DE102008039872A1 - Widerstandsschweißanordnung - Google Patents

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DE102008039872A1
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Andre Dr. Philippskötter
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K31/00—Processes relevant to this subclass, specially adapted for particular articles or purposes, but not covered by only one of the preceding main groups
    • B23K31/02—Processes relevant to this subclass, specially adapted for particular articles or purposes, but not covered by only one of the preceding main groups relating to soldering or welding

Abstract

Die Erfindung befasst sich mit einer Einrichtung 12 sowie einem Verfahren zu deren Betrieb und mit einem Werkzeughalter 1, welcher von der Einrichtung 12 betrieben wird. Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, mittels der oberen Anordnung durchgeführte Fügeprozesse in ihrer Qualität zu verbessern. Dies wird unter anderem dadurch realisiert, dass die Einrichtung 12 derart ausgebildet ist, dass eine zumindest teilweise elastische Verformung des Werkzeughalters 1, insbesondere die Aufbiegung des Werkzeughalters 1, nach Maßgabe eines ersten Verformungsbeschreibungsmittels ermittelbar ist, wobei das Verformungsbeschreibungsmittel die Verformungseigenschaften des Werkzeughalters 1 unter Berücksichtigung der Betriebskraft FBzumindest teilweise beschreibt. Etwaige Verformungen des Werkzeughalters 1 während des Fügeprozesses haben damit keine negativen Auswirkungen mehr auf den Fügeprozess.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Betrieb einer Anlage für umformtechnische Fügeprozesse, insbesondere Clinchen und Stanznieten sowie Widerstandspunktschweißen, Widerstandspressschweißen, Handlingprozesse, Prägeprozesse oder Schraub- und Einpressprozesse, sowie einen Werkzeughalter, welcher mittels der Einrichtung ansteuerbar ist und von der Anlage umfasst sein kann. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Betrieb einer erfindungsgemäßen Einrichtung.
  • Hauptanwendungsgebiet der Erfindung ist die Automobilindustrie, wobei der Einsatz der Erfindung auch auf den Schienenfahrzeugbau, die Luftfahrtindustrie und artverwandte Industrie ausgedehnt werden kann. Weiter ist die Erfindung geeignet für alle Karosserierohbauprozesse, in denen beispielsweise Punktschweißen als Fügeprozess eingesetzt wird, oder aber Montage- bzw. Handlingprozesse. Eine mittels der erfindungsgemäßen Einrichtung betriebene Anlage umfasst neben der Einrichtung selbst auch einen Werkzeughalter. Weiter umfasst ist ein Positioniermittel (könnte beispielsweise auch ein Industrieroboter sein), mittels dessen der Werkzeughalter in seiner Lage relativ zu einem von der Anlage zu bearbeitenden Werkstück änderbar ist, wobei ein vom Werkzeughalter umfasstes Werkzeug an das Werkstück mittels des Werkzeughalters unter elastischer Verformung desselben mittels eines zweiten und ebenfalls von der Anlage umfassten Positioniermittels zur Beeinflussung der Betriebskraft anpressbar ist. Die Betriebskraft bewirkt dabei eine Anpressung des Werkzeuges an das zu bearbeitende Werkstück.
  • Der Einrichtung könnte beispielsweise ein Steuersystem für Schweißprozesse zugrunde liegen, wie es beispielsweise von der Anmelderin unter der Bezeichnung PS 6000 verkauft wird. Eine solche Einrichtung dient beispielsweise zum Betrieb einer Anlage für Widerstandspunktschweißaufgaben. Die von der Anmelderin bereitgestellte moderne und unter dem Windows®-Betriebssystem lauffähige Bedien- und Diagnosesoftware für Widerstandsschweißanlagen BOS 5000/6000 bietet durchgängige Programmierbarkeit, Überwachbarkeit und Protokollierbarkeit des gesamten Schweißprozesses. Von derartigen Anlagen umfasste Werkzeughalter sind z. B. als sogenannte Fügezangen bekannt, beispielsweise Schweißzangen für Widerstandspunktschweißanlagen, siehe auch die Patentschrift DE 699 11 040 T2 oder die Patentanmeldungen DE 10 2007 020 167 und DE 10 2007 020 166 der Anmelderin.
  • Beim Widerstandsschweißen sind in der Regel eine Vielzahl von mittels Schweißpunkten miteinander zu verbindende Werkstücke zu bearbeiten. Schweißzangen der Eingangs genannten Art fungieren als Werkzeughalter, die an spezielle Werkstückkonturen (bzw. Bauteilgeometrien unter Berücksichtigung der Zugänglichkeiten der Werkzeuge zur Füge-/Montagestelle) angepasst sind. Je nach Schweißaufgabe gibt es unterschiedliche bzw. vielfältigste Anforderungen an die Fügezange, wie zum Beispiel die Zugänglichkeit der Fügezange an die zu verschweißende Stelle beispielsweise im Automobil-/Karosserierohbau oder aber ein angepasstes Schweiß- und/oder Kraftprofil für jede Schweißaufgabe. Für verschiedene Arbeitsaufgaben gibt es daher in der Regel eine große Vielzahl von unterschiedlichen Fügezangen mit an die Schweißaufgabe angepasster Zangengeometrie. Aufgrund der stark voneinander abweichenden Anforderungen an die Auslegung der Zange und der hohen Variabilität der Anforderungen sind solche Zangen in der Regel aber nur unzureichend an die jeweiligen, unterschiedlichen, individuellen, mechanischen Anforderungen angepasst, z. B. in Bezug auf das Verformungsverhalten, in Bezug auf die elastische Aufbiegung bzw. das Nachsetzverhalten der Schweißzange unter der wirkenden Elektrodenkraft/Anpresskraft der Zange vor, während und nach dem Schweißprozess oder aber die Größe der bewegten Masse. Oft wird eine Zange nur für den gerade relevanten, konkreten Anwendungsfall, d. h. Einsatzbereich bis beispielsweise zu einer Elektrodenkrafthöhe von 5 kN dimensioniert, und somit zum Beispiel nur für bestimmte zulässige Elektrodenkräfte (z. B. bis 5 kN) ausgelegt. Diese Systeme sind nicht ohne weiteres/ohne größeren Umrüstaufwand bzw. zum Teil neue Berechnungen/Konstruktionen an neue, auch höhere Ansprüche wie beispielsweise Elektrodenkräfte von bis zu 8 kN, umzustellen. Andererseits bedeutet die Verwendung bestehender Zangen Nachteile für das Schweißergebnis durch die höheren Anforderungen der jeweiligen Material-/Werkstoffkombination (relevante/zulässige Elektrodenkräfte, tolerierbare gewünschte/erforderliche Werkzeuggenauigkeit bzw. tolerierbare Versätze der Elektroden in Abhängigkeit der jeweiligen Elektrodenkraft, und dergleichen bzw. das nicht angepasste mechanische Verhalten der Zange in Bezug auf die Aufbiege- und Nachsetzcharakteristik der Werkzeuge/Elektroden.
  • Derartige Zangen verformen sich elastisch beim Aufbringen einer Betriebskraft auf ein zu bearbeitendes Werkstück mittels des an der Zange angeordneten Werkzeuges (z. B. Schweißelektroden). 1a zeigt, wie sich eine herkömmliche C-Zange bei Aufbringung einer Kraft auf ein Werkstück verformen kann. 1b zeigt dieselbe Zange, welche jedoch mittels einer alternativen Technologie konstruiert wurde. Der Unterschied zwischen 1a und 1b besteht darin, dass bei der Anordnung gemäß 1a neben einer Verformung der Zange auch eine Schrägstellung der Werkzeuge resultiert, was die zu realisierende Verbindung unvorteilhaft beeinflussen kann, so dass ein Teil der Betriebskraft nicht für den Fügevorgang zur Verfügung steht. Mittels der in 1b gezeigten Lösung kann man zwar der Schrägstellung der Elektroden vorbeugen, nicht jedoch der Tatsache, dass ein Teil der Betriebskraft für den Fügevorgang ungenutzt bleibt.
  • Das jeweilige mechanische Verhalten der Fügezange und des Zangenausgleiches vor, während und nach dem Schweißprozess auf der einen Seite und das Zusammenwirken von Fügezange und Zangenausgleich auf der anderen Seite haben in Summe entscheidenden Einfluss auf die Qualität des Fügevorganges und die Ausnutzung der Betriebskraft für den Schweißprozess und die Werkzeugbelastung (Kappen, Schäfte, Lagerstellen, Roboterlager, Roboterachsen). Nachteile der zuvor genannten Lösungen bestehen beispielsweise darin, dass Schweißspritzer entstehen können oder Schweißelektrodenkappen einseitig verschleißen, wenn die Bewegungen während der einzelnen Phasen der Fügeoperation von Schweißzange und Zangenausgleich nicht entsprechend aufeinander abgestimmt sind. Weitere Nachteile können sein: Verkanten bzw. unsachgemäßes Abstützen der Elektroden an der zu verschweißenden Stelle bzw. dem Bauteil, „Schieben” der Elektroden gemäß 2 und 1a, erhöhter Instandhaltungsaufwand, höhere laufende Kosten, große Streuungen in den Schweißergebnissen durch undefiniertes, nicht optimal abgestimmtes Verhalten der Fügezange bzw. des Zangenausgleiches.
  • Die Erfindung geht aus von einer Einrichtung zum Betrieb einer Anlage für umformtechnische Fügeprozesse, insbesondere Clinchen und Stanznieten sowie Widerstandspunktschweißen, Widerstandspressschweißen, Handlingprozesse, Prägeprozesse oder Schraub- und Einpressprozesse, mittels welcher Einrichtung auch ein von der Anlage umfasster Werkzeughalter mit einem Werkzeug, insbesondere ein Werkzeughalter wie im Laufe der Beschreibung noch erläutert, mittels zumindest eines ersten Positioniermittels in seiner Lage relativ zu einem Werkstück oder dergleichen änderbar ist, und mittels welcher Einrichtung das Werkzeug an das Werkstück mittels des Werkzeughalters unter elastischer Verformung (z. B. Aufbiegung) desselben mittels eines zweiten Positioniermittels zur Beeinflussung der Betriebskraft, welche eine Anpressung des Werkzeuges an das zu bearbeitende Werkstück bewirkt, anpressbar ist.
  • Erfindungsgemäß ist eine derartige Einrichtung derart ausgebildet, dass eine zumindest teilweise elastische Verformung des Werkzeughalters, insbesondere die Aufbiegung des Werkzeughalters, nach Maßgabe eines ersten Verformungsbeschreibungsmittels mittels der Einrichtung ermittelbar ist, wobei das Verformungsbeschreibungsmittel die Verformungseigenschaften des Werkzeughalters unter Berücksichtigung der Betriebskraft zumindest teilweise beschreibt.
  • Die Verformungseigenschaften eines Werkzeughalters (z. B. einer Schweißzange) können beispielsweise vor Serieneinsatz experimentell ermittelt oder (FEM-) berechnet werden, und mittels eines Verformungsbeschreibungsmittels dokumentiert werden. Diese dokumentierten Ergebnisse (z. B. in Form eines Werkzeughaltersteckbriefes, der das mechanische Verhalten des Werkzeughalters definiert) können mittels der erfindungsgemäßen Einrichtung (z. B. Schweißsteuerung/Robotersteuerung) später im Serienbetrieb gezielt abgerufen werden, um insbesondere in Abhängigkeit der gemessenen Wege/Winkel (direkt) oder Kraft/Drehmomente (indirekt) der Positioniermittel (z. B. Haupthubzylinder und Ausgleichszylinder) die Werkzeughalterbewegung (z. B. Schweißzangenbewegung) zu beeinflussen (z. B. zu steuern und/oder zu regeln).
  • Die Erfindung liefert auch den Vorteil, dass eine an die jeweilige Fügeaufgabe bzw. das verwendete Werkzeug angepasste Ausgleichsbewegung des Werkzeuges realisierbar ist, welche in unmittelbarem Zusammenhang mit dem Bewegungsablauf des Haupthubs steht und praktisch durch den Werkzeughaltersteckbrief beschrieben ist.
  • Die vorliegende Erfindung verbessert insgesamt die Qualität von Fügevorgängen, insbesondere wird bei Widerstandsschweißvorrichtungen die Schweißqualität verbessert, die Spritzerneigung reduziert, eine symmetrische Schweißpunktausprägung gefördert, der Werkzeugverschleiß und ein „Schieben” (paarweises Schieben der Werkzeuge/Elektroden, = ”Wandern” des Werkzeugpunktes/TCPs (Tool-Center-Points) in der Schweißzange) bzw. auftretende Relativ-Versätze der Elektroden vor, während und nach dem Schweißen und das elastische Verformen bzw. die Biegung der Elektrodenschäfte reduziert bzw. vermieden. Die Standmenge der Elektrodenkappen und Elektrodenschäfte wird erhöht, da weniger Querkräfte auf alle ansonsten als verschleißanfällig bekannten Komponenten wirken. Das Zangenverhalten beziehungsweise die Randbedingungen des Schweißprozesses werden verbessert, weil der Einfluss der Fügezangenaufbiegung auf den Schweißprozess bzw. das Fügeergebnis vermindert wird. Die Auswirkungen des aus dem Stand der Technik bekannten mangelhaften Zangenhandlings wird reduziert, weil sich die Zange weniger am Werkstück abstützt und dadurch weniger verformt. Bewegungen konzentrieren sich auf den Fügeprozess und überlagerte Bewegungen entfallen, die bisher auf das mangelhafte Zangenhandling zurückzuführen waren. Außerdem reagiert der Zangenausgleich direkt auf die Haupthubbewegung, was der aus dem Stand der Technik bekannten Trägheit der Zangenausgleichsbewegung entgegenwirkt. Insbesondere die beim Kraftaufbau, Schweißprozess und Kraftabbau sinnvollen (notwendigen) Bewegungen des Haupthubzylinders werden mit den erforderlichen, resultierenden Zangenausgleichsbewegungen synchronisiert/abgestimmt – ohne Zeitverlust. Bei verschiedenen Fügekräften (d. h. unterschiedlichen Fügeaufgaben, unterschiedlichen Blechdicken oder unterschiedlichen zu verschweißenden Werkstoffen wie Aluminium oder Stahl) reagiert der Zangenausgleich aufgrund der erfindungsgemäßen Maßnahmen unterschiedlich stark und somit der aufgewandten Betriebskraft FB angemessen. Insgesamt führt die Erfindung auch zu geringeren laufenden Kosten, weil Ursachen/Mängel konventioneller Schweißzangen beseitigt werden bzw. ihre Wirkung deutlich reduziert wird. Die hier aufgezeigte erfindungsgemäße Lösung ergänzt sinnvoll auch die in den zuvor bereits genannten Anmeldungen der Anmelderin ( DE 10 2007 020 167 und 10 2007 020 166 ) gezeigten Erfindungen und sollte mit den dort gezeigten möglichen Realisierungsformen für Werkzeughalter kombiniert werden.
  • Das mechanische Verhalten der Fügezange kann auf die entsprechende Anwendung (Fügekraftbedarf, Blechdickenkombination, Werkstoffe und dergleichen) angepasst werden, ohne dass die Fügezange komplett ausgetauscht bzw. eine weitere Fügezange mit anderem Verhalten angeschafft und in Betrieb genommen werden muss. Der Einfluss der mechanischen Eigenschaften der Fügezange auf das Fügeergebnis (Schweißbereich, Schweißspritzerneigung, Standmengen der Elektrodenkappen, Oberflächenqualität, Elektrodeneindruck/-einsinktiefe, und dergleichen) kann im Labor untersucht und bewertet werden, weil die Eigenschaften gezielt eingestellt werden können. Leichtbau für Fügezangen wird unterstützt, da ein (gewichtsoptimierter) Zangenausgleich in der optimierten Form verwendet wird, der durch den optimalen Einsatz unterstützend zur Vermeidung von Querkräften wirkt bzw. deren Wirkung vermindert und dadurch die Performance des Gesamtsystems „Mechanik und Schweißzange” an sich weiter optimiert werden kann.
  • Bevorzugt handelt es sich bei dem Verformungsbeschreibungsmittel um ein mechanisches Modell des Werkzeughalters, wodurch sich das mechanische Verhalten des Werkzeughalters unter Einwirkung der Betriebskraft sehr exakt definieren lässt.
  • Vorzugsweise ist auch die während eines Fügeprozesses aufgrund der Betriebskraft verursachte elastische Verformung des Werkstückes ermittelbar, insbesondere nach Maßgabe eines zweiten Verformungsbeschreibungsmittel für das Werkstück, welches insbesondere ein mechanisches Modells des Werkstückes beschreibt.
  • Das Verformungsbeschreibungsmittel zur Beschreibung des Werkzeughalters oder der Werkstückeigenschaften beruht vorzugsweise auf der Finite-Elemente-Methode (FEM). Durch Verwendung dieser Methode kann man das mechanische Verhalten sehr gut vorausbestimmen. Die Auswirkungen auf das Verhalten des Werkzeughalters werden damit für die Einrichtung „vorhersagbar”. Die Grundauslegung der Zangeneigenschaften (Steifigkeit, Aufbiegung, Nachsetzverhalten, etc.) kann auf Basis der FEM exakter ermittelt werden. Man spart Zeit und Geld beispielsweise gegenüber auf Versuchen beruhenden Methoden, jedoch ist die FEM nicht zwingend erforderlich. Man kann das mechanische Verhalten des Werkzeughalters auch auf Basis von Kraft-Wegmessungen, d. h. basierend auf experimentellen Versuchen, ermitteln und überwachen. Es wäre auch denkbar mittels Schweißversuchen im Labor das „optimale” mechanische Verhalten der Zange beispielsweise für Aluminiumschweißaufgaben und Stahlschweißaufgaben zu ermitteln. Die FEM- Berechnung könnte anschließend für die Detailauslegung verwendet werden. Das mechanische Verhalten ist mittels der FEM-Berechnung definierter bestimmbar und bewertbar. Es wäre auch denkbar die mechanische Grundauslegung der Schweißzange mittels einer FEM-Berechnung durchzuführen und diese mit einer laufenden Überwachung der Kraft-/Wegbeziehung durch einen Soll-Ist-Vergleich zu kombinieren, um beispielsweise später im Serieneinsatz den Verschleiß beobachten und kontrollieren zu können.
  • Das Verformungsbeschreibungsmittel könnte beispielsweise mittels einer Zuordnungstabelle definiert werden, welche auch die Betriebskraft und eine der Betriebskraft mittelbar oder unmittelbar zuordenbare Werkzeughalterverformung beschreibt. Vorzugsweise ist das Verformungsbeschreibungsmittel in Form eines Speichermittels von der Einrichtung umfasst. Die Einrichtung ist vorzugsweise derart ausgebildet, dass zumindest ein Positioniermittel unter Berücksichtigung der aktuellen (IST-) Position des Werkzeughalters und der ermittelten Verformung des Werkzeughalters derart ansteuerbar ist, dass diese Verformung praktisch im wesentlichen kompensierbar ist. Dies wird erreicht mittels der Definition geeigneter Prozessschritte für die erforderlichen Zangenausgleichswege, welche abgestimmt sind auf die aktuelle IST-Situation des Werkzeughalters (Werkzeughalterposition, Positionierung, SOLL-IST-Vergleich von Werkzeug-/Betriebs-/Elektrodenkraft und Werkzeug-/Elektrodenweg, etc.).
  • Vorzugsweise ist mittels der Einrichtung das Ausmaß der elastischen Verformung zumindest teilweise auch anhand von zumindest einer Kennlinie ableitbar, welche im Rahmen zumindest eines ersten Arbeitsschrittes von der Einrichtung erfasst und verarbeitet wird. Weitere Arbeitsschritte können folgen. In einem der folgenden Arbeitsschritte kann beispielsweise der aktuelle Zustand der Werkzeuge (z. B. Verschleiß der Kappen von Widerstandsschweißelektroden oder der Fräszustand von Widerstandsschweißelektroden) und/oder der Verschleiß des Werkzeughalters (z. B. Schweißzange einer Widerstandsschweißvorrichtung) in Form eines beispielsweise Steifigkeitsverlustes durch, sogenanntes „Condition Monitoring” bzw. durch Verschleißbeobachtung ermittelt werden. Generell wären zusätzlich zur Kennlinienauswertung alle Parameter zu erfassen, welche sich im Laufe der Zeit ändern können. Damit die Einrichtung diese Parameteränderungen berücksichtigen kann führt diese permanent oder zumindest zeitweise einen Soll-Ist-Vergleich für relevante Größen durch.
  • Die Einrichtung umfasst vorzugsweise auch ein Identifikationsmittel, welches zur Identifikation des Werkzeughalters herangezogen werden kann, wobei die Identifikation unter Berücksichtigung des Verformungsbeschreibungsmittels erfolgt, welches vorzugsweise in der Einrichtung hinterlegt ist. Die Einrichtung ist damit in der Lage abhängig von einer vorgegebenen Fügeaufgabe den zu dieser Fügeaufgabe passenden Werkzeughalter auszuwählen. Es kann auch ein Mittel, vorzugsweise eine softwaregesteuerte Bedienoberfläche umfasst sein, welche beispielsweise mittels eines Anzeigemittels die Auswahl eines Werkzeughalters aus zumindest zwei Werkzeughaltern ermöglicht. Unter Berücksichtigung der manuellen Auswahl eines Werkzeughalters kann dann vorzugsweise selbsttätig dem ausgewählten Werkzeughalter ein Verformungsbeschreibungsmittel von der Einrichtung zugeordnet werden.
  • Das erfindungsgemäße Konzept des Verformungsbeschreibungsmittels für einen Werkzeughalter kann auch mittels eines aus dem Stand der Technik bekannten Werkzeughalters umgesetzt sein, welcher erfindungsgemäß verändert bzw. ergänzt wird.
  • Ein erfindungsgemäßer Werkzeughalter dient für umformtechnische Fügeprozesse, insbesondere Clinchen und Stanznieten, sowie thermische Fügeprozesse wie Widerstandspunktschweißen, Widerstandspresschweißen, Handlingprozesse, Prägeprozesse oder Schraub- und Einpressprozesse, wobei zumindest ein am Werkzeughalter angeordnetes Werkzeug unter elastischer Verformung (insbesondere unter Aufbiegung) des Werkzeughalters mittels einer Betriebskraft an ein Werkstück oder dergleichen anpressbar ist. Dieser Werkzeughalter wird erfindungsgemäß derart modifiziert, dass ein Verformungsbeschreibungsmittel für den Werkzeughalter am Werkzeughalter angeordnet wird, insbesondere mittels eines vom Werkzeughalter umfassten Speichermittels, mittels dessen eine zumindest teilweise elastische Verformung des Werkzeughalters, insbesondere die Aufbiegung des Werkzeughalters ermittelbar ist. Eine derartige Ermittlung der Aufbiegung erfolgt vorzugsweise unter Verwendung einer bereits zuvor erwähnten Einrichtung.
  • Das Verformungsbeschreibungsmittel beschreibt die Verformungseigenschaften des Werkzeughalters unter Berücksichtigung der Betriebskraft dabei zumindest teilweise. Das Verformungsbeschreibungsmittel ist vorzugsweise in Form eines mechanischen Modells des Werkzeughalters beschrieben, welches derart realisiert ist, dass auch die mittels der Betriebskraft verursachte Verformung zumindest eines Teilabschnittes des Werkzeughalters ermittelbar ist.
  • Der Werkzeughalter ist vorzugsweise modular aufgebaut und weist zumindest eine steife Bügelstruktur im Bügelrücken und weniger steife Abschnitte beispielsweise in den Werkzeughaltebereichen auf. Diese steife Bügelstruktur dient zur steifen Anbindung des Werkzeughalters an ein Positioniermittel und ist nur schwer verformbar. Dies dient auch dazu, dass die parallele Ausrichtung der Werkzeugachsen bei einer Haupthub- und/oder Zangenausgleichsbewegung möglichst unabhängig von der Höhe der Elektrodenkraft erhalten bleibt. Der Grad der Verformung unter der Betriebskraft könnte dabei mittels des Verformungsbeschreibungsmittels beschrieben sein. Die Verformung der leichter verformbaren und weniger steifen Module könnte somit von einer erfindungsgemäßen Einrichtung ermittelt werden, so dass diese Verformung mittels der erfindungsgemäßen Einrichtung kompensierbar wird.
  • Vorzugsweise umfasst der erfindungsgemäße Werkzeughalter zumindest abschnittsweise eine geometrische Fachwerkstruktur mit Knotenbereichen, in denen Strebenelemente der Fachwerkstruktur starr miteinander verbunden sind. Der Werkzeughalter umfasst einen Werkzeughaltebereich, der ein Werkzeug halten kann, welches im Betrieb unter elastischer Verformung der Fachwerkstruktur des Werkzeughalters mit einer Betriebskraft gegen ein Werkstück oder dergleichen anpressbar ist. Der Werkzeughalter weist in zumindest einem Teilbereich eines elastisch zu verformenden Bereichs der Fachwerkstruktur zumindest zwei starr miteinander und/oder mit Basisabschnitten des Werkzeughalters verbundene Module auf.
  • Vorzugsweise ist der Werkzeughalter mit den verbundenen Modulen insgesamt praktisch eigensteif ausgebildet.
  • Besonders bevorzugt weist der Werkzeughalter mit den verbundenen Modulen eine derartige, resultierende Fachwerkstruktur auf, so dass bezüglich zumindest eines Knotenbereiches zumindest eine Mittellinie oder ein Abschnitt einer Mittellinie eines in diesen Knotenbereich einmündenden Strebenelementes außermittig bezüglich des Knotenbereiches ausgerichtet ist und/oder der Schnittpunkt der Mittellinien oder von Abschnitten der Mittellinien zumindest zweier in diesen Knotenbereich einmündender Strebenelemente außermittig bezüglich des Knotenbereiches angeordnet ist, so dass die strukturelle, resultierende außermittige Ausrichtung der geometrischen Strukturelemente durch die, insbesondere innere, Momentenverteilung unter der Einwirkung der Betriebskraft die Verformung der resultierenden Fachwerkstruktur im Sinne einer konstanten Ausrichtung des Werkzeughaltebereiches beeinflusst.
  • Weiter vorteilhaft ist es, wenn ein Tragwerk umfasst ist, welches einen äußeren und einen inneren Tragwerksrahmen und eine Anzahl von Tragwerksstreben enthält, welche den äußeren und den inneren Rahmen miteinander verbinden, wobei Rahmen und Streben derart angeordnet sind, dass sie mehreckige Abschnitte bilden, wobei der äußere und der innere Rahmen und die Streben zur Aufnahme von Kräften und Momenten ausgebildet sind, wobei die Tragwerksstreben vorzugsweise schwenkbar zwischen den Tragwerksrahmen gelagert sind.
  • Besonders bevorzugt beruht das Verformungsbeschreibungsmittel auch auf der Finite-Elemente-Methode (FEM), wobei die Beschreibung der Verformung durch Messungen und Experimente ergänzt werden kann. Das Verformungsbeschreibungsmittel könnte auch zumindest unter Berücksichtigung einer Kennlinie zumindest im für die zu berücksichtigende Betriebskraft relevanten Bereich insbesondere mittels einer linearen oder progressiven oder degressiven Kennlinie beschrieben sein. Das Verformungsbeschreibungsmittel könnte auch mittels einer Zuordnungstabelle definiert sein, welche auch die Betriebskraft und eine der Betriebskraft zuordenbaren mechanische Verformung umfasst. Die Verformungsbeschreibung beruht vorzugsweise auf wenigen Stützpunkten der charakteristischen Kennlinien. Der Zusammenhang zwischen Betriebskraft und Aufbiegung ist nahezu linear über einen weiten Einsatzbereich (d. h. beispielsweise Elektrodenkräfte von 2 bis 10 kN) während bei konventionellen Schweißzangen der lineare Bereich oft auf bestimmte Elektrodenkräfte begrenzt ist, weil Querkräfte und Versätze bzw. Schiebungen der Werkzeuge/Elektroden den Einsatzbereich einschränken.
  • Bevorzugt handelt es sich bei dem Werkzeughalter um eine Schweißzange, insbesondere eine Schweißzange mit im wesentlichen C-förmigem Grundriss, wobei weiter bevorzugt der C-förmige Grundriss mittels zweier modular aufgebauter Schenkel oder mittels zweier Schenkelmodule und einen praktisch verformungsarmen Bügelrückens realisiert ist, wobei zumindest ein Schenkel oder Schenkelmodul unter Berücksichtigung der Betriebskraft verformbar ist. Dies ist vorteilhaft, weil nach derzeitigem Entwicklungsstand eine Ausgleichsbewegung für einen C-Werkzeughalter zwingend erforderlich ist. Ein C-Werkzeughalter weist ein bewegtes Werkzeug (z. B. Elektrode) und ein feststehendes Gegenwerkzeug (z. B. Gegenelektrode) auf. Da der Werkzeugvorschub nur auf einer Seite des Werkzeuges erfolgt, wird eine Ausgleichsbewegung erforderlich. Diese Ausgleichsbewegung kann nun erfindungsgemäß realisiert werden, so dass Verformungen der C-Zange möglichst effektiv kompensiert werden und deren Auswirkungen praktisch beherrschbar machen.
  • Weiter bevorzugt ist der Werkzeughalter zumindest abschnittsweise mittels einer Ausrichtungsstruktur realisiert. Die erforderlichen Korrekturbewegungen zur Kompensation der Verformungen gestalten sich weniger aufwändig und lassen sich exakter bestimmen. Das mechanische Verhalten der Zange kann dadurch exakter ermittelt werden, da beim Zusammenhang zwischen Elektrodenkraft (Aktion) und Aufbiegung (Reaktion) keine bzw. im Vergleich zum Stand der Technik wesentlich kleinere Querkräfte zu berücksichtigen sind.
  • Der Aufschmelzvorgang an dem zu verarbeitendem Material unter Wirkung von Elektrodenkraft und Stromfluß während der Stromzeit (Prinzip Joule'sche Widerstandserwärmung) wird nun nicht mehr durch eine Biegung/Querbewegung des Elektrodenschaftes behindert, da keine bzw. vernachlässigbar kleine Querbewegungen entstehen. Die Verformungskompensation kann exakter durchgeführt werden und muß nur in einer Achsrichtung vorgenommen werden. Zudem wird das Gewicht der zu bewegenden Schweißzange reduziert und die Ausgleichsbewegung kann schneller und damit effektiver erfolgen.
  • Besonders bevorzugt handelt es sich bei dem Werkzeughalter um eine Schweißzange, insbesondere eine Schweißzange im wesentlichen mit X- oder L-förmigem Grundriss mit zumindest einem unter Einfluss der Betriebskraft verformbaren Schenkel, wobei die Kreuzungsstelle des X-förmigen oder L-förmigen Grundrisses ein Gelenk aufweist. Auch bei diesen Bauformen ermöglicht die Erfindung eine Kompensation von betriebsbedingten Werkzeughalterverformungen. Durch diese Ausführung der beiden zusammengehörenden Zangenarme bzw. des Zangenarmpaares kann im Idealfall eine Ausgleichsbewegung während des Schweißprozesses entfallen, da beide Zangenarme über die gleiche Steifigkeit verfügen – unabhängig von den Stichmaßen des Zangenfensters.
  • Besonders bevorzugt ist das Verformungsbeschreibungsmittel derart realisiert, dass auch eine mittels der Betriebskraft verursachte elastische Verformung zumindest eines Schenkels oder Schenkelmoduls leicht ermittelbar ist. Dies erhöht die Flexibilität und erweitert die Einsatzmöglichkeit der Erfindung für unterschiedlichste Werkzeughalterformen und Werkzeughalterausführungen. Vorzugsweise handelt es sich um Werkzeughalterausführungen in Form von Schweißzangen für eine Widerstands-Punktschweißanlage, insbesondere eine Roboterzange, Handzange oder Ständerzange oder für Unterkupferschweißen, wobei als Werkzeug zumindest eine Schweißelektrode umfasst ist. Gerade hier greifen die Vorteile bezüglich verbesserter Fügequalität (Schweißpunktqualität) besonders.
  • Eine erfindungsgemäße Schweißzange umfasst vorzugsweise einen Ultraschall-Sender und einen Ultraschall-Empfänger, welche jeweils in Durchschallungsanordnung oder in Reflektionsanordnung bezüglich der Punktschweißstelle angeordnet sind. Diese dienen zur Schweißpunktbewertung und/oder zur Schweißregelung und/oder zur Schweißsteuerung.
  • Vorzugsweise handelt es sich um einen Werkzeughalter, insbesondere wie zuvor beschrieben, für umformtechnische Fügeprozesse, insbesondere Clinchen und Stanznieten, sowie thermische Fügeprozesse wie Widerstandspunktschweißen, Widerstandspressschweißen, Handlingprozesse, Prägeprozesse oder Schraub- und Einpressprozesse, wobei zumindest ein am Werkzeughalter angeordnetes Werkzeug unter elastischer Verformung des Werkzeughalters mittels einer Betriebskraft an ein Werkstück oder dergleichen anpressbar ist, wobei der Werkzeughalter ein erstes Anschlussmittel für ein erstes Positioniermittel und eine zweites Anschlussmittel für ein zweites Positioniermittel umfasst, wobei die Anschlussmittel derart relativ zueinander am Werkzeughalter angeordnet sind, dass bei Anordnung der Positioniermittel am Werkzeughalter deren Bewegungsrichtungen im wesentlichen parallel verlaufen. Dies erleichtert die Realisierung einer erfindungsgemäßen Nachjustierung mittels einer erfindungsgemäßen Einrichtung.
  • Vorzugsweise sind beide Anschlussmittel in unmittelbarer Nähe zueinander am Werkzeughalter angeordnet und vorzugsweise sind beide Anschlussmittel in unmittelbarer Nähe der Werkzeugaufnahme des Werkzeughalters angeordnet. Zusätzlich ist derjenige Bereich des Werkzeughalters, an dem die Anschlussmittel angeordnet sind, mittels einer im wesentlichen biege- und torsionssteiferen Struktur gegenüber denjenigen Bereichen des Werkzeughalters realisiert, an denen keine Anschlussmittel vorgesehen sind.
  • Ein Anschlussmittel, welches lineare Bewegungen der Zange ermöglicht, ist zu bevorzugen, wobei das Positioniermittel an sich auch eine Rotationsbewegung durchführen kann, welche beispielsweise mittels eines mechanischen Umlenkmittels in eine Linearbewegung überführt wird. Wichtig ist, dass die Bewegung des Werkzeughalters im wesentlichen senkrecht zur Fügeebene bzw. parallel zur Haupthubbewegung geschieht.
  • Vorzugsweise wird das erfindungsgemäße Prinzip mittels einer Anlage, insbesondere einer Widerstandsschweißanlage, insbesondere Widerstands-Punktschweißanlage, umfassend eine erfindungsgemäße Einrichtung, insbesondere eine Schweißsteuerung und einen Werkzeughalter, insbesondere eine Schweißzange, mit zumindest einem Werkzeug, insbesondere mit zumindest einer Schweißelektrode, und mit Positioniermitteln, insbesondere mit einem Ausgleichsantrieb und einem Haupthubantrieb, sowie mit einem Schweißtransformator und vorzugsweise umfassend eine Robotersteuerung realisiert. Dies hat den Vorteil, dass qualitativ sehr hochwertige Fügeverbindungen herstellbar sind. Außerdem greifen auch alle anderen bereits in Verbindung mit der erfindungsgemäßen Einrichtung erläuterten Vorteile auf die Anlage durch.
  • Zum Betrieb einer erfindungsgemäßen Einrichtung bzw. einer erfindungsgemäßen Anlage wird ein Betriebsverfahren wie folgt vorgeschlagen. Die Reihenfolge der nachfolgend aufgeführten Verfahrensschritte legt nicht zwingend auch die Reihenfolge ihrer Ausführung während des Betriebes des Einrichtung/Anlage fest. Dem Verfahren liegt eine erfindungsgemäße Anlage oder eine erfindungsgemäße Einrichtung für umformtechnische Fügeprozesse zugrunde, insbesondere für Clinchen und Stanznieten, sowie für thermische Fügeprozesse, wie Widerstandspunktschweißen, Widerstandspressschweißen, Handlingprozesse, Prägeprozesse oder Schraub- und Einpressprozesse, wobei auch ein Werkzeughalter mit zumindest einem ersten Werkzeug sowie auch ein erstes und zweites Positioniermittel für den Werkzeughalter betrieben wird.
  • In einem ersten Schritt erfolgt die Positionierung des Werkzeuges unter Verwendung des ersten Positioniermittels an einem Werkstück oder dergleichen ausgehend von einer Ausgangslage (z. B. programmierte Position eines Industrieroboters) unter Berücksichtigung eines vorgebbaren Abstandes des Werkzeuges zum Werkstück. In einem weiteren Schritt erfolgt die Aufbringung einer Betriebskraft zur Anpressung des Werkzeuges an das Werkstück oder dergleichen unter Verwendung des zweiten Positioniermittels. Das zweite Positioniermittel dient daher zur Erzeugung einer Anpresskraft, welche ein Anpressen des Werkzeuges am Werkstück bewirkt. Vorzugsweise zeitgleich in einem weiteren Schritt erfolgt die Ermittlung der Verformung des Werkzeughalters unter Berücksichtigung der Betriebskraft. Die Verformung kann während des Fügevorgangs oder unabhängig davon ermittelt werden, beispielsweise im Rahmen einer temporären Prozesskontrolle oder temporären Überprüfung des Verschleißzustandes der Werkzeuge oder des Werkzeughalters. Weiter und vorzugsweise ebenfalls zur gleichen Zeit ist ein Schritt zur Nachjustierung des Werkzeughalters unter Berücksichtigung der Verformung des Werkzeughalters unter Verwendung zumindest eines Positioniermittels und unter Berücksichtigung der Betriebskraft vorgesehen sowie natürlich die Durchführung der eigentlichen Fügeaufgabe und Nachjustierung während der Fügeaufgabe.
  • Das Verfahren umfasst vorzugsweise zusätzlich noch folgende Verfahrensschritte:
    Abbau der Betriebskraft und Lösen des Werkzeuges vom Werkstück oder dergleichen unter Verwendung des zweiten Positioniermittels. Bewegung der Anordnung zurück in die Ausgangslage oder eine beliebige Zwischenposition unter Verwendung des ersten Positioniermittels, so dass ein „Freifahren” der Schweißzange ermöglicht wird. Hierdurch wird ein vollständiger Bewegungsablauf beschrieben/abgeschlossen und die nächste Fügeaufgabe vorbereitet.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren arbeitet bevorzugt derart, dass die Aufbringung der Betriebskraft unter Berücksichtigung des Fügeprozesses erfolgt. Je nach durchzuführendem Fügeprozess und damit der Höhe der Fügekraft wird demnach der Verlauf der Betriebskraft vor der Durchführung des Fügeprozesses von der Einrichtung definiert. Dies macht die Anwendung flexibel für viele Arten von Anwendungen. Die Ermittlung der Verformung des Werkzeughalters erfolgt vorzugsweise während des Betriebes, insbesondere während des Fügeprozesses oder alternativ zu einem anderen Zeitpunkt. Optional kann der Zangenausgleich auch während der gegebenenfalls mehrstufigen Fügeoperation Bewegungen ausführen, wenn dies erforderlich ist/wird.
  • Vorzugsweise erfolgt die Ermittlung einer zumindest teilweisen Verformung des Werkzeughalters unter Verwendung eines Verformungsbeschreibungsmittels, wobei das Verformungsbeschreibungsmittel die Verformungseigenschaften des Werkzeughalters unter Berücksichtigung der Betriebskraft zumindest teilweise beschreibt. Die zu erwartende Verformung ist daher im Voraus, vor der Durchführung der Fügeaufgabe durch die Einrichtung ermittelbar. Die Einrichtung kann sich somit für die bevorstehende Fügeaufgabe automatisch konfigurieren.
  • Das Verformungsbeschreibungsmittel ist vorzugsweise mittels eines mechanischen Modells des Werkzeughalters zur zumindest teilweisen Beschreibung der elastischen Verformung des Werkzeughalters realisiert. Mittels des mechanischen Modells lässt sich die zu erwartende Verformung realitätsnah abbilden. Vorzugsweise wird das Verformungsbeschreibungsmittel aus einem von dem Werkzeughalter umfassten Speichermittel von der Einrichtung ausgelesen. Es können somit unterschiedlichste mechanische Modelle verschiedener Werkzeughalter durch einfache Speicheradressierung von der Einrichtung verarbeitet werden. Alternativ kann das Speichermittel auch von der Einrichtung oder von der Anlage oder vom Werkzeughalter umfasst sein.
  • Besonders bevorzugt wird von der Einrichtung zur Nachjustierung eine Bewegung des Werkzeughalters derart bewirkt, dass die Richtung der Nachjustierbewegung im wesentlichen parallel zu der Richtung ist, in welcher die Betriebskraft wirkt. Dieser Bewegungsablauf lässt sich leicht implementieren und ist aufgrund seiner geringen Komplexität wenig störungsanfällig.
  • Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren ist das erste Positioniermittel ein erster elektrischer Antrieb, vorzugsweise umfassend einen Antriebsregler mit Servomotor, oder das erste Positioniermittel ist ein Industrieroboter oder das erste Positioniermittel ist ein pneumatischer oder servopneumatischer oder ein hydraulischer Antrieb. Das zweite Positioniermittel kann ebenfalls ein elektrischer Antrieb sein, vorzugsweise umfassend einen Antriebsregler mit Servomotor oder das zweite Positioniermittel kann ein pneumatischer oder ein servopneumatischer oder ein hydraulischer Antrieb sein. Je nach Umfeld und Anforderungen kann somit die Durchführung des Fügevorgangs auf dieses Umfeld bzw. die Anforderungen optimiert werden (z. B. Möglichkeiten der Positionserfassung, etc.). Optional kann auf das erste Positioniermittel verzichtet werden, wenn der Industrieroboter die notwendigen Ausgleichsbewegungen durchführt – vor, während und nach dem Schweißprozess. Auch in diesem Fall nutzt der Industrieroboter die im Speichermedium hinterlegten Information, die ansonsten das erste Positioniermittel verarbeiten/nutzen würde.
  • Vorzugsweise werden auch Werkstückeigenschaften des zu bearbeitenden Werkstückes berücksichtigt, insbesondere Werkstückeigenschaften, welche sich insbesondere während des Fügeprozesses verändern können, beispielsweise durch Aufschmelzen und/oder Erhitzen des Werkstückes. Es könnte somit beispielsweise eine Unterscheidung zwischen Aluminium- und Stahlschweißaufgaben von der Einrichtung berücksichtigt werden. Weiter könnte auch eine Abhängigkeit von der Werkstückstärke, beispielsweise der Gesamtblechdicke oder der Werkstückfestigkeit definiert werden.
  • Vorzugsweise werden bei der Ermittlung der mechanischen Verformung auch Werkzeugeigenschaften berücksichtigt, insbesondere Werkzeugeigenschaften, welche sich während des Fügeprozesses verändern können. Diese Veränderungsprozesse können beispielsweise verursacht werden durch das sogenannte Kappenfräsen bei Schweißelektroden, das sogenannte Setzen der Kappen unter Krafteinwirkung, oder durch den Verschleiß der Kappen. Gegebenenfalls könnte ein Verformungsmodell für die Elektrodenkappengeometrie oder vom Verschleißzustand zusätzlich verwendet werden, da sich die Arbeitsfläche sowie die Stromdichte und Flächenpressung der Elektroden von Widerstandsschweißvorrichtungen mit der Zeit ändert und dies folglich einen Einfluss auf den Elektrodeneindruck haben kann.
  • Vorzugsweise wird bei der Ermittlung des Grades der mechanischen Verformung des Werkzeughalters die mechanische Verformung zumindest eines Teilabschnittes des Werkzeughalters berücksichtigt, um auch abschnittsweisen Verformungen vorzubeugen.
  • Besonders bevorzugt wird bei der Ermittlung der mechanischen Gesamtaufbiegung des Werkzeughalters die Abmessung des Werkzeughalters vor der Aufbringung der Betriebskraft und der Grad der mechanischen Verformung zumindest eines Teilabschnittes berücksichtigt. Es kann zusätzlich auch der Grad der mechanischen Verformung des Werkstückes und dergleichen berücksichtigt werden, je nach dem wie hoch die Genauigkeitsanforderungen und damit beispielsweise die Qualitätsanforderungen sind.
  • Die Ansteuerung oder Regelung zumindest eines Positioniermittels erfolgt vorzugsweise mittels einer Druckregelung oder Drucksteuerung in Verbindung mit einer Momentenregelung oder Momentensteuerung oder einer Lageregelung oder Lagesteuerung bzw. Positionsregelung oder Positionssteuerung unter Berücksichtigung der Betriebskraft. Die Reaktionsgeschwindigkeit des Systems auf eine durchzuführende Nachjustierung kann somit erhöht werden, so dass entsprechend schnell, praktisch zeitgleich, die Bewegungen durchgeführt werden können.
  • Weiter vorteilhaft erfolgt die Ermittlung eines ersten von der Betriebskraft abhängigen und von einem ersten Positioniermittel zurückzulegenden Weges s1 und/oder eines zweiten von der Betriebskraft abhängigen und von einem zweiten Positioniermittel zurückzulegenden Weges s2. Für die Ermittlung des ersten bzw. des zweiten zurückzulegenden Weges gilt jeweils: s1 = a1 + e1 bzw. s2 = a2 + e2, wobei a1, a2 den Grad der mechanischen Verformung zumindest eines Teilabschnittes des Werkzeughalters als Funktion der Betriebskraft darstellt und wobei e1, e2 den Grad der mechanischen Verformung des Werkstückes unter Einfluss der Betriebskraft vor, während und nach dem Fügeprozess (Vorhalte-, Schweiß-, Nachhaltezeit) darstellt. Der Grad a1, a2 der mechanischen Verformung zumindest eines Teilabschnittes des Werkzeughalters und/oder der Grad e1, e2 der mechanischen Verformung des Bauteiles als Funktion der Betriebskraft wird auch unter Berücksichtigung des Verformungsbeschreibungsmittels ermittelt.
  • Die Einrichtung fragt vorzugsweise mittels einer Benutzerschnittstelle, vorzugsweise mittels einer softwaregesteuerten Bedienoberfläche, die Auswahl eines Benutzers bezüglich zumindest eines von zumindest zwei Werkzeughaltern ab und ordnet unter Berücksichtigung der Benutzereingabe einem ausgewählten Werkzeughalter ein Verformungsbeschreibungsmittel selbsttätig zu.
  • Die erfindungsgemäße Ansteuerung des Werkzeughalters durch Verarbeitung einer Art Steckbriefinformationen für einen Werkzeughalter, welche das mechanische Verhalten des Werkzeughalters beschreibt, ist bisher unbekannt und kann entscheidend die Fügequalität beeinflussen.
    • 1
    Werkzeughalter
    1a
    erster Werkzeughalterteilbereich (Werkzeughalterschenkel) mit verschiedenen (elastischen) Verformungsgraden 1a', 1a''.
    1b
    zweiter Werkzeughalterteilbereich (Werkzeughalterschenkel) mit verschiedenen (elastischen) Verformungsgraden 1b', 1b''.
    1c
    Basisabschnitt des Werkzeughalters
    1d
    Verformungsbereich
    2a
    Erstes Werkzeug, z. B. erste Schweißelektrode
    2b
    Zweites Werkzeug, z. B. zweite Schweißelektrode
    3
    Werkstück(e)
    3a
    Schweißlinse, Fügeelement, Montageergebnis
    4
    Speichermittel
    5
    Tragwerk
    5a
    Äußerer Rahmen mit n-baugleichen Platten
    5b
    Innerer Rahmen mit n-baugleichen Platten
    5c
    Strebe
    5d
    Zwischenraum
    5e
    Abstandshalter
    5f
    Erste Tragwerksebene mit n-baugleichen Tragwerksplatten, da mehrere Platten hintereinander angeordnet sein können
    5g
    Zweite Tragwerksebene mit n-baugleichen Tragwerksplatten, da mehrere hintereinander angeordnet sein können
    5h
    Bügelrücken
    6
    Gelenk, Lagerstelle
    7
    Ultraschallsender
    8
    Ultraschallempfänger
    9a
    Zangenausgleich
    9b
    Zangenkraft-/Haupthubantrieb
    10
    Identifikationsmittel
    11
    Auswahlmittel
    12
    Schweißsteuerung
    13
    Robotersteuerung
    14
    Schweißtransformator
    15
    Fachwerksstruktur
    16a, b
    Knotenbereich(e)
    17
    NA
    18
    NA
    19
    NA
    20
    Modul
    21
    Modul
    22
    Modul
    23
    Modul
    24
    Programmiermittel
    25
    Motormoment
    26
    Pleuelbewegung
    27
    Ausgleichsbewegung
    28
    NA
    29
    NA
    30
    NA
    31
    NA
    32
    NA
    33
    Federkonstante der Schweißzange bzw. des Werkzeughalters
    34a
    Anschlussmittel für Haupthub
    34b
    Anschlussmittel für Zangenausgleich
    35
    Haupthubbewegungsachse
    36
    Zangenausgleichsbewegungsachse
    37
    erstes Bezugssystem (z. B. Roboter)
    38
    zweites Bezugssystem (z. B. Schweißzange)
  • Im Rahmen der nachfolgenden Erläuterungen verwendete Symbole und Abkürzungen:
    • FB
    Betriebskraft [kN]
    d0
    Maß für das vertikale Zangenfenster ohne aufgebrachte Betriebskraft (unverformt) bzw. Maß für den Abstand zwischen den beiden Werkzeughaltebereichen (unverformt)
    d1
    Gesamtaufbiegung des Werkzeughalters unter Einwirkung der Betriebskraft; d1 = f(FB > 0 kN)
    a1
    elastische Teilaufbiegung des Werkzeughalters der bewegten Elektrode 2a unter Einwirkung der Betriebskraft; a1 = f(FB > 0 kN)
    a2
    elastische Teilaufbiegung des Werkzeughalters der feststehenden Elektrode 2b unter Einwirkung der Betriebskraft; a2 = f(FB > 0 kN)
    e1
    Elektrodeneindruck unter Einwirkung der Betriebskraft, Fügeprozess, Montageprozess; e1 = f(FB > 0 kN) auf Seiten der bewegten Elektrode 2a
    e2
    Elektrodeneindruck unter Einwirkung der Betriebskraft, Fügeprozess, Montageprozess; e2 = f(FB > 0 kN) auf Seiten der feststehenden Elektrode 2b
  • Die folgenden Figuren dienen lediglich dem besseren Verständnis der vorliegenden Erfindung, sie schränken die Erfindung nicht etwa auf die Ausführungsbeispiele ein. Die Figuren sind teilweise grob schematisch gehalten, der Effekt bzw. die Auswirkungen zum Teil deutlich vergrößert bzw. übertrieben dargestellt, um die Funktionsweisen, Wirkprinzipien, technischen Ausgestaltungen und Merkmale zu verdeutlichen. Grundsätzlich kann jede Funktionsweise, jedes Prinzip, jede technische Ausgestaltung und jedes Merkmal, welches/welche in den Figuren oder im Text gezeigt ist/sind, mit allen Ansprüchen, jedem Merkmal im Text und in den anderen Figuren, anderen Funktionsweisen, Prinzipien, technischen Ausgestaltungen und Merkmalen, die in dieser Offenbarung enthalten sind oder sich daraus ergeben, frei und beliebig kombiniert werden, so dass alle denkbaren Kombinationen dem Offenbarungsumfang der Erfindung hinzuzurechnen sind. Dabei sind auch Kombinationen zwischen allen einzelnen Ausführungen im Text, d. h. in jedem Abschnitt des Beschreibungstexts, in den Ansprüchen und auch Kombinationen zwischen verschiedenen Ausführungsbeispielen im Text, in den Ansprüchen und in den Figuren umfasst.
  • Auch die Ansprüche begrenzen bzw. limitieren nicht die Offenbarung und damit die Kombinationsmöglichkeiten aller aufgezeigten Merkmale untereinander. Alle aufgezeigten Merkmale sind explizit auch einzeln und in Kombination mit allen anderen Merkmalen der Erfindung von dieser Offenbarung umfasst.
  • 1a zeigt einen Werkzeughalter 1 mit C-förmigem Grundriss, wie er aus dem Stand der Technik bekannt ist. Der Werkzeughalter verfügt über keinen Zangenausgleich und die Bleche sind nicht fixiert. Aus der an sich einachsigen, geradlinigen Bewegung der krafteinleitenden Elektrode 2a des Werkzeughalters wird eine mehrachsige, 2-dimensionale Bewegung beider Elektroden 2a und 2b, wenn der Werkzeughalter aufbiegt (vgl. Kräfteparallelogramm). Dies führt dazu, dass im dargestellten Beispiel die Bleche aus der Ebene nach unten bzw. nach links bewegt werden und Werkzeugversätze zwischen den Elektroden auftreten.
  • Die stärkere Linie zeigt den Grundriss ohne Verformung und die schwächere Linie zeigt den Grundriss beispielhaft mit Verformung in einer möglichen Ausprägung. Die Verformung ist dadurch bedingt, dass ein im ersten Werkzeughaltebereich 1a angeordnetes Positioniermittel (Haupthub) 9b zur Annäherung eines ersten Werkzeuges 2a an das Werkstück 3 mittels dieses Werkzeuges 2a eine Kraft (FB) in senkrechter (bevorzugte, aber nicht auf diese Ausrichtung eingeschränkte) Richtung auf das Werkstück 3 ausübt. Das Werkstück 3 wird dadurch zwischen diesem Werkzeug 2a und einem in einem zweiten Werkzeughaltebereich 1b des Werkzeughalters 1 angeordneten zweiten Werkzeug 2b eingeklemmt. Aufgrund der in dieser Anordnung wirkenden Kräfte kann sich sowohl die Position des Werkstückes 3 (siehe Pfeil, beispielhafte Darstellung, aber auch andere, beliebige Bewegungen denkbar), als auch die Grundform des Werkzeughalters 1 derart verändern, dass dies Qualitätseinbußen bezüglich der Fügequalität (z. B. Einbußen bzgl. der Schweißqualität) zur Folge hat. Zudem führt ein derartiges mechanisches Verhalten des Werkzeughalters dazu, dass sich die Schäfte elastisch verformen und einseitig und damit ungünstig verformen, so dass geringere Standmengen der Werkzeuge und ein erhöhter Verschleiß der Komponenten die Folge sind
  • 1b zeigt eine ähnliche Anordnung wie 1a (es gelten die entsprechenden Aussagen auch hier), wobei hier ein spezieller Werkzeughalter 1 mit ebenfalls C-förmiger Grundform verwendet wurde. Wie in 1a fehlt in diesem Ausführungsbeispiel ein Zangenausgleich und die Bleche sind ebenfalls nicht in der Lage/Position fixiert.
  • Die an sich einachsige, geradlinige Bewegung der krafteinleitenden Elektrode 2a des Werkzeughalters bleibt im wesentlichen beim Kraftaufbau erhalten, so dass sich die Blecheebene im wesentlichen nach unten verschiebt (siehe Kräftepfeil). Aufgrund der optimierten Zangenmechanik tritt keine Schrägstellung der Werkzeuge 2a, 2b bezüglich des Werkstückes 3 auf und der Werkzeughalter verkantet nicht an der Fügestelle, weil sich das Blech frei bewegen kann. Beide Werkzeuge bleiben unabhängig von der Verformung im wesentlichen stets senkrecht zum Werkstück 3 und/oder zueinander ausgerichtet. Im Gegensatz zu dieser theoretischen Betrachtung sind in der Realität die Bleche jedoch in der Position fixiert, so dass sich die Bleche nicht wesentlich verschieben lassen bzw. diese wenig nachgeben, weil die Bauteilstrukturen oftmals sehr steif sind und die Bauteilgeometrien komplex sind – im Gegensatz zu einem ebenen Blech.
  • Die beiden in 1a und 1b gezeigten Lösungen zeigen deutlich, dass weitere Maßnahmen zur Sicherung der Qualität des Fügevorgangs und zur Vermeidung von Schäden am Werkstück 3 unerlässlich sind. Diese Maßnahmen können erfindungsgemäß durch Korrekturbewegungen eingeleitet werden, welche den gezeigten Verformungen entgegenwirken. Diese Korrekturbewegungen werden mittels eines Positioniermittels (nicht gezeigt) realisiert, welches am Werkzeughalter 1 derart angeordnet ist, dass dieser relativ zum Werkstück 3 bewegt werden kann.
  • 2 zeigt einen Werkzeughalter, welcher sich aufgrund der Betriebskraft FB gegenüber dem Werkstück 3 verkantet hat, weil die Bleche nun gegenüber den 1a bzw. 1b in der Lage fixiert sind. Analog zu den 1a und 1b fehlt auch hier der Zangenausgleich, d. h. der Werkzeughalter wird in seiner programmierten Position durch den Industrieroboter gehalten. Die Werkzeuge 2a, b sind nicht mehr senkrecht zum Werkstück 3 ausgerichtet, was beispielsweise zu Qualitätseinbußen beim Fügevorgang führen kann und es treten trotz optimierter Zangenkonstruktion Werkzeugversätze auf, die auf das Fehlen eines Zangenausgleiches zurückzuführen sind. Die Bleche sind auch nicht mehr eben, weil sich der Werkzeughalter an den gespannten Bauteilen abgestützt hat. Nicht dargestellt ist der Einfluss dieses „Verkantens” auf die elastische Verformung der Werkzeuge bzw. das Schieben des Werkzeugpunktes innerhalb der Zange und die auftretenden (Relativ-)Versätze der Elektroden.
  • 3a und 3b zeigen ebenso wie 1b einen Werkzeughalter 1 mit optimierter Zangenkonstruktion vor (3a) und nach (3b) einer Verformung, d. h. unbelastet (3a) und belastet (3b). Das sogenannte vertikale Zangenmaß d0 entspricht dem werkzeugseitigen Abstand des ersten 1a vom zweiten 1b Werkzeughalterteilabschnittes. Zur Vereinfachung wurde im vorliegenden Fall ein rechteckiges Zangenfenster zur Anschauung/Beschreibung ausgewählt – in der Praxis sind wesentlich komplexere Geometrien üblich. Mittels eines Positioniermittels (Haupthub) wird in diesem Falle eine Betriebskraft (FB) mittels des Werkzeuges 2a auf das Werkstück 3 aufgebracht. Die Höhe der Betriebskraft (FB) wird abhängig vom durchzuführenden Fügevorgang beispielsweise von einer mit dem Positioniermittel verbundenen erfindungsgemäßen Einrichtung (wie Anfangs beschrieben) abhängig vom durchzuführenden Fügeprozess gewählt, in diesem Fall abhängig von dem Schweißprozess und damit von der Material-/Blechdickenkombination. Um das erste Werkzeug 2a in Richtung des Pfeils (Richtung in die die Betriebskraft FB wirkt) auf die Oberseite des Werkstückes 3 aufzusetzen, muss vom ersten Werkzeug 2a ein Weg sE (nicht gezeigt) zurückgelegt werden. Der Vorgang des Aufsetzens der bewegten Elektrode auf das Blech ohne bereits eine Elektrodenkraft auf das Blech bzw. die Zange aufzubringen wird vielfach als „Schließhub” in der Literatur bezeichnet. Dies erfolgt unter der Annahme, dass das zweite Werkzeug 2b bereits vorzugsweise mittels eines weiteren Positioniermittels (Ausgleichshub) an der Unterseite des Werkstückes 3 in entgegen gesetzter Richtung angeordnet wurde (sogenannter Anschwimmvorgang vor dem eigentlichen Fügevorgang). Die Betriebskraft (FB) bewirkt somit ein Einklemmen des Werkstückes 3 zwischen beiden Werkzeugen 2a, 2b, so dass der Fügevorgang, beispielsweise in Form eines Schweißvorganges, unter Ausnutzung der mittels der Betriebskraft (FB) verursachten Anpresskraft am Werkstück 3 ausgeführt werden kann.
  • Mittels der Darstellung in 3a wird der Schließvorgang der Schweißzange gezeigt. Die Elektrode 2a wird durch ein Positioniermittel angetrieben auf das Werkstück 3 bewegt bis die Elektrode Kontakt mit dem Werkstück hat, d. h. die Elektrode auf der Werkstückoberfläche aufsetzt. In dieser Figur ist nur der Schließvorgang der Zange dargestellt. Eine Betriebskraft ist noch nicht aufgebracht (FB = 0 kN), so daß auch die Schweißzange unverformt dargestellt bleibt.
  • Mittels der Darstellung in 3b wird die Auswirkung der Betriebskraft (FB > 0 kN) auf die Form/elastische Verformung/Aufbiegung des Werkzeughalters 1 deutlich gezeigt. Die Betriebskraft (FB) bewirkt je nach für den Fügevorgang erforderlicher Höhe der Betriebskraft (FB) eine mehr oder weniger elastische mechanische Verformung 1a', 1b' der Werkzeughalterteilbereiche 1a, b (3a), die allgemein mit Aufbiegung bezeichnet wird. Die Bewegung der beiden Positioniermittel erfolgt dabei in entgegen gesetzter Richtung entsprechend Aktion = Reaktion. Diese mechanische Verformung 1a', 1b' der Werkzeughalterteilbereiche 1a, b bewirkt wiederum eine Veränderung bzw. Aufweitung des vertikalen Zangenmaßes von d0 auf d1. Das Maß d1 errechnet sich aus d0 + a1 + a2, wobei a1 der elastischen Aufbiegung 1a' des ersten Teilabschnittes 1a und a2 der elastischen Aufbiegung 1b' des zweiten Teilabschnittes 1b des Werkzeughalters 1 entspricht. Das Maß d1 errechnet sich näherungsweise ebenfalls aus d0 + sE(FB) – e1 – e2, wobei sE (nicht gezeigt) den Elektrodenhub (Haupthub) als Funktion der Betriebskraft beschreibt. Der für die Berechnung relevante Elektrodenhub sE beginnt jedoch erst, wenn die bewegte Elektrode auf dem oberen Blech aufsetzt und praktisch der Kraftaufbau einsetzt. Die Maße e1 und e2 beschreiben einen von der Betriebskraft und vom Fügeprozess sowie von den mechanischen Eigenschaften der Zangen oder dem Kappenzustand (Geometrie, Verschleiß, etc.) abhängigen Einsinkweg der Werkzeuge 2a, b in das Werkstück 3, wobei die Maße je Fügepunkt zum Teil deutlich voneinander abweichen können. e1 bzw. e2 können bereits beim Kraftaufbau auftreten, wenn die Elektrodenkappen – je nach Arbeitsfläche (Geometrie, Durchmesser) bzw. Verschleißzustand der Kappen und Elektrodenkraft, Werkstofffestigkeit, Beschichtung und Einzel- bzw. Gesamtblechdicke – die z. B. zu verschweißenden Bleche eines Werkstückes 3 in der Kontakt-/Flächenpresszone elastisch-plastisch verformen. Erfahrungsgemäß tritt jedoch das Elektrodeneinsinken zum größten Teil erst während des Schweißprozesses auf, wenn der zu verschweißende Werkstoff in der Kontaktzone schmelzflüssig wird und die anstehende Elektrodenkraft ein „Ausdünnen” der Fügestelle hervorruft, weil der schmelzflüssige Werkstoff an Festigkeit verliert während zeitgleich die „hohe” Elektrodenkraft und damit Flächenpressung der Elektrodenkappen auf das Schweißgut immer noch anliegt. Der mechanische Widerstand (Werkstofffestigkeit) verändert sich im Laufe des Prozesses und steht im Kräftegleichgewicht mit der anliegenden Elektrodenkraft, so dass sich das „Ausdünnen” erklären lässt.
  • In 3b ist zusätzlich der Einfluss (z. B. Einsinken der Werkzeuge 2a, b) der Betriebskraft FB auf das Werkstück 3 selbst aufgezeigt. Die Betriebskraft FB bewirkt nämlich neben der mechanischen Verformung des Werkzeughalters 1 auch eine mechanische Verformung des Werkstückes 3. Diese mechanische Verformung des Werkstückes 3 tritt zumindest an den Stellen auf, an denen die Werkzeuge 2a, b am Werkstück 3 angreifen (Eindellung). Aufgrund des Anpressdruckes dringen die Werkzeugspitzen 2a, b in das Werkstück 3 ein bzw. es findet eine Relativbewegung der Werkzeuge zueinander (aufeinander zu) während des Prozesses statt, wie beispielsweise beim Buckelschweißen. Dieser Effekt ist speziell bei Fügeprozessen zu beobachten, welche den Fügevorgang durch Erhitzung des Werkstückes 3 bewirken, beispielsweise beim Widerstandsschweißen, oder aber bei umformtechnischen Fügeprozessen wie dem Clinchen oder Stanznieten, bei denen sich der Stempel bzw. die Niet relativ auf die Matrize, d. h. das Gegenwerkzeug, zu bewegt, um den Fügepunkt umformtechnisch zu erzeugen. Der Einsinkweg der Werkzeuge 2a, b aufgrund der wirkenden Betriebskraft FB und der Materialeigenschaften des Werkstückes 3 während des Fügevorganges wurde mittels der Buchstaben e1, e2 in 3b gekennzeichnet und ist bei der Ermittlung des von den Werkzeugen 2a, b zurückzulegenden Weges sE(FB) ebenfalls zu berücksichtigen. Für die Ermittlung des vom ersten Werkzeug 2a bzw. des vom zweiten Werkzeug 2b zurückzulegenden Weges gilt: s1 = a1 + c1 bzw. s2 = a2 + e2, wobei für den zurückzulegenden Gesamtweg für eine die Verformung kompensierende Nachjustierbewegung sza = s2 gilt. Dies wird später schematisch mittels 16a und 16b angedeutet. In den 16a/b sind ebenfalls verschiedene Verformungsgrade der Werkzeughalterteilbereiche angedeutet, deren Ausmaß von der Betriebskraft FB abhängt (siehe Linien unterschiedlicher Strichstärken). Die Verformungsgrade der mechanischen Verformungen von Teilabschnitten 1a, b des Werkzeughalters 1 stellen eine Funktion der Betriebskraft FB aber auch vom mechanischen Verhalten der Schweißzange vor, während und nach dem Schweißprozess dar.
  • Die 3a und 3b zeigen auch, dass der erfindungsgemäße Werkzeughalter 1 zusätzlich ein Speichermittel 4 umfasst, in dem ein Verformungsbeschreibungsmittel für zumindest einen der Werkzeughalterteilbereiche 1a, b des Werkzeughalters 1 abgelegt ist, so dass die Grade a1, a2 der potentiellen Verformung beispielsweise mittels einer erfindungsgemäßen Einrichtung (nicht gezeigt) schon vor der eigentlichen Ansteuerung des Werkzeughalters 1 ermittelbar und abrufbar sind. Von besonderer Bedeutung ist insbesondere die Kenntnis, wie sich insgesamt die Bewegung der feststehenden Elektrode als Reaktion auf die bewegte Elektrode (Aufbringen der Elektrodenkraft = Aktion) verhält. Im vorliegenden Fall also das mechanische Verhalten des Werkzeughaltebereiches 1b. Es könnte auch ein Verformungsbeschreibungsmittel für das Werkstück 3 im Speicher 4 abgelegt sein, so dass der Grad e1, e2 der potentiellen mechanischen Verformung, verursacht durch Einsinkung eines/beider Werkzeuge(s) 2a, b am Werkstück 3, ebenfalls schon vor der eigentlichen Ansteuerung des Werkzeughalters 1 ermittelbar ist. c1 und e2 hängen beispielsweise von der Werkstofffestigkeit (niedrigfest, hochfest), vom zu verschweißenden Werkstoff (Stahl, Aluminium), von der Einzel- bzw. Gesamtblechdicke, der Arbeitsfläche (Geometrie, Durchmesser, Verschleißzustand) der Elektrodenkappen und der anliegenden Elektrodenkraft ab.
  • Die 4a–4c zeigen mögliche Realisierungsformen für das beispielsweise vom Speicher (s. auch 3a–c) am Werkzeughalter und/oder von der Einrichtung umfasste Verformungsbeschreibungsmittel, welches in diesem Beispiel die Verformung des Werkzeughalters auch mittels Feder-Kennlinien definiert. Die Kennlinien gelten zumindest im für den Schweiß- bzw. Fügevorgang relevanten Einstellbereich der Betriebskraft FB und sind insbesondere linear und/oder progressiv und/oder degressiv ausgebildet. Insgesamt wird gefördert, daß die Feder-Kennlinie in einem weiten Bereich linear ist, der das gesamte Einsatzspektrum der Schweißzange an möglichen und sinnvollen Elektrodenkräften von beispielsweise 2 bis 10 kN abdeckt. Durch diesen Sachverhalt kann der mechanische Zusammenhang aus Betriebskraft und Aufbiegung möglichst einfach beschrieben und damit auch auf einem Speichermedium abgelegt und zum Beispiel zur Verarbeitung in der Steuerung hinterlegt und für die notwendigen Zangenausgleichsbewegungen vor, während und nach dem Schweißprozess genutzt bzw. eingesetzt werden.
  • An der Ordinate des Koordinatensystems ist die Betriebskraft FB abgetragen und an der Abszisse kann eine von der Betriebskraft FB abhängige Aufbiegungskennlinie des Werkzeughalters ausgelesen werden, um die erforderlichen Zangenausgleichsbewegungen durchzuführen. Die steilere Kennlinie repräsentiert dabei jeweils eine harte Feder, die flachere Kennlinie eine weiche Feder (siehe auch 4a). Die Winkel a1 und a2 repräsentieren die Steigungen der Kennlinien, mittels welcher der Arbeitspunkt unter Berücksichtigung der Betriebskraft FB als Funktion des Weges sE linearisiert bzw. die Steigung der Kennlinie definiert wurde. Derartige Kennlinien zur Beschreibung des mechanischen Verhaltens des Werkzeughalters 1 können mittels FEM berechnet oder experimentell ermittelt werden. Diese ermittelten Daten werden dann erfindungsgemäß beispielsweise in einem Speicher abgespeichert (entspricht einem Werkzeughaltersteckbrief) und bei der Ansteuerung des Werkzeughalters verarbeitet, beispielsweise von einer erfindungsgemäßen Einrichtung. Die den Kennlinien (siehe auch 4a–4c) zugrunde liegenden Wertepaare FB/d(sE) könnten beispielsweise tabellarisch im Speicher abgelegt sein und d(sE) könnte als Funktion der in der Regel der Einrichtung bekannten Betriebskraft FB aus dem Speicher ausgelesen werden.
  • 5 zeigt einen Werkzeughalter 1, der vorzugsweise für thermische Fügeprozesse, wie beispielsweise Widerstandspunktschweißen, eingesetzt wird und hier weit verbreitet ist. Der Werkzeughalter 1 kann aber prinzipiell auch für Anlagen für umformtechnische Fügeprozesse, insbesondere Clinchen und Stanznieten, sowie Handlingsprozesse, Prägeprozesse, Schraub- und Einpressprozesse eingesetzt werden. Es ist die Seitenansicht eines Werkzeughalters 1 beispielhaft in Form einer Schweißzange (X-Zange) mit unterschiedlichen Ausführungsmöglichkeiten für die Anbindung der Elektroden 2a, 2b an die Zange 1 dargestellt. Die Werkzeughaltebereiche 1a, b sind relativ zueinander beweglich an einem Gelenk 6 angeordnet.
  • Ein Ultraschall-Sender 7 und ein Ultraschall-Empfänger 8 in Durchschallungsanordnung oder in Reflektionsanordnung ist jeweils bezüglich der Bearbeitungsstelle 3a zur Bewertung des Fügevorgangs und/oder zur Regelung des Fügevorgangs und/oder zur Steuerung des Fügevorgangs vorgesehen. Es sind weitere mögliche Positionen für die Anordnung von Ultraschall-Elementen 7, 8 gezeigt (rechteckige Umrahmungen). Die Ultraschall-Elemente sind in oder an dem Elektrodenschaft 2a, b oder oberhalb des Elektrodenschaftes 2a, b an der Schaftaufnahme des Werkzeughalters 1 angeordnet. Im Ausführungsbeispiel der 5c ist die untere Elektrode gekröpft ausgebildet. Im Ausführungsbeispiel der 5b sind beide Elektroden 2a, b gekröpft ausgebildet. Im Ausführungsbeispiel der 5a ist keine der Elektroden 2a, b gekröpft ausgebildet. Bei den gezeigten Anordnungen werden auf diese Weise gute Voraussetzungen geschaffen die Schweißlinse 3a am Werkstück 3 jeweils mit dem Ultraschall bestmöglich zu durchschallen.
  • 6 zeigt einen L-förmigen erfindungsgemäßen Werkzeughalter 1. Ein solcher L-förmiger Werkzeughalter 1 ist, wie die bereits erwähnten C-förmigen oder X-förmigen Werkzeughalter 1 auch, bei thermischen Fügeprozessen wie dem Widerstandspunktschweißen weit verbreitet, aber prinzipiell auch für Anlagen für umformtechnische Fügeprozesse, insbesondere Clinchen und Stanznieten, sowie Handlingsprozesse, Prägeprozesse, Schraub- und Einpressprozesse einsetzbar. Gegenüber den in 5 gezeigten X-förmigen Versionen besteht der wesentliche Unterschied darin, daß ein im vorliegenden Ausführungsbeispiel um 90 Grad in der Position versetztes bzw. gedrehtes Positioniermittel 9b zur Realisierung des Haupthubs eingesetzt wird. Beliebige Zwischenposition/-winkel/-anordnungen des Positioniermittels 9b in den X- bzw. L-förmigen Werkzeughaltern sind denkbar und werden je nach Anwendungsfall empfohlen. Auch von diesem Werkzeughalter 1 können Ultraschallsender 7 und Ultraschallempfänger 8 in den verschiedensten Ausprägungen umfasst sein – analog auch 5.
  • 7a zeigt die perspektivische Seitenansicht einer möglichen Realisierungsform des Werkzeughalters 1 mit einem Tragwerk 5 (Fachwerkstruktur), welche zwei übereinander angeordnete und praktisch deckungsgleiche Fachwerkebenen 5f (Teilschraffur) und 5g (Ebene teilweise durch Ebene 5f verdeckt, siehe Halbpfeil) aufweist, die in Deckung und durch einen Zwischenraum 5d in Normalerrichtung N der Fachwerkebenen beispielsweise durch Abstandsstifte 5e voneinander beabstandet und miteinander verbunden sind. Zwei oder mehrere Fachwerksebenen können praktisch auch ohne Zwischenabstand 5d direkt miteinander verbunden, beispielsweise verschraubt sein. Durch den Zwischenraum 5d sind, insbesondere im Werkzeughaltebereich 1a, b, Kabel oder Leitungen für elektrischen Strom und/oder Leitungen/Schläuche für ein Kühlfluid durchführbar. Die Fachwerkebenen 5f, g bzw. das Tragwerk 5f, g sind durch Rahmen 5a, b oder eine Vielzahl von Einzelplatten mit und ohne Zwischenabständen 5d realisiert. Die Rahmen 5a, b sind durch in einigen oder in allen Knotenbereichen 16, 16a, b angeordnete Abstandsstifte 5e miteinander verbunden, so dass sie praktisch deckungsgleich übereinander liegen. An der Stelle der gezeigten Schraffur für die obere Fachwerkebene 5f kann auch ein Abdeckblech zur Abdeckung und/oder zum Abschluss des Zwischenraums angeordnet sein. Sinngemäß wäre auf der gegenüberliegenden Seite der Fachwerkebene 5g ein derartiges Abdeckblech vorzusehen.
  • 7b zeigt eine Draufsicht auf das Ausführungsbeispiel der 7a. Dabei ist zu sehen, dass praktisch der ganze Werkzeughalter 1 aus der Fachwerk-Schichtstruktur 5a, b besteht. Ein anderes Ausführungsbeispiel mit einem massiven oder hohl abgeschlossenen und strukturell steifen Bügelrücken 5c zeigt 7c. Der Bügelrücken 5c kann dabei ebenfalls als Modul aus einem Fachwerk oder mehreren einzelnen deckungsgleichen Fachwerkebenen bestehen. Diese Variante ist in der Figur nicht dargestellt.
  • 8 zeigt eine weitere mögliche Realisierungsform für einen erfindungsgemäßen Werkzeughalter 1. Ein solcher Werkzeughalter 1 ist ebenso wie alle anderen bisher erläuterten Werkzeughalter 1 insbesondere für Anlagen für umformtechnische Fügeprozesse, insbesondere Clinchen und Stanznieten, sowie thermische Fügeprozesse wie Widerstandspunktschweißen, Handlingsprozesse, Prägeprozesse, Schraub- und Einpressprozesse vorgesehen. Der Werkzeughalter 1 ist C-förmig ausgebildet. Der Werkzeughalter 1 hat in einem hier exemplarisch hervorgehoben dargestellten oberen Abschnitt 1d eine geometrische modulare (siehe z. B. Modul 20) Fachwerkstruktur/Tragwerkstruktur 5. In der geometrischen Fachwerkstruktur/Tragwerkstruktur 5 sind Strebenelemente (Schrägstrebe/Diagonalstrebe, Längsstrebe, Querstrebe) vorgesehen, die in Knotenbereichen 16a, b miteinander starr verbunden sind. In diesen Knotenbereichen 16a, b treffen die Streben aufeinander und sind vorzugsweise einstückig und aus einem Teil gefertigt. Im unteren dargestellten Bereich 1b ist ein weiteres Modul 20 abgebildet, wobei die Ausrichtung der Diagonalstrebe im Modul 20 identisch mit der Ausrichtung der Diagonalstrebe im Modul 20 des oberen dargestellten Werkzeughaltebereich 1d ist. Die Wirkung dieser Diagonalstrebe im oberen bzw. im unteren Bereich ist jedoch jeweils eine andere, denn im unteren Bereich 1d wird die Diagonalstrebe vorzugsweise auf Druck belastet und im oberen Bereich 1d auf Zug.
  • Mittels der beiden gegenüberliegenden Werkzeughaltebereiche 1a, b sind jeweils Werkzeuge 2a, b gehalten, die im Betrieb unter elastischer Verformung – unter anderem – der Fachwerkstruktur/Tragwerkstruktur 5 mit einer Betriebskraft FB (Reaktionskraft FR) gegen ein Werkstück 3 (z. B. zwei übereinander gelegte und mittels Schweißpunkten zu verbindende Bleche) und damit praktisch gegeneinander gepresst werden. Die Werkzeuge 2a, b sind hier als Schweißelektroden 2a, b gezeigt. Sie können auch Clinchwerkzeuge, Nietwerkzeuge, Stanzwerkzeuge, Tiefzieh-Werkzeuge, Handlings-/Transportwerkzeuge, z. B. Greifer, Prägewerkzeuge, Schraubwerkzeuge, Einpresswerkzeuge oder jegliche andere Werkzeuge sein. Desgleichen können auch die Werkstücke 3 entsprechende Werkstücke 3 sein, z. B. zu clinchende Bleche 3, zu transportierende Werkstücke 3 jeglicher Art, zu prägende Bleche 3 oder andere Werkstücke 3.
  • Der in 8 gezeigte Werkzeughalter 1 weist, wie bereits im vorherigen Abschnitt erwähnt, in zumindest einem der Abschnitte 1d mehrere starr miteinander verbundene Module 20, 21, 22, 23 auf. Die Module 20 und 21 bzw. 22 und 23 sind miteinander z. B. über Schraubverbindungen oder entsprechende Stifte verbunden. Das Modul 22 ist über eine Schraubverbindung starr mit einem Basisabschnitt 1c des Werkzeughalters 1 verbunden. Der Basisabschnitt 1c entspricht praktisch dem Bügelrücken 1c des Werkzeughalters 1. – Die Module 20, 21, 22, 23 können untereinander und/oder mit dem Basisabschnitt 1c des Werkzeughalters 1 alternativ oder zusätzlich unlösbar und fest verbunden (z. B. verschweißt oder verklebt) sein. Die Fachwerkstruktur 5 ist lediglich der besseren und übersichtlicheren Darstellung halber hier nur für das Modul 20 gezeigt. Die anderen gezeugten Werkzeughaltermodule 21, 22, 23 können ebenfalls eine Fachwerkstruktur/Tragwerkstruktur 5 aufweisen, die trotz der Fachwerkstruktur besonders steif ausgelegt sein kann. Dieser Aufbau aus Fachwerkteilen ist keinesfalls einschränkend für den Anspruch dieser Erfindung/Anmeldung. Die Schnittstellen, z. B. Verbindungs- oder Anschlussstellen der Module sind durch eine angedeutete Teilschraffur repräsentiert.
  • In dem Modul 20, dessen Fachwerkstruktur/Tragwerkstruktur 5 im Detail gezeigt ist, ist die Diagonalstrebe so ausgerichtet, dass ihre Mittellinie (das ist üblicherweise die sogenannte neutrale Faser eines geometrischen Querschnittes beispielsweise unter Biegebelastung) nicht in der Mitte der Knotenbereiche 16a, b einmündet, sondern bezüglich des oberen Knotenbereiches 16a (siehe oberer Bereich 1d) unterhalb der Mitte und bezüglich des unteren Knotenbereiches 16b (siehe unterer Bereich 1d) oberhalb der Mitte des jeweiligen Knotenbereiches 16a bzw. 16b. Dadurch wird bei der Verformung unter der Betriebskraft FB durch die resultierende Fachwerkstruktur/Tragwerkstruktur 5 (gesamte Fachwerkstruktur 5 aller Module 20, 21, 22, 23 und aller Basisabschnitte 1c) ein Verformungsmoment verursacht, das auftretenden Verformungen, im wesentlichen Winkelversätzen, entgegenwirkt. Dieses Verformungsmoment resultiert aus der außermittigen oben beschriebenen Ausrichtung. Diese strukturelle, resultierende, außermittige Ausrichtung mit dem resultierenden (z. B. Dreh-) Moment führt dazu, dass eine unter der Verformung aus dem Stand der Technik bekannte entstehende Verkippung des Werkzeughaltebereichs 1a, b (siehe 1c) gegenüber der unverformten Konfiguration zumindest teilweise, vorzugsweise vollständig, kompensiert ist/wird. Ergänzend sei noch darauf hingewiesen, dass in der 8 letztlich ein modulares Bügelkonzept dargestellt ist. Durch Kombination verschiedenster Module und Werkzeuglängen der feststehenden Elektrode 2b sowie Hübe der bewegten Elektrode sind verschiedenste Geometrien an Werkzeughaltern möglich.
  • 9 zeigt grob schematisch eine erfindungsgemäße Anlage in Form einer erfindungsgemäßen Einrichtung 12, insbesondere einer Schweißsteuerung 12 vorzugsweise mit integrierten Servozangenantrieben. Es sind insbesondere dargestellt, die Schweißsteuerung 12 umfassend ein Auswahlmittel 11, ein Identifikationsmittel 10 und ein Speichermittel 4. Weiter sind abgebildet ein Schweißtransformator 14, eine Robotersteuerung 13, ein erstes Positioniermittel 9a und ein zweites Positioniermittel 9b sowie eine Schweißzange mit Werkzeughalter 1, Haltearmen 1a, b und Werkzeugen 2a, b sowie ein Werkstück 3, welches mittels der Schweißzange zu bearbeiten ist. Die Robotersteuerung 13 übernimmt eine übergeordnete Steuerung und versorgt die Schweißsteuerung 12 mit für den auszuführenden Fügevorgang spezifischen Steueranweisungen. Zusätzlich ist an der Schweißsteuerung 12 eine Programmierschnittstelle 24 vorgesehen, welche die Programmierung der Schweißsteuerung 12 ermöglicht. Mittels Antriebsumrichtern (nicht gezeigt) und Antriebsreglern (nicht gezeigt) werden die Positioniermittel 9a, 9b angesteuert und anhand von Soll- und Istwertvergleichen ausgeregelt. Das erste Positioniermittel 9a stellt in diesem Fall den Zangenausgleich und damit das Bindeglied zwischen der um das Gelenk 6 drehbaren Zange und einem Industrieroboterflansch dar. Das zweite Positioniermittel 9b stellt den Haupthubzylinder dar, mittels dessen die Betriebskraft FB beziehungsweise die Zangenkraft FB aufgebracht wird, welche für den Fügevorgang erforderlich ist. Das Positioniermittel 9a kann mittels eines mechanischen Kurbelantriebes und/oder mittels eines Linearantriebes realisiert sein. Als Werkzeughalter 1 kommen Anordnungen mit C-förmigem Grundriss ohne Gelenk 6 als auch Anordnungen mit X-förmigem oder L-förmigem Grundriss mit Gelenk 6 in Frage.
  • 10 zeigt beispielhaft die erfindungsgemäßen Abläufe für die Ansteuerung eines Zangenausgleichs 9a, wie er in allen Ausführungsformen der Erfindung verwendet wird. Die verwendeten Bezugsziffern beziehen sich teilweise auf 9. Es ist der Zusammenhang zwischen dem Motormoment in Nm (Ordinate links) und dem Kurbelwinkel des Kurbelgetriebes (Abszisse) in Grad beziehungsweise der relativen Pleuelbewegung des zugrundeliegenden Pleuel in mm (Ordinate rechts) gezeigt. In einer ersten Stufe A erfolgt das sogenannte Anschwimmen eines an der C-Zange 1 angeordneten, feststehenden Werkzeuges 2b in Form beispielsweise einer Schweißelektrode 2b an ein zu bearbeitendes Werkstück 3, d. h. die feststehende Elektrode 2b wird jetzt je nach dem zuvor gewählten Abstand zum Werkstück 3 um 0 bis 10 mm in Richtung des Werkstückes 3 bewegt und somit an das Werkstück 3 angenähert. Die Stufe A deckt letztlich die tolerierbaren Lage-/Positionstoleranzen zwischen der feststehenden Elektrode und dem gespannten Werkstück 3 ab. Im Rahmen der Stufe B wird eine Kraft FB aufgebracht, um den Schweißprozess vorzubereiten. In der Regel wird während dieses Schrittes das Werkstück 3 zwischen den zwei Werkzeugen 2a, b (Elektroden) eingeklemmt. Beispielsweise zwei Bleche könnten so zwischen den zusammengehörenden Elektroden 2a, b an der Fügestelle fixiert werden. In einem dritten Schritt C erhöht sich die effektiv wirkende Elektrodenkraft FB durch die thermische Ausdehnung des Schweißgutes zwischen den Elektrodenkappen während des Schweißprozesses, so dass sich die Elektroden 2a, b (Beispiel: bis zu 0,4 mm) voneinander weg bewegen. Hat der zu schweißende Werkstoff den schmelzflüssigen Zustand erreicht, sinkt der mechanische Werkstoffwiderstand und bei noch anliegender Elektrodenkraft sinken die Elektroden 2a, b in den Werkstoff ein, so dass sich die Elektroden 2a, 2b und die Werkzeughaltebereiche 1a, 1b wieder aufeinander zu bewegen. Wenn sich die Werkzeughaltebereiche in gleichem Maße aufbiegen, kann eine Zangenausgleichsbewegung im Schritt C entfallen. Wenn die Steifigkeit des Werkzeughalters zwischen den Werkzeughaltebereichen der feststehenden und der bewegten Elektrode stark unterschiedlich ist, muss auch in C eine entsprechende Ausgleichsbewegung stattfinden. In der Regel ist diese Ausgleichsfunktion jedoch nicht erforderlich.
  • In einem vierten Schritt D erfolgt eine Reduzierung der Kraft FB nach der Durchführung des Fügeprozesses durch Bewegung der Werkzeuge 2a, b in gegenüber der in den Schritten B und C angedeuteten Bewegungsrichtung um 0 bis 10 mm. Im Schritt E erfolgt das sogenannte Freischwimmen der Zange (Entgegengesetzter Vorgang zu Schritt A, dem sogenannten Anschwimmen). Das Maß X steht stellvertretend für die in diesem Beispiel geforderte Gesamtzangenausgleichsbewegung (Pleuelbewegung), welche in diesem Beispiel mittels einer relativen Pleuelbewegung im Bereich zwischen 0 und zirka 40 mm realisiert wurde. Die Kurve 25 zeigt dabei den Verlauf des Motormomentes abhängig vom Kurbelwinkel (Abszisse) und die Kurve 26 zeigt die Pleuelbewegung abhängig vom Kurbelwinkel während der Verfahrensschritte A bis E. Der Ausgleichsweg, den die Zange vollführt, stimmt annähernd mit dem Verlauf der Kurve 26 überein, hängt aber wesentlich vom geometrischen Einbau und Wirkungsgrad/-bereich des Antriebes ab. Mit dem Doppelpfeil in 10 werden die Bewegungen des Zangenausgleiches während der gesamten Stufen des Schweißprozesses angedeutet, d. h. alle notwendigen Bewegungen vor, während und nach dem Schweißprozess werden auf Basis dieser charakteristischen Kennlinie durchgeführt.
  • 11 zeigt ebenfalls ein Diagramm bezüglich der Ansteuerung des Zangenausgleichs, aus dem ersichtlich ist, dass mittels einer Lageregelung des Haupthubs 9b (9) über Positionssollwerte die Betriebskraft FB einstellbar ist. Dabei wurde das Aufbiegeverhalten des Werkzeughalters 1 unter Einfluss der Betriebskraft FB mittels der Annahme visualisiert, dass das Aufbiegeverhalten mit Hilfe einer Federkonstanten 33 abhängig von der Betriebskraft beschrieben werden kann (siehe auch 4a–4c). Die Federkonstante 33 korreliert im vorliegenden Beispiel als Proportionalitätsfaktor für die Aufbiegung des Werkzeughalters 1 mit der Betriebskraft FB. Bei einer linearen Feder ist der in 11 gezeigte Anstieg der Kraft konstant. Mit zunehmendem Positionssollwert erhöht sich die Betriebskraft FB annähernd linear, wobei die Federkonstante 33 annähernd (bis auf den letzten Abschnitt zwischen 176 und 177 mm) unverändert bleibt. Mittels eines bekannten Positionssollwerte ist es damit möglich indirekt auch auf die Betriebskraft FB zu schließen. Diese Zusammenhänge könnten bei einer Ansteuerung des Zangenausgleichs 9a mittels der erfindungsgemäßen Einrichtung 12 berücksichtigt werden. Im vorliegenden Beispiel zeigt die Abflachung der Federkonstanten 33 ab einem Positionssollwert von 176 mm, dass bei höheren Kräften (hier ab c. a 3,2 kN) der Zusammenhang zwischen Betriebskraft FB und Aufbiegung nicht mehr rein linear ist, weil die Elektroden nicht mehr senkrecht aufeinander stehen und bei der vorliegenden Zange Winkel- und Lateralversätze der Elektroden auftreten. Von der ursprünglich senkrecht wirkenden Elektrodenkraft, die theoretisch zu 100% für den Schweißprozess und die Widerstandsbeeinflussung zur Verfügung stehen, sind jetzt Verluste zu berücksichtigen, weil Querkräfte auftreten und die Elektrodenschäfte anfangen zu schieben, d. h. die programmierte Elektrodenkraft steht nicht zu 100% zum Schweißen zur Verfügung.
  • 12 zeigt einen erfindungsgemäßen Werkzeughalter 1 mit einem ersten Mittel 34b zum Anschluss eines ersten Positioniermittels (z. B. Ausgleichsantrieb) und/oder zur Führung des Werkzeughalters 1, wenn er mittels des ersten Positioniermittels (nicht gezeigt) bewegt wird. Weiter ist gezeigt ein zweites Mittel 34a zur Anordnung eines zweites Positioniermittels 9b (z. B. Haupthubantrieb) am Werkzeughalter 1 zur Positionierung eines vom Werkzeughalter 1 umfassten Werkzeuges 2a. Beide Mittel 34a, b sind derart relativ zueinander am Werkzeughalter 1 angeordnet, dass die Bewegungsrichtung (siehe Doppelpfeil) zumindest eines mittels des zweiten Positioniermittels 9b positionierbaren Werkzeuges 2a im wesentlichen parallel zu der Bewegungsrichtung des mittels des ersten Positioniermittels (nicht gezeigt) positionierbaren Werkzeughalters 1 verläuft. Die Beabstandung L zwischen dem ersten und dem zweiten Mittel 34a, b wurde möglichst gering gewählt, so dass beide Mittel 34a, b unmittelbar zueinander benachbart am Werkzeughalter 1 angeordnet sind. Der Werkzeughalter 1 ist in Abhängigkeit von der mittels des zweiten Positioniermittels 9b aufbringbaren Betriebskraft FB mittels des ersten Positioniermittels (nicht gezeigt) nachführbar. Dies verhindert, dass der Werkzeughalter 1 am Werkstück 3 (nicht gezeigt) aufgrund der auftretenden Kräfte und elastischen Verformungen im Werkzeughalter 1 am Werkstück „verspannt” (vgl. 2), was zu schlechten Ausgangsbedingungen für den Fügeprozess führen könnte (z. B. Schweißspritzer, etc.). Das Abstandsmaß L wurde aus dem Grunde möglichst gering gewählt, dass Bewegungen des mittels des Haupthubs 9b bewegten Werkzeuges 2a und eine in vielen/allen Prozessstufen der Haupthubbewegung entgegen gesetzte und mittels des Mittels 34b geführte Bewegung des Werkzeughalters 1 im wesentlichen parallel zueinander verlaufen. Als weitere notwendige Maßnahme muss der Bereich zwischen den beiden genannten Achsen möglichst biege- und torsionssteif ausgelegt werden, um die parallele Ausrichtung in allen Phasen und Belastungen – abhängig von der Betriebs- und Gewichtskraft der Zange sowie der Orientierung der Zange (Gewichtskrafteinfluss der Zange bei unterschiedlichen Orientierungen im Raum) im Raum aufrechtzuerhalten. Diese Bewegungen verlaufen vorzugsweise entlang der Achsen 35, 36, so dass keine bzw. vergleichsweise kleine Momente in diesen im wesentlichen für die Ausgleichsbewegungen relevanten Konstruktionsbereichen auftreten. Dieses Kriterium sollte insbesondere beim Anschwimmen an ein Werkstück (nicht gezeigt) und beim Kraftaufbau, also in den für den Schweißprozess und die Qualität relevanten Phasen, erfüllt sein.
  • Dass die Bewegungsachsen 35, 36, welche den Bewegungsrichtungen des Hauptantriebs 9b und des Ausgleichantriebs (nicht gezeigt) zugrunde liegen, auch während des Betriebes im wesentlichen parallel zueinander ausgerichtet bleiben, wird zum einen dadurch bewirkt, dass die Mittel 34a, b in unmittelbarer Nähe zueinander am Werkzeughalter 1 angeordnet sind und zum anderen dadurch, dass der Werkzeughalter 1 in dem Bereich, in dem die Mittel 34a, b angeordnet sind, eine biege- und torsionssteifere Struktur gegenüber derjenigen Bereiche des Werkzeughalters 1 aufweist, an denen keine Mittel 34a, b vorgesehen sind. Die biegesteife Struktur des Werkzeughalters 1 in diesem Bereich verhindert in erster Linie eine Verformung des Werkzeughalters 1, welche den Betrieb und den Fügevorgang ungünstig beeinflussen könnte. Die durch die Betriebskraft FB bedingte und in gewissem Rahmen auch gewünschte Verformung (= Aufbiegung) des Werkzeughalters 1 findet in der restlichen und weniger steifen Rahmenstruktur statt.
  • Mögliche Bereiche der Rahmenstruktur, in denen die Mittel 34a, b am Werkzeughalter 1 angeordnet werden können, sind in 12 durch Buchstaben A bzw. C dargestellt. In B kann alternativ das Positioniermittel 9a angeflanscht werden. Die Anbindung des Positioniermittels 9a im Bereich A oder C ist gegenüber einer Anbindung im Bereich B oder gegenüber irgendwelchen Zwischenpositionen vorzuziehen, da die Verhältnismäßigkeit aus starren/steifen und elastisch verformbaren Bereichen des Werkzeughalters 1 bei Anbindung im Bereich der Werkzeughaltebereiche für die Funktion am vorteilhaftesten ist. Die Anbindung im Bereich A ist gegenüber einer Anbringung im Bereich C vorzuziehen, weil bei Anordnung des Positioniermittels 9a (Ausgleichszylinder) im Bereich C auf beiden Elektrodenseiten und damit an beiden Werkzeughalten jeweils eine Störkontur durch das erste bzw. das zweite Positioniermittel entstehen kann, so dass in vielen Fällen deutliche Zugänglichkeitsprobleme am Fügeflansch entstehen. Bei der Anbindung ist das mechanische Verhalten des Werkzeughalters 1 in Abhängigkeit von der Betriebskraft FB und zusätzlich der jeweilige gewählte Bereich A, B, C für die Anbindung zu berücksichtigen.
  • Besonders vorteilhaft ist eine Anordnung der Mittel 34a, b im Bereich A bei extrem gering gewähltem Abstand L und möglichst steifer Struktur des Werkzeughalters 1 innerhalb dieses Bereiches. Es besteht dann ein unmittelbarer linearer Zusammenhang zwischen dem vom Werkzeug 2a (z. B. Haupthub) zurückgelegten Weg sE(FB) und der zur Erzielung des erfindungsgemäßen Effektes erforderlichen Korrekturbewegung mittels eines Positioniermittels (z. B. Zangenausgleich). Die Ideallösung wäre, wenn sich bei L = 0 mm die beiden Werkzeugachsen praktisch deckungsgleich auf einer Linie befinden bzw. die Positioniermittel Bewegungen entlang der gleichen Achse ausführen – aber in umgekehrter Richtung.
  • Die 13a/b zeigen die Ausgangssituation der aus 12 bekannten Anordnung im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens. Es sei nochmals auf die im wesentlichen parallelen Achsen der Haupthubbewegungsrichtung 35 und der Werkzeughalterbewegungsrichtung 36 hingewiesen. Die Werkzeughalterbewegung erfolgt mittels eines linearen Ausgleichshubs, welcher mittels eines Linearantriebes (13b) oder eines Kurbeltriebes (13a) realisiert sein kann. Lediglich die Lagerung des Werkzeughalters 1 muss derart realisiert sein, dass diese eine im wesentlichen lineare und geradlinige Bewegungen des Werkzeughalters 1 entgegen der Haupthubbewegungsrichtung 35 ermöglicht. Das erste Bezugssystem 37 ist durch eine Vorrichtung repräsentiert, welche den Werkzeughalter 1 trägt, beispielsweise ein Roboter 37 oder eine Werkzeughalterlagerung 37 bei stationären Werkzeughaltern 1. Das zweite Bezugssystem 38 ist durch den Werkzeughalterausgleichsanschluss repräsentiert. Zwischen beiden Bezugssystemen findet eine im wesentlichen lineare Relativbewegung entlang der Werkzeughalterausgleichsbewegungsachse 36 statt. Die in diesem Beispiel erforderliche notwendige Werkzeughalterausgleichsbewegung findet in entgegen gesetzter Richtung zu der mittels des Haupthubs 9b bewirkten Bewegungsrichtung statt. Dies ist bedingt dadurch, dass nur das erste Werkzeug 2a bewegt wird und das zweite Werkzeug 2b starr bleibt, wodurch der Werkzeughalterarm aufbiegt.
  • Eine Robotersteuerung könnte beispielsweise die Bewegung der Schweißzange im Raum von einem Schweißpunkt zum nächsten Schweißpunkt oder zu einer Zwischen-/Endposition übernehmen. Zusätzlich könnte eine Schweißsteuerung vor, während und unmittelbar nach dem Schweißprozess die Ansteuerung des Zangenausgleiches übernehmen. Die 14a und 14b sowie 14c und 14d stellen zwei Beispiele für Werkzeughalteranordnungen in Form von Schweißzangen dar und wie der erste verfahrenstechnische Schritt, das sogenannte „Anschwimmen” an ein Werkstück 3, realisiert werden könnte. 14a zeigt, dass für die programmierte Position P0 zwischen dem Werkstück 3 und der feststehenden Elektrode 2b ein gewisser Abstand (hier < 1 mm) gewählt wurde. Die feststehende Elektrode 2b wird hierbei am zu verschweißenden Werkstück 3 von einer entsprechenden Steuerung (nicht gezeigt) positioniert.
  • Die programmierte Position P0 ist definiert durch den Abstand, gemessen von der dem Werkstück 3 zugewandten Elektrodenspitze der feststehenden Elektrode 2b bis zur Werkstückoberfläche, wobei der Abstand entlang derjenigen Elektrodenachse gemessen wird, welche senkrecht zum Werkstück 3 ausgerichtet ist. 14d zeigt eine wesentlich großzügigere Handhabung der programmierten Position P0. P0 wurde hier im Bereich zwischen 1 mm und 10 mm angesetzt. Die feststehende Elektrode 2b wird in einer Entfernung wie oben jedoch zwischen 1 und 10 mm von dem zu bearbeitenden Werkstück 3 mittels der Schweißsteuerung (nicht gezeigt) positioniert. Die Position P0 ist zunächst variabel mittels der Steuerung von einem Benutzer vorgebbar. P0 ist aufgrund von Bauteiltoleranzen, dem Verschleißzustand der Elektrodenkappen und aus sonstigen Gründen von Punkt zu Punkt unterschiedlich und unterscheidet sich sowohl innerhalb eines Bauteiles aber auch über verschiedene Bauteile und wird in der Regel nach kundenspezifischen Vorgaben gewählt. Hiermit erklärt sich auch die Notwendigkeit zu der sogenannten Anschwimmfunktion. Die Funktion dient dazu unabhängig von allen Lage- bzw. Positionstoleranzen gute, gleichbleibende Voraussetzungen für den anschließenden Schweißprozeß zu erreichen. Alle weiteren Bewegungen des Zangenausgleiches werden von der Schweißsteuerung selbst vorgenommen. Die Länge der Pfeile in den 14b bzw. 14d repräsentieren die durchgeführte kleinere (siehe 14b) bzw. größere (siehe 14d) Anschwimmbewegung passend zu den 14a (P0 klein) bzw. 14c (P0 groß).
  • Ein weiterer verfahrenstechnischer Schritt, das sogenannte „Schließen” des Werkzeughalters 1, wird mittels 15 erläutert. Unter „Schließen” versteht man den Vorgang des Zusammenführens beider Elektroden 2a, b, bis diese auf das Werkstück 3 auftreffen. Während dieses Schrittes ist zunächst keine weitere Zangenausgleichsbewegung oder Zangennachführung relativ zum Werkstück 3 erforderlich. Die vom Haupthub 9b aufgebrachte Betriebskraft, die entlang der Elektrodenachse bzw. der Haupthubbewegungsachse 35 im wesentlichen senkrecht auf das Werkstück 3 mittels der beweglichen ersten Elektrode 2a einwirkt, ist in diesem Beispiel im wesentlichen noch Null. Die zweite der ersten Elektrode 2a gegenüberliegende Elektrode 2b ist ebenfalls auf dieser Achse 35 angeordnet. Das Werkstück 3 wird somit praktisch zwischen beiden Elektroden 2a, b fixiert bzw. „eingeklemmt”. Die mittels des Haupthubs 9b erzeugte Betriebskraft ist dabei so gewählt, dass sich das Maß für das vertikale Zangenfenster d0 im wesentlichen nicht ändert. Das bedeutet, es findet weder eine Aufbiegung des Werkzeughalters 1, noch ein Elektrodeneindruck am Werkstück 3 statt, somit sind a1 = a2 = e1 = e1 im wesentlichen identisch mit Null (vergleiche 3a, b) und es gilt d1 = d0.
  • Die 16a und 16b zeigen einen weiteren Verfahrensschritt, nämlich den Aufbau der erforderlichen Betriebskraft FB mittels des Haupthubs 9b in Abhängigkeit von der Fügeaufgabe. In 16a ist die Betriebskraft FB etwas größer als Null gewählt (kleine Betriebskraft, kurzer Pfeil, Beispiel 2 kN). Diese Konfiguration dient zur Bearbeitung von dünnen Werkstücken 3 (z. B. dünne Bleche 3 mit Einzelblechstärken von beispielsweise 0,8 mm). Der Werkzeughalter 1 biegt sich nur geringfügig auf. Die obere Aufbiegung a1 des Werkzeughalters 1 während des Fügeprozesses auf Seiten der bewegten Elektrode 2a unter Einwirkung der Betriebskraft FB und die untere Aufbiegung a2 des Werkzeughalters während des Fügeprozesses auf Seiten der feststehenden Elektrode 2b unter Einwirkung der Betriebskraft FB ist demgemäß klein. Auch der Elektrodeneindruck e1 während des Fügeprozesses auf der Seite der bewegten Elektrode 2a unter Einwirkung der Betriebskraft FB und der Elektrodeneindruck e2 während des Fügeprozesses auf Seite der feststehenden Elektrode 2b unter Einwirkung der Betriebskraft FB sind verhältnismäßig gering, weil bei dünnen Gesamtblechdicken deutlich weniger Werkstoff zum Aufschmelzen zur Verfügung steht, die Kräfte gering sind und die eingebrachte Energie zur Erzeugung des Schweißpunktes geringer ist als bei dickeren Gesamtblechdicken, die mit höheren Elektrodenkräften in längeren Schweißzeiten verschweißt werden. Trotz relativ geringer Betriebskraft FB ist eine Aufbiegung des Werkzeughalters 1 während des Fügeprozesses insgesamt unter Einwirkung der Betriebskraft FB messbar, wobei nun konsequenterweise gilt: d1 ungleich d0.
  • In 16b ist die Betriebskraft FB (zum Beispiel 5,5 kN) größer als im Beispiel der 16a gewählt (längerer Pfeil FB). Diese Konfiguration dient zur Bearbeitung von dickeren Werkstücken 3 (z. B. dickere Bleche 3 mit beispielsweise Einzelblechstärken von 3 mm). Der Werkzeughalter 1 biegt sich relativ zu der in 16a betrachteten Momentaufnahme annähernd um den Faktor zwei stärker auf. Die obere Aufbiegung a1 des Werkzeughalters 1 während des Fügeprozesses auf Seiten der bewegten Elektrode 2a unter Einwirkung der Betriebskraft FB und die untere Aufbiegung a2 des Werkzeughalters 1 während des Fügeprozesses auf Seiten der feststehenden Elektrode 2b unter Einwirkung der Betriebskraft FB ist demgemäß groß. Auch der Elektrodeneindruck e1 während des Fügeprozesses auf Seiten der bewegten Elektrode 2a unter Einwirkung der Betriebskraft FB und der Elektrodeneindruck e2 während des Fügeprozesses auf Seiten der feststehenden Elektrode 2b unter Einwirkung der Betriebskraft FB sind verhältnismäßig groß. Insbesondere wegen der hohen Betriebskraft FB ist eine Aufbiegung des Werkzeughalters beim Fügeprozeß insgesamt unter Einwirkung der Betriebskraft bzw. des Schweißprozesses auch hier messbar, wobei auch hier gilt: d1 ungleich d0.
  • Das Maß der Aufbiegung des Werkzeughalters a1, a2 ist u. a. wesentlich abhängig von der Betriebskraft FB und legt fest, wie stark der Werkzeughalter 1 mittels eines Zangenausgleiches unter Berücksichtigung der Betriebskraft FB zur Kompensation der Aufbiegung nachgeführt werden bzw. in seiner Lage korrigiert werden muss, damit der Werkzeughalter 1 am Werkstück 3 nicht „verspannt” (vgl. 2). Die Nachteile einer solchen „Verspannung” wurden bereits ausführlich im Vorfeld diskutiert. Wird a1, a2 beispielsweise durch eine erfindungsgemäße Einrichtung zur Ansteuerung eines erfindungsgemäßen Werkzeughalters erfindungsgemäß während des Fügeprozesses ermittelt, so kann eine Korrektur mittels des Zangenausgleichs (nicht gezeigt) gesteuert durch die erfindungsgemäße Einrichtung leicht vorgenommen werden. Es wäre prinzipiell auch möglich den Elektrodeneindruck e1, e2 bei dieser Ansteuerung zusätzlich noch zu berücksichtigen. Der erste Elektrodeneindruck e1 kann dabei vom zweiten Elektrodeneindruck e2 abweichen und müsste ebenso wie die erste und zweite Aufbiegung a1, a2 abhängig von der Betriebskraft FB und dem verwendeten Material des Werkstückes 3 erfindungsgemäß für eine Einrichtung beispielsweise aus einem Speicher abrufbar sein. Eine Nachführung des Werkzeughalters könnte dann auch unter zusätzlicher Berücksichtigung des Elektrodeneindrucks e1, e2 erfolgen – wenn der Einfluß auf die Schweißpunktqualität zu groß ist und eine entsprechende Reaktion des Zangenausgleiches erforderlich wäre. Allgemein sind die Elektrodeneindrücke e1, e2 sehr klein im Vergleich zu den Aufbiegungen a1 und a2 der Werkzeughaltebereiche, so dass auf eine entsprechende (zusätzliche) Reaktion des Zangenausgleiches unter Umständen verzichtet werden kann.
  • Als weiterer Verfahrensschritt wäre der Abbau der Betriebskraft FB auf Null kN zu nennen. Dies ist in 17 gezeigt. Sinngemäß unterscheiden sich die Bewegungsrichtungen der Elektrode 2a beim Kraftabbau vom Kraftaufbau und die Betriebkraft FB wird von der eingestellten, anliegenden Elektrodenkraft für den gerade beendeten Schweißprozess auf 0 kN entlastet. Durch den Pfeil wird angedeutet, dass es sich bei der Entlastung des Rahmens um eine entgegengesetzte Bewegung des Haupthubes handelt – vgl. zuvor (16a, b), so dass ein Kraftabbau bzw. eine Rücknahme der Aufbiegung des Werkzeughalters 1 erfolgt, indem die am Haupthub 9b angeordnete Elektrode 2a wieder in Richtung ihrer Ausgangslage bewegt wird. Dieser sogenannte „Rückhub” des Haupthubs 9b ist in 18 gezeigt (Schweißvorgang beendet). Dieser Zustand ist beispielsweise auch dadurch gekennzeichnet, dass die Aufbiegung d1 des Werkzeughalters 1 im wesentlichen Null ist und wieder dem Maß für das vertikale Zangenfenster d0 entspricht. Die elastisch gespeicherte Aufbiege/Federarbeit beim Kraftaufbau wird jetzt umgekehrt, bis keine Federarbeit mehr im Rahmen gespeichert ist. In einem letzten Schritt gemäß 19 wurde die feststehende zweite Elektrode 2b vom Schweißpunkt am Werkstück 3 (nicht mehr gezeigt) wegbewegt, so dass sich der Werkzeughalter 1 wieder in seiner Ausgangslage, d. h. der ursprünglich vor dem Schweißen programmierten Industrieroboterposition befindet. Ab jetzt übernimmt wieder die Steuerung (z. B. Robotersteuerung) die Koordination der Bewegungsabläufe des Zangenausgleiches und eine Schweißsteuerung kann die Schweißzange in dieser Position bis die nächste Fügestelle angefahren wird und der nächste Anschwimmvorgang eingeleitet wird fixieren.
  • Es wird ausdrücklich empfohlen dieses erfindungsgemäße Konzept mit den in den Patentanmeldungen DE 10 2007 020 167 und DE 10 2007 020 166 dargestellten fachwerkartigen bzw. modulartig realisierten Werkzeughaltern zu kombinieren bzw. derartige Werkzeughalter zusammen mit einer in dieser Beschreibung erläuterten Einrichtung/Anlage zu gemäß dem erfindungsgemäßen Betriebsverfahren zu betreiben. Außerdem wird ausdrücklich empfohlen das erfindungsgemäße Prinzip bei Werkzeughaltern beliebigen Grundrisses, insbesondere jedoch bei Werkzeughaltern, insbesondere Schweißzangen mit C-, oder X-, oder L-förmigem Grundriss anzuwenden. Alle Erläuterungen bezüglich der Figuren, welche Werkzeughalter mit C-förmigen Grundrissen betreffen, können sinngemäß auch auf Werkzeughalter mit anderen Grundrissformen übertragen werden.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Claims (49)

  1. Einrichtung (12) zum Betrieb einer Anlage für umformtechnische Fügeprozesse, insbesondere Clinchen und Stanznieten sowie Widerstandspunktschweißen, Widerstandspressschweißen, Handlingprozesse, Prägeprozesse oder Schraub- und Einpressprozesse, mittels welcher Einrichtung (12) auch ein von der Anlage umfasster Werkzeughalter (1) mit einem Werkzeug (2a, b), insbesondere ein Werkzeughalter (1) nach einem der Ansprüche 11 bis 28, mittels zumindest eines ersten Positioniermittels (9a) in seiner Lage relativ zu einem Werkstück (3) oder dergleichen änderbar ist, und mittels welcher Einrichtung (12) das Werkzeug (2a, b) an das Werkstück (3) mittels des Werkzeughalters (1) unter elastischer Verformung desselben mittels eines zweiten und ebenfalls von der Anlage umfassten Positioniermittels (9b) zur Beeinflussung der Betriebskraft (FB), welche eine Anpressung des Werkzeuges (2a, b) an das zu bearbeitende Werkstück (3) bewirkt, anpressbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung (12) derart ausgebildet ist, dass eine zumindest teilweise elastische Verformung des Werkzeughalters (1), insbesondere die Aufbiegung des Werkzeughalters (1), nach Maßgabe eines ersten Verformungsbeschreibungsmittels ermittelbar ist, wobei das Verformungsbeschreibungsmittel die Verformungseigenschaften des Werkzeughalters (1) unter Berücksichtigung der Betriebskraft (FB) zumindest teilweise beschreibt.
  2. Einrichtung nach Anspruch 1, wobei das Verformungsbeschreibungsmittel ein mechanisches Modell des Werkzeughalters (1) beschreibt.
  3. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei auch die während eines Fügeprozesses verursachte elastische Verformungen des Werkstückes (3), insbesondere nach Maßgabe eines zweiten Verformungsbeschreibungsmittel für das Werkstück (3), welches insbesondere ein mechanisches Modells des Werkstückes (3) beschreibt, ermittelbar ist.
  4. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Verformungsbeschreibungsmittel auf der Finite-Elemente-Methode (FEM) oder auf einer experimentellen Ermittlung beruht.
  5. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Verformungsbeschreibungsmittel auch mittels einer Zuordnungstabelle definiert ist, welche auch die Betriebskraft (FB) und eine der Betriebskraft (FB) mittelbar oder unmittelbar zuordenbare zumindest teilweise mechanische Werkzeughalterverformung beschreibt.
  6. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Verformungsbeschreibungsmittel von der Einrichtung (12) umfasst ist, insbesondere mittels eines von der Einrichtung umfassten Speichermittels (4).
  7. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei diese derart ausgebildet ist, dass zumindest ein Positioniermittel (9a, b) unter Berücksichtigung der aktuellen Lage des Werkzeughalters (1) und der ermittelten Verformung des Werkzeughalters (1) derart ansteuerbar ist, dass diese Verformung zumindest teilweise kompensierbar ist.
  8. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Verformungsbeschreibungsmittel die Verformung des Werkzeughalters (1) mittels einer Kennlinie, zumindest im für die zu berücksichtigende Betriebskraft relevanten Bereich, beschreibt, insbesondere mittels einer linearen und/oder progressiven und/oder degressiven Kennlinie, wobei insbesondere das Ausmaß der elastischen Verformung zumindest teilweise auch anhand der Kennlinie ableitbar ist.
  9. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei diese auch ein Identifikationsmittel (10) umfasst, mittels dessen insbesondere nach Maßgabe des ersten Verformungsbeschreibungsmittels der Werkzeughalter (1) identifizierbar ist.
  10. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei diese ein Mittel (11), vorzugsweise eine softwaregesteuerte Bedienoberfläche, welche mittels eines Anzeigemittels dargestellt wird, zur Auswahl eines Werkzeughalters (1) aus zumindest zwei Werkzeughaltern (1) umfasst, wobei unter Berücksichtigung der Auswahl vorzugsweise selbsttätig einem ausgewählten Werkzeughalter (1) ein Verformungsbeschreibungsmittel zuordenbar ist.
  11. Werkzeughalter (1) für umformtechnische Fügeprozesse, insbesondere Clinchen und Stanznieten, sowie thermische Fügeprozesse wie Widerstandspunktschweißen, Widerstandspresschweißen, Handlingprozesse, Prägeprozesse oder Schraub- und Einpressprozesse, wobei zumindest ein am Werkzeughalter (1) angeordnetes Werkzeug (2a, b) unter elastischer Verformung des Werkzeughalters (1) mittels einer Betriebskraft (FB) an ein Werkstück (3) oder dergleichen anpressbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass ein Verformungsbeschreibungsmittel für den Werkzeughalter (1) umfasst ist, insbesondere mittels eines vom Werkzeughalter (1) umfassten Speichermittels (4), mittels dessen eine zumindest teilweise elastische Verformung des Werkzeughalters (1), insbesondere die Aufbiegung des Werkzeughalters (1), insbesondere unter Verwendung einer Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 10, ermittelbar ist, wobei das Verformungsbeschreibungsmittel die Verformungseigenschaften des Werkzeughalters (1) unter Berücksichtigung der Betriebskraft (FB) zumindest teilweise beschreibt.
  12. Werkzeughalter nach Anspruch 11, wobei das Verformungsbeschreibungsmittel ein mechanisches Modells des Werkzeughalters (1) beschreibt, welches derart realisiert ist, dass auch die mittels der Betriebskraft (FB) verursachte Verformung zumindest eines vom Werkzeughalter (1) umfassten Teilabschnittes (1a, b) ermittelbar ist.
  13. Werkzeughalter nach einem der vorhergehenden Ansprüche 11 bis 12, wobei dieser modular (20, 21, 22, 23) aufgebaut ist und zumindest eine steife Bügelstruktur im Bügelrücken aufweisen kann.
  14. Werkzeughalter nach einem der Ansprüche 11 bis 13, welcher zumindest abschnittsweise eine geometrische Fachwerkstruktur mit Knotenbereichen (16a, b) aufweist, in denen Strebenelemente (5a, b, c) der Fachwerkstruktur starr miteinander verbunden sind, und welcher einen Werkzeughaltebereich (1a, b) aufweist, an dem ein Werkzeug (2a, b) anordenbar ist, welches im Betrieb unter elastischer Verformung der Fachwerkstruktur des Werkzeughalters (1) mit einer Betriebskraft (FB) gegen ein Werkstück (3) oder dgl. anpressbar ist, wobei der Werkzeughalter (1) in zumindest einem Teilbereich (1a, b) eines elastisch zu verformenden Bereichs der Fachwerkstruktur zumindest zwei starr miteinander und/oder mit Basisabschnitten (1c) des Werkzeughalters (1) verbundene Module (20, 21, 22, 23) aufweist, wobei der Werkzeughalter (1) mit den verbundenen Modulen (20, 21, 22, 23) vorzugsweise insgesamt praktisch eigensteif ausgebildet ist.
  15. Werkzeughalter nach Anspruch 14, wobei dieser mit den verbundenen Modulen (20, 21, 22, 23) eine derartige, resultierende Fachwerkstruktur aufweist, dass bezüglich zumindest eines Knotenbereiches (16a, b) zumindest eine Mittellinie oder ein Abschnitt einer Mittellinie eines in diesen Knotenbereich (16a, b) einmündenden Strebenelementes (5a, b, c) außermittig bezüglich des Knotenbereiches (16a, b) ausgerichtet ist und/oder der Schnittpunkt der Mittellinien oder von Abschnitten der Mittellinien zumindest zweier in diesen Knotenbereich (16a, b) einmündender Strebenelemente (5a, b, c) außermittig bezüglich des Knotenbereiches (16a, b) angeordnet ist, so dass die strukturelle, resultierende außermittige Ausrichtung der geometrischen Strukturelemente durch die, insbesondere innere, Momentenverteilung unter der Einwirkung der Betriebskraft die Verformung der resultierenden Fachwerkstruktur im Sinne einer konstanten Ausrichtung des Werkzeughaltebereiches beeinflusst.
  16. Werkzeughalter nach einem der vorhergehenden Ansprüche 11 bis 15, wobei ein Tragwerk (5) umfasst ist, welches einen äußeren (5a) und einen inneren (5b) Tragwerksrahmen und eine Anzahl von Tragwerksstreben (5c) enthält, welche den äußeren (5a) und den inneren (5b) Rahmen miteinander verbinden, wobei Rahmen (5a, b) und Streben (5c) derart angeordnet sind, dass sie mehreckige Abschnitte bilden, wobei der äußere (5a) und der innere (5b) Rahmen und die Streben (5c) zur Aufnahme von Kräften und Momenten ausgebildet sind, wobei die Tragwerksstreben (5c) vorzugsweise schwenkbar zwischen den Tragwerksrahmen (5a, b) gelagert sind.
  17. Werkzeughalter nach einem der vorhergehenden Ansprüche 11 bis 16, wobei das Verformungsbeschreibungsmittel auch auf der Finite-Elemente-Methode (FEM) oder auch auf einer experimentellen Ermittlung beruht.
  18. Werkzeughalter nach einem der vorhergehenden Ansprüche 11 bis 17, wobei das Verformungsbeschreibungsmittel auch mittels einer Kennlinie zumindest im für die zu berücksichtigende Betriebskraft relevanten Bereich beschrieben ist, insbesondere mittels einer linearen oder progressiven oder degressiven Kennlinie.
  19. Werkzeughalter nach einem der vorhergehenden Ansprüche 11 bis 18, wobei das Verformungsbeschreibungsmittel auch mittels einer Zuordnungstabelle definiert ist, welche auch die Betriebskraft (FB) und eine der Betriebskraft (FB) zuordenbare mechanische Verformung umfasst.
  20. Werkzeughalter nach einem der vorhergehenden Ansprüche 11 bis 19, wobei es sich um eine Schweißzange (1) handelt, insbesondere eine Schweißzange (1) mit im wesentlichen C-förmigem Grundriss.
  21. Werkzeughalter nach Anspruch 20, wobei der C-förmige Grundriss mittels zweier modular aufgebauter Schenkel oder mittels Schenkelmodulen (20, 21, 22, 23) und einen praktisch verformungsarmen Bügelrücken (1c) realisiert ist, wobei zumindest ein Schenkel (1a, 1b) oder Schenkelmodul (20, 21, 22, 23) unter Berücksichtigung der Betriebskraft (FB) verformbar ist.
  22. Werkzeughalter nach einem der vorhergehenden Ansprüche 11 bis 21, welcher zumindest abschnittsweise mittels einer Ausrichtungsstruktur realisiert ist.
  23. Werkzeughalter nach einem der vorhergehenden Ansprüche 11 bis 19, wobei es sich um eine Schweißzange (1), insbesondere eine Schweißzange (1) im wesentlichen mit X- oder L-förmigen Grundriss mit zumindest einem unter Einfluss der Betriebskraft (FB) verformbaren Schenkel (1a, b) handelt, wobei die Kreuzungsstelle des X-förmigen oder L-förmigen Grundrisses ein Gelenk (6) aufweist.
  24. Werkzeughalter nach einem der vorhergehenden Ansprüche 12 bis 23, wobei das Verformungsbeschreibungsmittel derart realisiert ist, dass auch eine mittels der Betriebskraft (FB) verursachte elastische Verformung zumindest eines Teilabschnittes (1a, b) oder eines Schenkelmoduls (20, 21, 22, 23) ermittelbar ist.
  25. Werkzeughalter nach einem der vorhergehenden Ansprüche 11 bis 24, wobei die Schweißzange (1) für eine Widerstands-Punktschweißanlage, insbesondere eine Roboterzange, Handzange oder Ständerzange oder für Unterkupferschweißen, ausgebildet ist, und als Werkzeug (2) zumindest eine Schweißelektrode (2a, b) umfasst.
  26. Werkzeughalter nach einem der vorhergehenden Anspruch 11 bis 25, wobei ein Ultraschall-Sender (7) und ein Ultraschall-Empfänger (8) in Durchschallungsanordnung oder in Reflektionsanordnung, jeweils bezüglich der Punktschweißstelle, zur Schweißpunktbewertung und/oder zur Schweißregelung und/oder zur Schweißsteuerung vorgesehen sind.
  27. Werkzeughalter, insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche 11 bis 26, für umformtechnische Fügeprozesse, insbesondere Clinchen und Stanznieten, sowie thermische Fügeprozesse wie Widerstandspunktschweißen, Widerstandspressschweißen, Handlingprozesse, Prägeprozesse oder Schraub- und Einpressprozesse, wobei zumindest ein am Werkzeughalter (1) angeordnetes Werkzeug (2a, b) unter elastischer Verformung des Werkzeughalters (1) mittels einer Betriebskraft (FB) an ein Werkstück (3) oder dergleichen anpressbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Werkzeughalter (1) ein erstes Anschlussmittel (34b) für ein erstes Positioniermittel (9a) und eine zweites Anschlussmittel (34a) für ein zweites Positioniermittel (9b) umfasst, wobei die Anschlussmittel derart relativ zueinander am Werkzeughalter (1) angeordnet sind, dass bei Anordnung der Positioniermittel (34a, b) am Werkzeughalter (1) deren Bewegungsrichtungen im wesentlichen parallel zueinander verlaufen.
  28. Werkzeughalter nach Anspruch 27, wobei beide Anschlussmittel (34a, b) in unmittelbarer Nähe zueinander am Werkzeughalter (1) angeordnet sind und wobei der Werkzeughalter (1) in dem Bereich, in dem die Anschlussmittel (34a, b) angeordnet sind, eine biege- und torsionssteifere Struktur gegenüber den Bereichen des Werkzeughalters (1) aufweist, in denen keine Anschlussmittel (34a, b) vorgesehen sind.
  29. Anlage, insbesondere Widerstandsschweißanlage, insbesondere Widerstands-Punktschweißanlage, umfassend eine Einrichtung (12), insbesondere eine Schweißsteuerung (12) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10 und einen Werkzeughalter (1), insbesondere eine Schweißzange (1) gemäß einem der Ansprüche 11 bis 28 mit zumindest einem Werkzeug (2a, b), insbesondere mit zumindest einer Schweißelektrode (2a, b), und mit Positioniermitteln (9a, b), insbesondere mit einem Ausgleichsantrieb (9a) und einem Haupthubantrieb (9b), sowie mit einem Schweißtransformator (14) und vorzugsweise umfassend eine Robotersteuerung (13).
  30. Verfahren zum Betrieb einer Anlage oder einer Einrichtung (12) für umformtechnische Fügeprozesse, insbesondere Clinchen und Stanznieten, sowie thermische Fügeprozesse wie Widerstandspunktschweißen, Widerstandspressschweißen, Handlingprozesse, Prägeprozesse oder Schraub- und Einpressprozesse, wobei auch ein Werkzeughalter (1) mit einem Werkzeug (2a, b) und ein erstes und/oder ein zweites Positioniermittel (9a, b) für den Werkzeughalter (1) betrieben wird/werden, mit folgenden Verfahrensschritten: a) Positionierung des Werkzeughalters (1) unter Verwendung des ersten Positioniermittels (9a) an einem Werkstück (3) oder dergleichen ausgehend von einer Ausgangslage unter Berücksichtigung eines vorgebbaren Abstandes zum Werkstück oder dergleichen (3); b) Aufbringung einer Betriebskraft (FB) zur Anpressung des Werkzeuges (2) am Werkstück (3) oder dergleichen unter Verwendung des zweiten Positioniermittels (9b); c) Ermittlung der Verformung des Werkzeughalters (1) unter Berücksichtigung der Betriebskraft (FB); d) Nachstellen des Werkzeughalters (1) unter Berücksichtigung der Verformung des Werkzeughalters (1) unter Verwendung zumindest eines Positioniermittels (9a) und unter Berücksichtigung der Betriebskraft (FB), insbesondere während der Verformung.
  31. Verfahren nach Anspruch 30, wobei zusätzlich folgende Verfahrensschritte umfasst sind: f) Abbau der Betriebkraft (FB) und Lösen des Werkzeuges (2a, b) vom Werkstück (3) oder dergleichen unter Verwendung des zweiten Positioniermittels (9b); g) Bewegung der Anordnung zurück in die Ausgangslage unter Verwendung des ersten Positioniermittels (9a).
  32. Verfahren nach einem der Ansprüche 30 bis 31, wobei ein erstes Werkzeug (2b) an einem erstem Ausleger (1b) des Werkzeughalters (1) angeordnet ist und wobei mittels der Betriebskraft (FB) ein zweites an einem zweitem Ausleger (1a) des Werkzeughalters (1) angeordnetes Werkzeug (2a) am Werkstück (3) oder dergleichen angepresst wird, wobei das zweite Werkzeug (2a) relativ zum zweiten Ausleger (1a) beweglich angeordnet ist und wobei die Bewegung mittels des zweiten Positioniermittels (9b) erfolgt.
  33. Verfahren nach einem der Ansprüche 30 bis 32, wobei die Ermittlung der Verformung des Werkzeughalters (1) während des Betriebes, insbesondere während des Fügeprozesses, und/oder außerhalb des Fügeprozesses, erfolgt.
  34. Verfahren nach einem der Ansprüche 30 bis 33, wobei die Ermittlung einer zumindest teilweisen Verformung des Werkzeughalters (1) unter Verwendung eines Verformungsbeschreibungsmittels erfolgt, wobei das Verformungsbeschreibungsmittel die Verformungseigenschaften des Werkzeughalters (1) unter Berücksichtigung der Betriebskraft (FB) zumindest teilweise beschreibt.
  35. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 30 bis 34, wobei das Verformungsbeschreibungsmittel auch mittels eines mechanischen Modells des Werkzeughalters (1) zur zumindest teilweisen Beschreibung der elastischen Verformung des Werkzeughalters (1) realisiert ist.
  36. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 30 bis 35, wobei das Verformungsbeschreibungsmittel aus einem von dem Werkzeughalter (1) umfassten Speichermittel (4) ausgelesen wird oder wobei das Verformungsbeschreibungsmittel aus einem von der Einrichtung (12) oder von der Anlage umfassten Speichermittel (4) ausgelesen wird.
  37. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 30 bis 36, wobei zur Nachjustierung eine Bewegung des Werkzeughalters (1) derart bewirkt wird, dass die Richtung der Nachjustierbewegung im wesentlichen parallel zu der Richtung ist, in welcher die Betriebskraft (FB) wirkt.
  38. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 30 bis 37, wobei das erste Positioniermittel (9a) ein erster elektrischer Antrieb, vorzugsweise umfassend einen Antriebsregler mit Servomotor, oder ein pneumatischer oder servopneumatischer oder ein hydraulischer Antrieb ist oder dass die Aufgabe des ersten Positioniermittels (9a) von einen Industrieroboter wahrgenommen wird und wobei das zweite Positioniermittel (9b) ein zweiter elektrischer Antrieb, vorzugsweise umfassend einen Antriebsregler mit Servomotor, oder ein pneumatischer oder ein servopneumatischer oder ein hydraulischer Antrieb ist.
  39. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 30 bis 38, wobei auch Werkstückeigenschaften des zu bearbeitenden Werkstückes (3) berücksichtigt werden, insbesondere Werkstückeigenschaften, welche sich insbesondere während des Fügeprozesses verändern.
  40. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 30 bis 39, wobei bei der Ermittlung der mechanischen Verformung auch Werkzeugeigenschaften berücksichtigt werden, insbesondere Werkzeugeigenschaften, welche sich während des Fügeprozesses verändern, insbesondere der Zustand der Elektrodenkappen für den Fall, dass es sich bei dem Werkzeug um Schweißelektroden handelt.
  41. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 30 bis 40, wobei bei der Ermittlung des Grades (a1, a2) der mechanischen Verformung des Werkzeughalters (1) die mechanische Verformung zumindest eines Teilabschnittes (1a, b) des Werkzeughalters (1) berücksichtigt wird.
  42. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 30 bis 41, wobei bei der Ermittlung der mechanischen Gesamtaufbiegung des Werkzeughalters (1) die Abmessung (d0) des Werkzeughalters (1) vor Aufbringung der Betriebskraft (FB) und der Grad (a1, a2) der mechanischen Verformung zumindest eines Teilabschnittes (1a, b) berücksichtigt wird.
  43. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 30 bis 42, wobei auch der Grad (e1, e2) der mechanischen Verformung des Werkstückes (3) berücksichtigt wird.
  44. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 30 bis 43, wobei die Ansteuerung oder Regelung zumindest eines Positioniermittels (9a, b) mittels einer Druckregelung oder Drucksteuerung und/oder einer Momentenregelung oder Momentensteuerung und/oder einer Lageregelung oder Lagesteuerung und/oder eine Positionsregelung oder Positionssteuerung unter Berücksichtigung der Betriebskraft (FB) realisiert wird.
  45. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 30 bis 44, wobei die Ermittlung eines ersten von der Betriebskraft (FB) unabhängigen und von einem ersten Positioniermittel (9a) zurückzulegenden Weges s1 und/oder eines zweiten von der Betriebskraft (FB) abhängigen und von einem zweiten Positioniermittel (9b) zurückzulegenden Weges s2 erfolgt.
  46. Verfahren nach Anspruch 45, wobei, für die Ermittlung des ersten bzw. des zweiten zurückzulegenden Weges gilt: s1 = a1 + e1 bzw. s2 = a2 + e2, wobei a1, a2 den Grad der mechanischen Verformung zumindest eines Teilabschnittes (1a, b) des Werkzeughalters (1) als Funktion der Betriebskraft (FB) darstellt und wobei e1, e2 den Grad der mechanischen Verformung des Werkstückes (3) unter Einfluss der Betriebskraft (FB) während des Fügeprozesses darstellt.
  47. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 45 oder 46, wobei ein zurückzulegender Gesamtweg sza zur Nachjustierung unter Berücksichtigung des ersten und des zweiten Weges ermittelt wird.
  48. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 30 bis 47, wobei der Grad (a1, a2) der mechanischen Verformung zumindest eines Teilabschnittes (1a, b) des Werkzeughalters (1) und/oder der Grad (e1, e2) der mechanischen Verformung des Werkstückes (3) und dergleichen auch als Funktion der Betriebskraft (FB) und unter Berücksichtigung des Verformungsbeschreibungsmittels ermittelt wird.
  49. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 30 bis 48, wobei die Einrichtung mittels einer Benutzerschnittstelle, vorzugsweise mittels einer softwaregesteuerten Bedienoberfläche, die Auswahl eines Benutzers bezüglich zumindest eines von zumindest zwei Werkzeughaltern (1) abfragt und unter Berücksichtigung einer Benutzereingabe einem ausgewählten Werkzeughalter (1) ein Verformungsbeschreibungsmittel selbsttätig zuordnet.
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