweißpistole vom Klemmtyp angewandt werden können; und

Fig. 3-5 vergrößerte Schnittansichten einer Fixierzylinder-Baugruppe unter verschiedenen Betriebsbedingungen.

Gemäß Fig. 1 weist das Punktschweißgerät 10 eine Schweißpistole 11 mit einer relativ zur Schweißpistole bewegbaren Elektrode 12 und einer relativ zur Schweißpistole feststehenden Elektrode 13 auf, die an einem gelenkig angebrachten Griffgelenk 14 des Roboters 15 getragen wird. Der Roboter schwenkt Griffgelenk und Schweißpistole schnell in eine Position in die Nähe eines schweißbaren Werkstücks 26, wie der Rahmen einer Karosserie oder die Abdeckung eines Kraftfahrzeugs (Fig. 2), wobei dieses Positionieren normalerweise erfordert, dass die feststehende Elektrode innerhalb einer vorgegebenen Distanz 17 von der gewünschten Punktschweißstelle 18, beispielsweise in einem Abmessungsbereich von 5 bis 15 mm, positioniert wird.

Eine primäre Zylinderbaugruppe 19 verbindet das Griffgelenk 14 mit der bewegbaren Elektrode 12. Die Baugruppe 19 umfaßt das Zylindergehäuse 20 und den primären Kolben 21 mit einer Stange 22, die sich abdichtend durch das Gehäuse erstreckt, so dass sie mit der Elektrode 12 verbunden ist. In der primären Gehäusekammer 24 wird ein primärer Fluiddruck 23 auf den Kolben 21 in die durch Pfeil 25 dargestellte Richtung aufgebracht, um mit einem Werkstück 26 in Eingriff zu kommen und eine klemmende Anordnung des Werkstücks und der beiden Elektroden zu erzeugen. Die bewegbare Elektrode bringt genügend Druck auf, um eine Punktschweißung entsprechend den normalen Anforderungen an das Punktschweißen zu bewirken.

Eine Fixierzylinder-Baugruppe 27 verbindet das Griffgelenk 14 mit der feststehenden Elektrode 13. Die Fixierzylinder-Baugruppe 27 weist ein Gehäuse 34 des Fixierzylinders auf, das mit einem bewegbaren Fixierkolben 35 versehen ist, der darin mit der feststehenden Elektrode 13 der Schweiß pistole 11 verbunden ist und einen Anschlag 28 des Fixierkolbens aufweist.

Die Baugruppe 27 umfaßt weiterhin eine primäre Ausgleichsfeder 29, die zwischen dem Anschlag 28 (des Fixierzylindergehäuses 34) und dem bewegbaren Fixierkolben 35 wirksam ist, um das Gewicht der Schweißpistole während eines Schweißstoßes über die Strecke 38 zu tragen.

Die Baugruppe 27 weist auch eine Anordnung oder das Mittel 30 zum Einleiten einer Fixier-Druckluft 31 in die Gehäusekammer 32 des Fixierzylinders auf, um den Fixierkolben 35 in Richtung 36 einer Position (gemäß Fig. 3) zu drücken, in der er an dem Anschlag 28 des Fixierkolbens festgelegt ist.

Schließlich umfaßt die Baugruppe 27 eine sekundäre Steuereinrichtung 37, die zwischen der feststehenden Elektrode 13 der Schweißpistole 11 und einem Anschlag 16 (des Gehäuses 34 des Fixierzylinders) wirksam ist, um bei einer Freigabe der Fixier-Druckluft 31 zur Einleitung des Schweißstoßes eine Vibrationsbewegung der Schweißpistole 11 zu dämpfen.

Das Griffgelenk 14 kann mehrere Drehachsen wie die Achse 39 aufweisen. Mehrere elektrisch betätigte Luftsteuereinrichtungen (nicht gezeigt) sind mit der Einleitung und Entlüftung von Luft in die und aus den Kammern 24 und 32 verbunden, wobei diese elektrischen Einrichtungen durch den Transformator 40 mit Strom versorgt werden können.

Gemäß Fig. 2 kann die Pistole 11 auch als "Klemmtyp" ausgebildet sein, wobei eine bewegbare Elektrode 41 um die Achse 42 geschwenkt wird, damit die Elektrodenspitze 43 einen Druck aufbringen kann, indem sie in einen Kontakt mit dem Werkstück 44 geschwenkt wird, das hier aus einem flachen Metallblech 45 und einem gewellten Metallblech 46 zur spanlosen Formgebung einer Abdeckung besteht. Die primäre Zylinderbaugruppe 47, die durch das mit dem Roboter 15 verbundene Griffgelenk 14 getragen wird, weist einen im Zylindergehäuse 49 abdichtend verschiebbaren Kolben 48 mit Gleitdichtungsring auf, der durch Differenzdrücke in Bewegung gesetzt wird, die von mehreren unterschiedlichen Anschlüssen 50, 51 und 52 aufgebracht werden. Ein mit dem Kolbenbereich 54 des Kolbens 48 mit Gleitdichtungsring verbundener Schaft 53 wird anschließend betriebsbereit gemacht, um das Ende eines Fingers 55 der Elektrode 41 wahlweise und geradlinig in Eingriff zu bringen, so dass sie um die Achse 42 geschwenkt wird und Druck aufgebracht wird.

Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 unterscheidet sich außerdem durch die Fixierzylinder-Baugruppe 56, die nicht nur das Gehäuse 57 des Fixierzylinders, einen Fixierkolben 58, eine primäre Ausgleichsfeder 59, eine Einrichtung zum Aufbringen von Luftdruck 60 und einen feststehenden Anschlag 61, die alle in einer Art und Weise arbeiten, die der gemäß Fig. 1 ähnlich ist, sondern eine andere sekundäre Steuereinrichtung 62 aufweist, die mit der feststehenden Elektrode der Schweißpistole verbunden ist. Diese sekundäre Steuereinrichtung 62 weist ein Gehäuse 63 des sekundären Steuerzylinders auf, das mit einer Luftkammer 68 versehen ist, die normalerweise den Steuerkolben 64 von dem Anschlag 66 des Steuerkolbens weg vorspannt. Der Steuerkolben 64 ist in dem Zylindergehäuse 63 verschiebbar und durch den Schaft 65 mit einem Fixierkolben 58 verbunden. Zwischen dem Steuerkolben 64 und dem feststehenden Anschlag 61 oder dem Gehäuse 57 des Fixierzylinders ist eine Steuerfeder 67 wirksam, um den Steuerkolben 64 gegen das Luftpolster zu drücken, das in den Kammern 68 zwischen dem Gehäuse 63 des Steuerkolbens und dem Steuerkolben 64 enthalten sein kann, um dadurch bei Freigabe des Luftdrucks in der Gehäusekammer 69 des primären Zylinders jede Vibrationsbewegung der Schweißpistole 11 zu dämpfen.

Auf Grund der Notwendigkeit, die Zeit des Punktschweißzyklus zu reduzieren, bewirkt eine schnelle und plötzliche Bewegung des Roboters Bewegungsenergie, die in der Masse der Schweißpistole für einen Augenblick nach Beendigung des Positionierens der Schweißpistole und der gleichzeitigen Einleitung des Schweißstoßes gebunden wird. Durch dieses Positionieren wird die feststehende Elektrode wünschenswerterweise innerhalb von plus oder minus 5 mm vom Werkstück angeordnet, während die bewegbare Elektrode ihren Stoß bei plus oder minus 25 mm beginnt, um einen Kontakt herzustellen und auf das Werkstück einen Druck aufzubringen. Bei dieser Einleitung wird Druckluft aus der Kammer 32, 69 des Fixierzylinders entlüftet, wodurch das Gewicht der Schweißpistole auf die primäre Ausgleichsfeder 29, 59 aufgebracht wird. Dieses Restmoment wird bewirken, dass die Schweißpistole instabil wird, und das Potential besitzt, eine Beschädigung am Werkstück zu verursachen, bevor sie während des vollständigen Schweißstoßes abgesetzt wird, oder kann eine ungenaue Anordnung der Punktschweißung verursachen. Diese Erfindung überwindet derartige Eventualitäten durch Verwendung der Steuerfeder 67, die eine der Federkraft der primären Ausgleichsfeder 59 angepaßte Federkraft aufweist, um die gewünschte Steuerung zu bewirken.

Die Kraft der primären Feder liegt vorteilhafterweise im Bereich von 0 bis 90 720 g (0 bis 200 lbs), und die Kraft der sekundären Feder oder Steuerfeder liegt wünschenswerterweise im Bereich von 0 bis 45 360 g (0 bis 100 lbs). Der Luftdruck, der genutzt wird, um den in einem am Anschlag 61 festgelegten Zustand befindlichen primären Kolben in Bewegung zu setzen, liegt im Bereich von 413.10³ Pa bis 689.10³ Pa (60 bis 100 psi), und der sekundäre Luftdruck liegt im Bereich von 276.10³ Pa bis 689.10³ Pa (40 bis 100 psi), wobei er aber eingestellt werden kann, um die auf die Halterung für die Schweißpistole in bewegungsloser, ausgeglichener Art und Weise aufgebrachte reine Federkraft zu variieren.

Unter Verwendung der Steuerungeinrichtung nach Fig. 2 stellen die Fig. 3 bis 5 unterschiedliche Zustände dieser Einrichtung dar. In Fig. 3 wird kein Luftdruck (der durch das Steuerventil 70 gesteuert wird) auf die Kammer 68 aufgebracht, so dass der Steuerkolben 64 mit dem Anschlag 66 in Kontakt bleibt, was bewirkt, dass der Steuerkolben 64 und das Gehäuse des sekundären Zylinders gemeinsam wirksam sind. Die Feder 67 ist die einzige Kompensationskraft, die der primären Kraft der Feder 59 entgegenwirkt, wenn aus der Kammer 69 Druckluft abgelassen wird. Die Luftdruckeinrichtung 60 kann eine Luftversorgung 71, ein Vierwege-Hauptventil 72 und einen Auslaß 73 umfassen. Luft für die Rückführung des Schweißstoßes bewirkt das Positionieren der primären Zylinder-Baugruppe.

In Fig. 4 wird auf die Kammer 68 ein Luftdruck aufgebracht, um die Kraft der sekundären Steuerfeder 67 einzustellen, die den Anschlag 66 (an einem Ende des Schaftes 65) in eine entgegengesetzte Richtung schiebt, von der die primäre Feder 59 den Kolben 58 (der am anderen Ende des Schaftes 65 befestigt ist) schiebt. Im arretierten Zustand nach Fig. 4 ist der Luftdruck in der Kammer 69 viel größer als die Kraft der Feder 59, und so ist der Kolben 58 dargestellt, wie er an die Fläche des mit dem Gehäuse 57 einstückigen, abgesetzten Anschlags 61 anstößt.

In Fig. 5 ist die primäre Kammer 69 entlüftet, und der Ausgleich der Federkräfte kann wirksam werden. Zu beachten ist die Bewegung des Kolbens 58 von dem Anschlag 61 weg, die durch die Gegenkraft der Feder 67 eingeschränkt wird, wobei das Luftpolster hinter dem Kolben 64 genutzt wird, um eine Vibration der feststehenden Elektrode bei diesem Entlüften auszuschließen.

Während die Erfindung in ihren bevorzugten Ausführungsbeispielen dargestellt und beschrieben wurde, ist den Fachleuten deutlich, dass viele Änderungen und Modifizierungen daran vorgenommen werden können, ohne den Umfang der Erfindung zu verlassen.

Claims

1. Punktschweißgerät, das eine Schweißpistole mit einer bewegbaren und einer feststehenden Elektroden aufweist, die an einem gelenkig angebrachten Griffgelenk gehalten wird, umfassend:

2. Gerät nach Anspruch 1, in welchem die sekundäre Steuereinrichtung eine Feder mit einer vorbestimmten Federkraft aufweist, die der Federkraft der primären Ausgleichsfeder angepaßt ist, um dadurch diese Steuerung zu bewirken.

3. Gerät nach Anspruch 1 oder 2, in welchem die sekundäre Steuereinrichtung aufweist:

a) einen sekundären Steuerzylinder mit einem darin verschiebbaren Steuerkolben, einem Steuerkolbenanschlag, und einer Luftkammer, die den Steuerkolben normalerweise vom Steuerkolbenanschlag weg vorspannt, wobei das sekundäre Zylindergehäuse mit der Schweißpistole verbunden ist, um sich mit dieser zu bewegen; und
b) eine Steuerfeder, die zwischen dem Steuerkolben und dem festen Anschlag oder dem Zylindergehäuse wirksam ist, um den Steuerkolben gegen das Luftpolster zu drücken, das zwischen dem Gehäuse des Steuerkolbens und dem Steuerkolben enthalten sein kann, um dadurch jede beliebige Vibrationsbewegung der Schweiß pistole nach Freigabe der Druckluft in der Gehäusekammer des primären Zylinders zu dämpfen.

4. Gerät nach einem der vorgehenden Ansprüche, in welchem die Vibrationsbewegung durch die Gegenwirkung des Gewichts der Schweißpistole und das Moment gegen die primäre Federkraft verursacht wird, die bei Freigabe der Druckluft in dem Gehäuse des primären Zylinders auftritt.

5. Gerät nach einem der vorgehenden Ansprüche, in welchem die Luft in dem Gehäuse des Steuerzylinders verändert ist, um die auf die Schweißpistole aufgebrachte reine Federkraft zum Ausgleichen des Gewichts der Schweißpistole einzustellen.

6. Gerät nach einem der vorgehenden Ansprüche, in welchem die primäre Feder eine Kraft im Bereich von 0 bis 90 720 g (0 bis 200 lbs), und die sekundäre Feder eine Kraft im Bereich von 0 bis 45 360 g (0 bis 100 lbs) aufbringen kann.

7. Gerät nach einem der vorgehenden Ansprüche, in welchem der primäre Luftdruck im Bereich von 413.10³ bis 689.10³ Pa (60 bis 100 psi) und der sekundäre Luftdruck im Bereich von 276.10³ bis 689.10³ Pa (40 bis 100 psi) liegt.

8. Gerät nach einem der vorgehenden Ansprüche, in welchem bei Beendigung des Schweißstoßes der Luftdruck im Gehäuse des primären Zylinders wiederhergestellt wird, um die bewegbare Elektrode von dem Werkstück wegzubewegen und die Elektrode von der Punktschweißung ungehindert abzustreifen.

9. Gerät nach einem der vorgehenden Ansprüche, in welchem die Abstreifkraft im Bereich von 90 720 bis 113 400 g (200 bis 250 lbs), vorzugsweise bei etwa 113 400 g (etwa 250 lbs) liegt.

10. Gerät nach einem der vorgehenden Ansprüche, in welchem die Schweißpistole vom Typ einer schwenkbaren Klemmelektrode ist, wobei die bewegbare Elektrode zum Werkstück einen Schweißstoß über eine Bewegungsstrecke von etwa plus oder minus 25 mm überwindet.