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Die
Erfindung betrifft eine Schweißzange
mit zwei relativ zueinander beweglichen Schweißzangenarmen, die jeweils an
ihrem ersten Ende eine Schweißelektrode
aufweisen, wobei die Schweißelektroden
zum Setzen eines örtlich
vorbestimmten Schweißpunktes
durch eine jeweils am entgegengesetzten zweiten Ende jedes Schweißzangenarmes angreifende
Antriebskraft aneinander heranzuführen sind.
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Für das Widerstandspunktschweißen werden
Schweißzangen
mit Ausladungen bis 800 mm benötigt.
Damit beim Kraftaufbau keine unerwünscht starke Deformation in
Relation zur Längsrichtung
des entsprechenden Schweißzangenarmes
und damit keine starke Schiebung der Kappen der Elektroden in Bezug
auf den örtlich
vorbestimmten zu setzenden Schweißpunkt auftritt, müssen die
Schweißzangen wesentlich
steifer und damit schwerer gebaut werden, als dies aus Festigkeitsgründen erforderlich
wäre. Als
Folge davon ergibt sich u. a. die Notwendigkeit des Einsatzes verhältnismäßig großer Roboter.
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Bei
einer aus der
DE
20 2005 001 659 U1 bekannten Schweizange der eingangs erwähnten Art
ist zur Erfassung einer Verformung des jeweiligen Schweißzangenarmes
direkt an diesem jeweils ein Deformationssensor beabstandet zur
zugeordneten Schweißelektrode
vorgesehen, so daß die
Möglichkeit
besteht, den Druckaufbau beim Setzen des Schweißpunktes in dem Schweißzangenarm
unmittelbar zu überwachen.
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Bekannt
ist weiterhin eine gattungsgemäße Schweißzange (
DE 102 02 518 B4 ),
bei der jeder Schweißzangenarm
einen ersten und einen zweiten Schweißzangenarmschenkel aufweist,
wobei am einen Ende jedes ersten Schweißzangenarmschenkels eine Elektrode
vorgesehen ist. Zudem ist jeweils ein Anlenkhebel vorgesehen und
jeweils ein Verbindungselement zwischen dem ersten und dem zweiten
Schweißzangenarmschenkel
angeordnet, wobei die Verbindungselemente an einem gemeinsamen ortsfesten
Bezugspunkt drehbar angeordnet sind und wobei die Anlenkhebel derart
miteinander durch eine mechanische Kopplung verbunden sind, daß jeder Schweißzangen arm über die
Kopplung eine Bewegung ausführt.
Auch hier ist die Schweißzange
verhältnismäßig sehr
steif auszulegen, damit beim Kraftaufbau keine unerwünschte Deformation
der jeweils eine Schweißelektrode
führenden
ersten und zweiten Schweißzangenarmschenkel
in Relation zu deren jeweiliger Längsrichtung auftritt und die
Kappen der Elektroden sich nicht zu sehr in Bezug auf den örtlich vorbestimmten
zu setzenden Schweißpunkt
verschieben.
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Aus
der
EP 1 119 439 B1 ist
ferner ein Werkzeughalter bekannt, der einen im wesentlichen C-förmigen Rahmen umfaßt, der
vorzugsweise einen langen inneren Bereich hat und an seinen freien
Schaftenden das Werkzeug, z. B. ein Nietwerkzeug, ein Verklebewerkzeug
oder eine Schweißeinheit
trägt. Um
diesen Werkzeughalter verhältnismäßig gewichtarm
und zugleich mit hoher Steifigkeit und Festigkeit auszulegen, umfaßt der Halter
ein Fachwerk oder Rahmentragwerk, das einen äußeren und einen inneren C-förmigen Rahmen
und eine Anzahl von Schwenkhalterungen enthält, die diese miteinander verbinden.
Die Rahmen und die Schwenkhalterungen sind derart angeordnet, daß sie eine
Anzahl von verbundenen Dreiecksabschnitten bilden, wobei die Verbindungspunkte
derselben als Knotenpunkte oder Verbindungsstellen ausgeführt sind.
Der äußere C-förmige Rahmen
ist angeordnet, um nur Schubkräfte
aufzunehmen, und der innere Rahmen und die Schwenkhalterungen sind
angeordnet, um Schub- und Zugkräfte
bzw. im wesentlichen Zugkräfte
aufzunehmen. Mit einer von der Firma ALFGAM Optimierung AB durchgeführten strukturellen
Optimierung des im wesentlichen C-förmigen
Rahmens, des sog. Aligned C-Frame (ACF), ist eine Gewichtsreduzierung
von 50–60%
im Vergleich zur herkömmlichen C-förmigen Rahmen
erzielt worden.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schweißzange der
eingangs erwähnten
Art in Leichtbauweise mit Schiebungskompensation zur Verfügung zu
stellen, die insbesondere beim Widerstandspunktschweißen zur
Verbesserung der Schweißpunktqualität im wesentlichen
eine Schiebung der Elektrodenkappen in Bezug auf einen örtlich vorbestimmten
zu setzenden Schweißpunkt
ausschließt
sowie umweltschonend und kostensparend ist.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch
gelöst,
daß jeder
Schweißzangenarm
von einem I-Träger mit über dessen
Längserstreckung
veränderlichem
Querschnitt gebildet ist, der eine zur Längsrichtung des I-Trägers wirkende
Querkraft in eine Querschnittsverdrehung umsetzt, wobei die Parameter
des Schweißzangenarms
so zu optimieren sind, daß beim
Schweißen
eine Schiebung der Kappen der Schweißelektroden in Bezug auf den örtlich vorbestimmten
zu setzenden Schweißpunkt
annähernd
Null ist.
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Vorteilhafte
Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Schweißzange gehen aus den Ansprüchen 2 bis
5 hervor.
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So
ist vorzugsweise der Längsschnitt
des Schweißzangenarms
trapezförmig,
wobei die Höhenabmessung
des Längsschnitts
des Schweißzangenarms
an dessen erstem Ende kleiner als die Höhenabmessung des Längsschnitts
des Schweißzangenarms
an dessen zweitem Ende ist.
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Insbesondere
erstreckt sich der Steg des den Schweißzangenarm bildenden I-Trägers von dessen
zweitem Ende her nur teilweise über
die Länge
des Schweißzangenarms,
wobei eine sich über die
restliche Länge
des Schweißzangenarms
bis zur Elektrode erstreckende Aussparung zwischen dem oberen und
dem unteren Gurt des I-Trägers
gebildet ist.
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Der
Steg des den Schweißzangenarm
bildenden I-Trägers
kann in dessen Längsrichtung
im Abstand zueinander angeordnete und sich über die Höhe des Stegs erstreckende Ausnehmungen
aufweisen. Alternativ kann der Steg des den Schweißarm bildenden
I-Trägers über dessen
Länge zueinander
beabstandeten Bohrungen und/oder Ausfräsungen zur geeigneten Gewichtsreduzierung
aufweisen.
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Eine
weitere bevorzugte Ausführungsform der
erfindungsgemäßen Leichtbau-Schweißzange mit
Schiebungskompensation, bei der im Augenblick der Schweißpunktsetzung
eine Verschiebung von maximal 0,01 mm am Schweißzangenarm gegeben ist, ist
im Anspruch 6 unter Angabe der entsprechenden Optimierungsparameter
beschrieben.
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Mit
der erfindungsgemäßen Schweißzange ist
eine höhere
Schweißpunktqualität zu erzielen,
da Schweißzangenarme
beim Kraftaufbau praktisch keine Schiebung aufweisen und kein Versatz durch
unzureichenden Schweißzangenausgleich
gegeben ist und damit unterschiedliche Kräfte in den beiden Schweißzangenarmen
wirken. Die erfindungsgemäße Schweißzange ist
verhältnismäßig leicht
aufgebaut, was in kostensparender Weise die Einsatzmöglichkeit
kleinerer Roboter mit sich bringt. Da sich beim Einsatz der Schweißzange in
den Schweißzangenarmen
ein verhältnismäßig weicher
Kraftaufbau vollzieht, werden die Elektrodenkappen, die Gelenke
der Schweißzange
und deren Antrieb geschont und eine Lärmbelästigung wird zudem verringert.
Auch beim Schweißen
verhältnismäßig dicker
Bleche zeigt die erfindungsgemäße Schweißzange ein
gutes Nachsetzverhalten.
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Die
Erfindung wird nun anhand der Zeichnungen erläutert. In diesen sind:
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1 eine
perspektivische Ansicht einer schematisch dargestellten Ausführungsform
der Leichtbau-Schweißzange,
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2 eine
Seitenansicht der Ausführungsform
der Schweißzange
nach 1, wobei die Verschiebung des Schweißzangenarms
im Augenblick der Schweißpunktsetzung
mehrfach überhöht dargestellt
ist, und
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3 eine
Seitenansicht eines schematisch dargestellten Schweißzangenarmes
der Leichtbau-Schweißzange
mit Schiebungskompensation entsprechend 1 unter
Angabe von Optimierungsparametern,
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In 1 ist
schematisch einer von zwei identisch ausgebildeten Schweißzangenarmen 1 der Schweißzange dargestellt.
Der Schweißzangenarm 1 weist
einen ersten und einen zweiten Schweißzangenarmschenkel 2 bzw. 3 auf,
die an einem jeweiligen zweiten Ende 4 bzw. 5 starr
und rechtwinklig miteinander verbunden sind. Der erste Schweißzangenarmschenkel 2 ist
als I-Träger mit über dessen Längserstreckung
veränderlichem
Querschnitt ausgebildet, der eine zur Längsrichtung des I-Trägers wirkende
Querkraft in eine Querschnittsverdrehung des I-Trägers umsetzt.
Am ersten Ende 6 des ersten Schweißzangenarmschenkels 2 ist
jeweils eine der beiden Schweißelektroden 7 der
Schweißzange
vorgesehen.
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Wie
aus den 1 bis 3 hervorgeht,
erstreckt sich der Steg 8 des den ersten Schweißzangenarmschenkel 2 bildenden
I-Trägers
von dessen zweitem Ende 4 nur über eine Teilstrecke c der
Länge a
des ersten Schweißzangenarmschenkels 2 und weist
einen rechteckigen Längsschnitt
auf, während der
steglose, sich vom Steg 8 bis zur Schweißelektrode 7 erstreckende
Abschnitt d des Längsschnitts
des ersten Schweißzangenarmschenkels 2 trapezförmig ist,
wie insbesondere 3 zeigt. Somit ist zwischen dem
oberen Gurt 9 und dem unteren Gurt 10 des den ersten
Schweißzangenarmschenkels 2 bildenden I-Trägers eine
Ausnehmung gebildet, die sich von der Schweißelektrode 7 bis zu
der dieser zugewandten Stirnfläche 11 des
Stegs 8 erstreckt. Der Querschnitt des zweiten Schweißzangenarmschenkels 3 ist
hingegen rechteckig, wie aus 1 zu ersehen
ist. Der Schweißzangenarm 1 insgesamt
ist um ein in den 2 und 3 gezeigtes
Gelenk 12 am ersten Ende 13 des zweiten Schweißzangenarmschenkels 3 verschwenkbar.
Die Parameter des Schweißzangenarms 1 sind
so zu optimieren, daß beim
Schweißen
eine Schiebung der Kappen der Schweißelektroden 7 in Bezug
auf den zu setzenden örtlich
vorbestimmten Schweißpunkt
annähernd
Null ist.
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Aus 3 geht
der verschwenkbare Schweißzangenarm 1 der
erfindungsgemäßen Leichtbau-Schweißzange mit
optimierten Parametern im Augenblick der Schweißpunktsetzung hervor, wobei
am Schweißzangenarm 1 maximal
eine Schiebung von u = 0,01 mm gegeben ist, wenn die Parameter des
Schweißzangenarms
wie folgt optimiert sind:
Länge
des ersten Schweißzangenarmschenkels 2:
a = 600 mm
Länge
des zweiten Schweißzangenarmschenkels 3: b
= 250 mm
Höhenabmessung
des ersten Schweißzangenarmschenkels 2 an
seinem ersten Ende 6: h1 = 37,50
mm
Höhenabmessung
des ersten Schweißzangenarmschenkels 2 an
seinem zweiten Ende 4: h2 = 50,00 mm
Stärke des
Stegs 8 des ersten Schweißzangenarmschenkels 2:
s = 5,00 mm
Längserstreckung
des Stegs 8 des ersten Schweißzangenarmschenkels 2 ab
dessen zweitem Ende 4: c = 200 mm
Höhenabmessung
des ersten Schweißzangenarmschenkels 2 am
Ende der Längserstreckung
c des Stegs 8: h3 = 50,00 mm
Längserstreckung
des steglosen Abschnitts des ersten Schweißzangenarmschenkels 2:
d = 400 mm
Querschnittsfläche
des oberen wie des unteren Gurts 9 bzw. 10 des
I-Trägers:
QG = 40 mm × 10 mm
Querschnittsfläche des
zweiten Schweißzangenarmschenkels 3:
Q3 = 40 mm × 40 mm
und zugleich für die auf
den Schweißzangenarm 1 wirkenden
Momente M1 bis M3 um
das Gelenk 12 herum gilt:
M1 +
M3 = M2 bzw. Σ M1-3 um das Gelenk 12 = Null, wobei:
M1 = Zangenschließkraft Z (5 kN) × Länge a (600 mm)
= 3 kNm
M2 = Kraft P1 (60
kN) × Länge b (250
mm) = 15 kNm
M3 = Kraft P2 (60
kN) × Länge b – h2 (200 mm) = 12 kNm
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Zur
Verdeutlichung der durch die erfindungsgemäße Leichtbau-Schweißzange gegebenen
Vorteile im Vergleich zu einer herkömmlichen steifen Schweißzange zeigen
zudem:
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4 eine
Perspektivansicht einer schematisch dargestellten Ausführungsform
eines herkömmlichen
steifen Schweißzangenarmes
mit einer Schweißelektrode
am ersten Ende,
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5 eine
Seitenansicht des Schweizangenarmes der 4 im Augenblick
der Schweißpunktsetzung
mit Darstellung der Schiebung in mehrfacher Überhöhung und
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6 eine
der 5 entsprechende Seitenansicht des Schweißzangenarmes
im Augenblick der Schweißpunktsetzung
bei einer an der Kappe der Schweißelektrode auftretenden maximalen
Schiebung von u = 0,81 mm unter Angabe der entsprechenden Parameter
des Schweißzangenarms
und der an diesem angreifenden Kräfte.
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Wie
die 4 bis 6 zeigen, weist der dargestellte
Schweißarm 1 der
herkömmlichen
steifen Schweißzange
einen erste und einen zweiten Schweißzangenarmschenkel 2 bzw. 3 auf,
die starr und rechtwinklig am jeweiligen zweiten Ende 4 bzw. 5 miteinander
verbunden sind. Der erste Schweißzangenarmschenkel 2 ist
als I-Träger
ausgebildet, der einen trapezförmigen
Querschnitt und an seinem freien Ende 6 eine der Schweißelektroden 7 der Schweißzange aufweist.
Die Höhenabmessung
h1 am ersten Ende 6 des ersten
Schweißzangenarmschenkels 2 ist
kleiner als die Höhenabmessung
h2 an dessen zweiten Ende 4. Der
Steg 8 des I-Trägers ist über die
Länge a
des unteren und des oberen Gurtes 9 bzw. 10 durchgehend,
was dem Schweißzangenarm 1 die
nötige
Steifheit verleiht. Der zweite Schweißzangenarmschenkel 3 weist
einen rechteckigen Längsschnitt
und an seinem ersten Ende 13 ein Gelenk 12 auf,
um das der Schweißzangenarm 1 insgesamt
zu verschwenken ist. Die Parameter des in 6 gezeigten
Schweißzangenarms 1 der
steifen Schweißzange,
bei der im Augenblick des Schweißpunktsetzung an der Kappe
eine maximale Verschiebung u = 0,81 mm in Bezug auf den örtlich vorbestimmten
zu setzenden Schweißpunkt
auftritt, sind wie folgt:
Länge
des ersten Schweißzangenarmschenkel 2:
a = 600 mm
Länge
des zweiten Schweißzangenarmschenkels 3: b
= 280 mm
Höhenabmessung
des ersten Schweißzangenarmschenkels 2 an
seinem ersten Ende 6: h1 = 40 mm
Höhenabmessung
des ersten Schweißzangenarmschenkels 2 an
seinem zweiten Ende 4: h2 = 80,00 mm
Stärke des
Stegs 8 des den ersten Schweißzangenarmschenkel 2 bildenden
I-Trägers:
s = 5 mm
Querschnittsfläche
des oberen wie des unteren Gurts 9 bzw. 10 des
I-Trägers:
QG = 40 mm × 10 mm
Querschnittsfläche des
zweiten Schweißzangenarmschenkels 3:
Q3 = 40 mm × 40 mm,
wobei zugleich
für die
auf den Schweißzangenarm 1 wirkenden
Momente M1 bis M3 um
das Gelenk 12 herum gilt:
M1 +
M3 = M2 bzw. Σ M1-3 um das Gelenk 12 = Null, wobei:
M1 = Zangenschließkraft Z (5 kN) × Länge a (600 mm)
= 3 kNm
M2 = Kraft P1 (37,5
kN) × Länge b (280
mm) = 10,5 kNm
M3 = Kraft P2 (37,5 kN) × Länge b – h2 (200
mm) = 7,5 kNm
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Der
Vergleich zeigt, daß die
erfindungsgemäße Leichtbau-Schweißzange mit
erheblicher Gewichtsreduzierung eine beachtliche Steigerung der Qualität der Schweißpunktsetzung
ermöglicht.
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- 1
- Schweißzangenarm
- 2
- erste
Schweißzangenarmschenkel
- 3
- zweite
Schweißzangenarmscchenkel
- 4
- zweites
Ende des ersten Schweißzangenarmschenkels
- 5
- zweites
Ende des zweiten Schweißzangenarmschenkels
- 6
- erstes
Ende des ersten Schweißzangenarmschenkels
- 7
- Schweißelektrode
- 8
- Steg
des I-Trägers
- 9
- obere
Gurt des I-Trägers
- 10
- untere
Gurt des I-Trägers
- 11
- Stirnfläche des
Stegs
- 12
- Gelenk
- 13
- erstes
Ende des zweiten Schweißzangenarmschenkels
- a
- Länge des
ersten Schweißzangenarmschenkels
- b
- Länge des
zweiten Schweißzangenarmschenkels
- c
- Längserstreckung
des Stegs ab dem zweiten Ende des ersten Schweißzangenarmschenkels
- d
- Längserstreckung
des steglosen Abschnitts des ersten Schweißzangenarmschenkels
- s
- Stärke des
Stegs
- h1
- Höhenabmessung
des Längsschnitts des
ersten Schweißzangenarmschenkels
an dessen erstem Ende
- h2
- Höhenabmessung
des Längsschnitts des
ersten Schweißzangenarmschenkels
an dessen zweitem Ende
- h3
- Höhenabmessung
des Längsschnitts des
ersten Schweißzangenarmschenkels
am Ende der Längserstreckung des
Stegs
- u
- Schiebung
- QG
- Querschnittsfläche des
oberen und des unteren Gurts des I-Trägers
- Q3
- Querschnittsfläche des
zweiten Schweißzangenarmschenkels
- Z
- Schweißzangenschließkraftds
- P1 und P2
- Kräfte am Schweißzangenarm
- M1 bis M3
- Drehmomente
um das Gelenk