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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung bzw. ein Verfahren zum automatischen Bolzenschweißen.
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In der industriellen Massenfertigung ist die Herstellung von stoffschlüssigen Verbindungen von besonderer Bedeutung. Insbesondere haben Lichtbogenschweißverfahren weite Verbreitung für industrielle Anwendungen gefunden. Das Bolzenschweißen als Spezialform des Lichtbogenschweißens bringt darüberhinaus die Möglichkeit mit sich, eines der anzuschweißenden Werkstücke – den Bolzen – gleichzeitig als Elektrode für den Schweißvorgang vorzusehen, sodass eine besonders kostengünstige, zuverlässige und qualitativ hochwertige Variante eines Schweißverfahrens realisiert werden kann. Die Zündung eines Lichtbogens kann durch die zeitkoordinierte Steuerung der Entfernung der Elektroden – also des Bolzens vom zugehörigen Werkstück – und der Zuführung von Hochspannung erreicht werden.
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Aufgrund der industriellen Bedeutung des Bolzenschweißens besteht ein besonderes Interesse diese Schweißtechnik automatisiert durchzuführen, insbesondere um Herstellungskosten von industriell gefertigten Produkten zu optimieren.
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Die oben angedeutete zeitkoordinierte bzw. zeitsynchronisierte Steuerung der Bolzenposition zur Erzeugung des Lichtbogens erfordert ferner eine genaue Ausrichtung des Bolzens gegenüber dem zu verbindenden Werkstück. Dazu sind insbesondere automatisierte Bolzenschweißvorrichtungen aus dem Stand der Technik bekannt, die in einer Linearbewegung einen Schweißkopf nebst Bolzen automatisiert auf ein bevorzugt planes Werkstück aufsetzen. Der Schweißkopf kann dann die Bewegung des Bolzens geeignet kontrollieren, sodass ein Lichtbogen erzeugt wird und der Bolzen somit mit dem Werkstück verschweißt wird.
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Der Schweißkopf verfügt dabei in vielen Fällen über eine automatisierte Bolzenzuführung und aus Sicherheitsgründen ist die Länge von Kabeln zur Zuführung einer Hochspannung möglichst kurz gehalten, sodass die Einrichtungen zur Erzeugung der Hochspannung wenigstens teilweise in den Schweißkopf integriert sind. Die Kombination vorstehender Eigenschaften bedingt dennoch eine relativ sperrige Form und Größe des Schweißkopfes.
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Für den Fall, dass kein planes Werkstück vorliegt, ist die genaue Positionierung des Bolzens jedoch gegenüber dem zu verbindenden Werkstück mit besonderen Schwierigkeiten verbunden. Insbesondere kann die Zugänglichkeit zur Schweißstelle räumlich begrenzt sein, sodass sich die automatische Fertigung durch automatisierte Bolzenschweißvorrichtungen ausschließt.
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Aufgabe der Erfindung ist dementsprechend, eine Vorrichtung zum automatischen Bolzenschweißen zur Verfügung zu stellen, welche die Möglichkeiten zur automatischen Fertigung von Produkten verbessert, wobei insbesondere die automatische Zuführung von Bolzen zu einer Schweißstelle bzw. die Zugänglichkeit der Schweißstelle für Vorrichtungen zum automatischen Bolzenschweißen optimiert ist.
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Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Erfindungsgemäß ist eine Vorrichtung zum automatischen Bolzenschweißen vorgesehen, mit einem Bolzenhalter zum Halten eines zu verschweißenden Bolzens, der mit einer Versorgungseinrichtung zur Zuführung von Betriebsmitteln zum Bolzenhalter, insbesondere von zu verschweißenden Bolzen, verbunden ist, wobei der Bolzenhalter gegenüber der Versorgungseinrichtung beweglich angeordnet ist.
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Die Erfindung gründet also auf der Idee, den Bolzenhalter möglichst kompakt auszuführen und diesen so positionierbar zu gestalten, dass er auch in Kontakt mit schwer zugänglichen Stellen eines Werkstücks gebracht werden kann. Dazu ist insbesondere die Versorgungseinrichtung, die dem Bolzenhalter automatisch die nötigen Betriebsmittel zuführt, räumlich entfernt von der Schweißstelle und auch dem Bolzenhalter positionierbar. Der Bolzenhalter dient in diesem Fall als Schweißkopf, der von der Versorgungseinrichtung, insbesondere von den Mitteln zur automatischen Zufuhr für Bolzen, zeitweise – insbesondere während der Erzeugung eines Lichtbogens – trennbar bzw. räumlich separierbar ist. In Kombination resultiert ein besonders kompakter Schweißkopf, der leicht auch unzugängliche Stellen eines Werkstücks erreichen kann. Weiterhin kann so eine besonders optimale Ausrichtung des Bolzenhalters und somit auch des Bolzens gegenüber dem zu verschweißenden Werkstück erzielt werden, sodass sich die Qualität der gefertigten Produkte dadurch steigern lässt.
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Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum automatischen Bolzenschweißen, mit einer Vorrichtung zum automatischen Bolzenschweißen gemäß der Erfindung und einem zu verschweißenden Bolzen, umfasst die Schritte:
- A) Zuführen des zu verschweißenden Bolzens zum Bolzenhalter in einer ersten Stellung des Bolzenhalters;
- B) Bewegen des Bolzenhalters in eine weitere Stellung – die Schweißposition; und
- C) Verschweißen des zugeführten Bolzens, wobei der Bolzenhalter sich zumindest zeitweise in der Schweißposition befindet.
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Der zu verschweißende Bolzen kann mit Hilfe der Versorgungseinrichtung zunächst dem Bolzenhalter zugeführt werden. Aufgrund der Bewegung in die Schweißpostion wird mit dem Verfahren die räumliche Separation von der Versorgungseinrichtung – insbesondere von Mitteln zur automatischen Zuführung der Bolzen – erreicht, sodass wiederum eine besonders gute Zugänglichkeit der Schweißstelle, für den aufgrund der Erfindung kompakt ausgestaltbaren Schweißkopf, resultiert.
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Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Versorgungseinrichtung beweglich mit einem Halteelement verbunden ist, welches bevorzugt zur Führung der Versorgungseinrichtung ausgebildet ist.
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Somit kann beispielsweise die Bewegung des Bolzenhalters um mehrere Achsen gegenüber dem Halteelement erreicht werden. Eine erste Achse bzw. Richtung der Bewegung kann durch die bewegliche Verbindung der Versorgungseinrichtung mit dem Halteelement festgelegt sein, während eine zweite Achse bzw. Richtung der Bewegung durch die bewegliche Verbindung zwischen der Versorgungseinrichtung und dem Bolzenhalter definiert sein kann.
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Der Bolzenhalter kann somit um mehrere Achsen bzw. Richtungen der Bewegung gegenüber dem Halteelement beweglich angeordnet sein, sodass die Möglichkeiten zur Positionierung des Bolzenhalters bzw. des zu verschweißenden Bolzens entscheidend verbessert sind.
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Eine Weiterbildung des Erfindungsgedanken sieht wiederum vor, dass die Versorgungseinrichtung Lagermittel bzw. Führungsmittel aufweist, die für zwei unterschiedliche Achsen bzw. Richtungen der Bewegung räumlich separiert angeordnet sind.
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Somit kann die Versorgungseinrichtung, als Arm bzw. Hebel für die Ausrichtung des Bolzenhalters betrachtet werden bzw. die Versorgungseinrichtung ist in einen Arm zur Positionierung des Bolzenhalters integriert, sodass eine kompakte Bauweise des Bolzenhalters eingehalten werden kann und gleichzeitig die Positionierbarkeit des Bolzenhalters verbessert ist. Entsprechende Vorteile werden auch mit nachfolgend beschriebenen Weiterbildungen erzielt.
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Besonders bevorzugt weist der Bolzenhalter Führungsmittel zur Führung einer Bewegung gegenüber der Versorgungseinrichtung auf.
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Alternativ oder auch in Kombination ist ebenso denkbar, dass der Bolzenhalter über Antriebsmittel zum Antrieb einer Bewegung des Bolzenhalters gegenüber der Versorgungseinrichtung aufweist.
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In einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist weiterhin vorgesehen, dass die Versorgungseinrichtung Führungsmittel zur Führung einer Bewegung gegenüber dem Bolzenhalter aufweist.
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Ebenso ist alternativ oder in Kombination vorstellbar, dass die Versorgungseinrichtung Antriebsmittel zum Antrieb einer Bewegung gegenüber dem Bolzenhalter aufweist.
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In all den vorgenannten Fällen können die Führungsmittel vorteilhafterweise so ausgebildet sein, dass eine Schweißposition oder eine Vielzahl von Schweißpositionen des Bolzenhalters sicher eingenommen werden kann bzw. können – die Positionierung des Bolzenhalters also exakt erfolgt und somit insbesondere das Schweißergebnis verbessert ist. Vorteilhafterweise können aufgrund einer kompakten und möglicherweise auch gewichtsoptimierten Bauweise des Bolzenhalters bzw. Schweißkopfes die Führungsmittel ebenfalls relativ kompakt ausgebildet werden, sodass dadurch die Zugänglichkeit der Schweißstelle bei gleichzeitiger Gewährleistung eines optimalen Schweißergebnisses ebenfalls verbessert ist.
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In einer Weiterbildung sind die Führungsmittel reversibel lösbar mit der Versorgungseinrichtung bzw. dem Bolzenhalter verbunden, sodass damit beispielsweise die Richtung bzw. Achse der Führung, beispielsweise durch Auswechseln der Führungsmittel oder eine Modifikation in der Montage der Führungsmittel einstellbar ist. Auch wäre beispielsweise vorstellbar, dass die Verbindung der Führungsmittel mit der Versorgungseinrichtung bzw. dem Bolzenhalter, so ausgebildet ist, dass die oben angegebenen Parameter automatisch gesteuert bzw. verstellt werden können.
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Zur Vermeidung von komplizierten Antrieben, beispielsweise mit Hilfe von Getrieben, ist die Kombination von Antriebsmitteln – wie bereits angedeutet – mit dem Bolzenhalter bzw. der Versorgungseinrichtung denkbar. Bevorzugt sind die Antriebsmittel unabhängig von elektrischen Antrieben ausgebildet. Insbesondere bedeutet dies im Umfeld von hochspannungsführenden Teilen bzw. Lichtbögen einen Gewinn der Sicherheit des Benutzers bzw. der Betriebssicherheit.
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In diesem Fall ist darüberhinaus vorstellbar, dass die bereits erwähnten Führungsmittel in die Antriebsmittel integriert bzw. mit diesen verbunden ausgebildet sind. Somit lässt sich wiederum eine kompakte Bauweise mit den beschriebenen Vorteilen fördern.
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Vorherigem Gedanken folgend, kann im Rahmen einer Weiterentwicklung vorgesehen sein, dass Mittel zur elektrischen Versorgung, insbesondere zur Hochspannungsversorgung in Antriebsmittel bzw. Führungsmittel integriert ausgebildet sind, wobei gleichzeitig wiederum die Sicherheit des Benutzers, die Betriebssicherheit der Vorrichtung bzw. deren Zuverlässigkeit verbessert wird.
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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung weisen sowohl der Bolzenhalter als auch die Versorgungseinrichtung Durchführungsöffnungen für den bzw. die zu verschweißenden Bolzen auf. Bevorzugt sind die Durchführungsöffnungen mittels Bewegung des Bolzenhalters konzentrisch anordenbar.
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Somit kann der Bolzenhalter mit vorstehenden Merkmalen temporär an eine automatische Zuführungseinrichtung für Bolzen gekoppelt sein – so, dass der Bolzenhalter automatisch einen zu verschweißenden Bolzen empfangen kann, während er beispielsweise beim eigentlichen Schweißvorgang von der Zuführung für Bolzen bzw. der Versorgungseinrichtung räumlich separiert ist, sodass wiederum eine kompakte Bauweise des Bolzenhalters erreicht werden kann.
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In einer Weiterbildung des Erfindungsgedankens weist die Versorgungseinrichtung ein Gehäuse auf, wobei ein Zuführungskanal für zu verschweißende Bolzen innerhalb des Gehäuses angeordnet ist.
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Beispielsweise kann der Zuführungskanal eine Öffnung aufweisen, die dem Bolzenhalter zugewandt ist. Darüberhinaus kann an der gegenüberliegenden Seite des Gehäuses eine weitere Öffnung des Zuführungskanals angeordnet sein. Beispielsweise bietet sich somit die Möglichkeit, Mittel zur Zuführung des bzw. der zu verschweißenden Bolzen und insbesondere den Zuführungskanal vollständig innerhalb des Gehäuses der Versorgungseinrichtung aufzunehmen.
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Besonders bevorzugt weist die Versorgungseinrichtung Antriebsmittel zur Bewegung bzw. zur Beförderung des bzw. der zu verschweißenden Bolzen zum Bolzenhalter auf, die beispielsweise reversibel lösbar mit der Versorgungseinrichtung verbunden sind. Der Bolzenhalter kann somit so ausgebildet sein, dass ihm diese Mittel fehlen und er somit unabhängig von gesagten Mitteln bewegt werden kann. Eine kompakte Bauform des Bolzenhalters kann somit wiederum resultieren.
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In diesem Fall kann in einer Weiterbildung der Erfindung vorgesehen sein, dass die Antriebsmittel pneumatisch betrieben bzw. gesteuert werden. Somit kann wiederum die Betriebssicherheit der Vorrichtung zum automatischen Bolzenschweißen durch die Vermeidung von spannungsführenden Elementen im Umgebungsbereich von Hochspannung erhöht werden, wobei gleichzeitig die Möglichkeit zu einer kompakten Bauform der Versorgungseinrichtung bzw. in weiterer Folge des Bolzenhalters gegeben ist.
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Bevorzugt ist der Bolzenhalter gegenüber der Versorgungseinrichtung linear verschieblich ausgebildet. Beispielsweise könnten entsprechende Führungsmittel vorgesehen sein, die eine Bewegung des Bolzenhalters auf eine lineare Bewegung limitieren. Somit kann beispielsweise für eine bestimmte Vorschubrichtung eine exakte Positionierung des Bolzenhalters erzielt werden, während gleichzeitig eine kompakte Bauform erreicht werden kann.
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Beispielsweise kann die Versorgungseinrichtung Führungsmittel aufweisen, die eine Bewegung parallel zur Ebene einer Befestigungsfläche für einen anzuschweißenden Bolzen, also zu der Oberfläche, welche die Schweißstelle enthält, führen. In diesem Fall kann weiterhin vorgesehen sein, dass die Versorgungseinrichtung Führungsmittel aufweist, die eine Bewegung senkrecht zu besagter Ebene führen.
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Nachfolgend soll die Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnung näher erläutert werden, wobei gleiche Elemente in allen Darstellungen mit den gleichen Bezugszeichen versehen sind. Es zeigen:
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1 ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum automatischen Bolzenschweißen;
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2 eine Detailansicht eines Bolzenhalters gemäß des Ausführungsbeispiels von 1;
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3 eine Versorgungseinrichtung dem Ausführungsbeispiel von 1 entsprechend;
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4 eine Detailansicht eines Halteelements entsprechend der 1;
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5 eine Bolzenschweißvorrichtung nach dem Stand der Technik;
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6 einen Teilschritt eines Ausführungsbeispiels eines Schweißverfahrens; und
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7 einen weiteren Teilschritt eines Ausführungsbeispiels eines Schweißverfahrens.
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Bei kompliziert geformten Befestigungsflächen für zu verschweißende Bolzen ist es mit Hilfe gängiger Vorrichtungen zum automatischen Bolzenschweißen nicht immer möglich, eine genaue Ausrichtung des Bolzens und besonders bei Kavitäten die Zugänglichkeit der Schweißstelle für große Vorrichtungen zu gewährleisten, sodass in diesem Fall möglicherweise auf eine manuell kontrollierbare Schweißvorrichtung zurückgegriffen werden muss. zeigt beispielsweise eine Vorrichtung aus dem Stand der Technik, die beispielsweise nicht in der Lage ist, einen Bolzen mit einer Befestigungsfläche T zu verschweißen, welche in einer Kavität angeordnet ist.
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Die Erfindung beruht auf dem Bedürfnis, die Zugänglichkeit von Schweißstellen für Vorrichtungen zum automatischen Bolzenschweißen zu erhöhen.
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Erfindungsgemäß ist eine Vorrichtung zum automatischen Bolzenschweißen vorgesehen, mit einem Bolzenhalter 100 zum Halten eines zu verschweißenden Bolzens, der mit einer Versorgungseinrichtung 200 zur Zuführung von Betriebsmitteln zum Bolzenhalter 100, insbesondere von Bolzen, verbunden ist. Zur Verbesserung der Zugänglichkeit der Schweißstelle ist der Bolzenhalter 100 gegenüber der Versorgungseinrichtung 200 beweglich angeordnet. Dies kann insbesondere mit einer kompakten Bauform des bewegten Bolzenhalters 100 realisiert werden.
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Weiterhin zeigt 1 ein Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zum automatischen Bolzenschweißen gemäß der Erfindung. Die Vorrichtung weist ein Halteelement 300 in Form einer Kopfplatte auf. Das Haltelement 300 ist beweglich mit einer Versorgungseinrichtung 200 verbunden und ist darüberhinaus zur Führung einer Bewegung der Versorgungsmittel ausgebildet. Als Führungsmittel 350 zur Führung einer Bewegung der Versorgungseinrichtung 200 in Relation zum dem Haltelement 300 sind federnd gelagerte Führungssäulen vorgesehen, wie dies insbesondere einer in 4 dargestellten Detailansicht der Halteelementes 300 genauer entnehmbar sind.
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Sowohl das Halteelement 300 als auch die Versorgungseinrichtung 200 weisen entsprechende Aufnahmen in Form von Bohrungen auf, die als Lager für die Führungsmittel 350, insbesondere als Lager für die Führungssäulen 350 ausgebildet sind. Mit Hilfe der Führungsmittel kann so eine erste Richtung der Bewegung gegenüber dem Halteelement festgelegt sein, die in diesem Fall in Richtung der Normalen einer Befestigungsfläche für den anzuschweißenden Bolzen erfolgt, und beispielsweise als z-Richtung bezeichnet werden kann.
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Die Versorgungseinrichtung 200 ist in diesem Ausführungsbeispiel in z-Richtung gegenüber dem Halteelement 300 beweglich angeordnet.
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Weiterhin umfasst die Versorgungseinrichtung 200 des Ausführungsbeispiels gemäß 1 Mittel zur automatischen Zuführung sämtlicher Betriebsmittel an einen Bolzenhalter 100, welcher wiederum zur Durchführung eines Bolzenschweißvorgangs ausgebildet ist, also insbesondere zur Zündung eines Lichtbogens.
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Die zugeführten Betriebsmittel umfassen insbesondere die bzw. den zu verschweißenden Bolzen, sowie beispielsweise auch das Zuführen von Hochspannung, bzw. einer elektrischen Versorgung – beispielsweise einer Ladespannung – zur Durchführung des Bolzenschweißvorgangs.
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Ein gemäß der Erfindung beweglich gegenüber der Versorgungseinrichtung 200 ausgebildeter Bolzenhalter 100 kann somit dazu ausgebildet sein, dass er lediglich temporär mit der Versorgungseinrichtung 200, also mit den Mitteln zur Zuführung der Betriebsmittel für den Schweißvorgang, verbindbar bzw. verbunden ist; insbesondere kann dies für die im Ausführungsbeispiel in die Versorgungseinrichtung integriert ausgebildete, relativ sperrige Vorrichtung zur automatischen Zuführung der Bolzen realisiert sein. Während des Schweißvorgangs insbesondere während der Erzeugung eines Lichtbogens – kann der Bolzenhalter 100 jedoch von der Vorrichtung zur automatischen Zuführung der Bolzen bzw. der Versorgungseinrichtung 200 getrennt sein.
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Eine kompakte bewegliche Einheit, die im Wesentlichen den Bolzenhalter 100 umfasst, ist somit vorgesehen, welche um wenigstens eine weitere, zweite Achse bzw. Richtung gegenüber dem Halteelement 300 beweglich angeordnet ist. Die Versorgungseinheit 200 bildet so gleichzeitig einen Führungsarm bzw. einen Hebel, der die Bewegung des Bolzenhalters 100 gegenüber einer bevorzugt stationären Einheit – in diesem Fall dem Halteelement 300 – ermöglicht und führt.
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Im dargestellten Ausführungsbeispiel von 1 umfassen sowohl die Versorgungseinrichtung 200 als auch der Bolzenhalter 100 Führungsmittel 250 zur Führung der Bewegung um diese zweite Achse bzw. Richtung der Bewegung, die senkrecht zur beschriebenen z-Achse verläuft.
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Der Bolzenhalter 100 ist in dem Ausführungsbeispiel linear verschieblich gegenüber der Versorgungseinrichtung 200 angeordnet, sodass eine besonders sichere Führung der Bewegung resultiert.
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Jedoch ist auch denkbar, dass der Bolzenhalter 100 um mehrere Richtungen der Bewegung bzw. Achsen gegenüber der Versorgungseinheit bewegbar ist und auch eine rotierende Bewegung des Bolzenhalters 100 gegenüber der Versorgungseinrichtung 200 ist vorstellbar, um beispielsweise besonders schwierig zu erreichende Befestigungsflächen für einen zu verschweißenden Bolzen mit einer kompakten Einheit – dem Bolzenhalter 100 – automatisch anfahren zu können.
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Dabei ist der Bolzenhalter 100 bevorzugt dazu ausgebildet, den zu verschweißenden Bolzen gegen ein Herausfallen aufgrund der Schwerkraft zu sichern, sodass eine Rotationsbewegung unbeschränkt, in alle Raumrichtungen ermöglicht ist. Beispielsweise könnten für diesen Fall zusätzliche Verschluss- oder Haltemittel, die bevorzugt pneumatisch angetrieben werden, vorgesehen sein.
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2 zeigt den Bolzenhalter 100 dem Ausführungsbeispiel von 1 entsprechend in einer detaillierteren Abbildung. Der Bolzenhalter 100 ist in diesem Fall mehrteilig ausgebildet. Ein erster Teil 101 des Bolzenhalters 100 ist zur Führung des Bolzens ausgebildet, und weist ein Durchführungsloch auf, das der Umfangsform des Bolzens wenigstens abschnittsweise entspricht, sodass der zu verschweißende Bolzen definiert gegenüber einer Befestigungsfläche orientiert werden kann. Im Ausführungsbeispiel weist das Durchführungsloch im Wesentlichen einen kreisförmigen Querschnitt auf, der dem Querschnitt eines zu verschweißenden Bolzens in etwa entspricht. Darüberhinaus ist das beschriebene Durchführungsloch so geformt, dass sich dessen Querschnitt zu einem, mit einem zu verschweißenden Werkstück in Kontakt bringbaren Endbereich hin verjüngt.
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Besagter Endbereich kann darüberhinaus als Elektrode – insbesondere neben dem Bolzen, der eine erste Elektrode bilden kann, als zweite Elektrode – zur Führung von Hochspannung für den Schweißvorgang ausgebildet sein, und beispielsweise einen entsprechenden Kontaktfuß aufweisen.
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Im Ausführungsbeispiel von 2 ist der erste Teil 101 des Bolzenhalters 100 mit einem zweiten Teil 102 des Bolzenhalters 100 verbunden. Beispielsweise kann dies Verbindung reversibel lösbar ausgebildet sein, um beispielsweise die Anpassung an verschiedene Bolzen bzw. Befestigungsflächen für zu verschweißende Bolzen oder Bewegungsrichtungen des Bolzenhalters 100 vornehmen zu können, sodass der erste Teil 101 des Bolzenhalters 100 beispielsweise in mehreren unterschiedlichen Winkeln mit dem zweiten Teil 102 des Bolzenhalters 100 verbindbar ist. Der zweite Teil 102 des Bolzenhalters 100 bildet also eine sogenannte „Bolzenhalteraufnahme” und kann wiederum entsprechende Befestigungsmittel für den ersten Teil 101 des Bolzenhalters 100 aufweisen. Mit Hilfe vorstehender Maßnahmen kann wiederum die Zugänglichkeit von schwierig zu erreichenden Befestigungsflächen erhöht werden.
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Im Rahmen der Erfindung liegt jedoch die Möglichkeit zur einteiligen Ausbildung des Bolzenhalters 100, wobei mit unterschiedlichen einteilig geformten Bolzenhaltern 100 ebenfalls die beschriebenen Vorteile erreicht werden können.
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Gemäß dem Ausführungsbeispiel von 2 ist der Bolzenhalter 100 mit Antriebsmitteln 110 zum Antrieb einer Bewegung des Bolzenhalters 100 verbunden.
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In diesem Fall ist ein Kurzhubzylinder vorgesehen, der beispielsweise pneumatisch oder hydraulisch angetrieben sein kann, um den Bolzenhalter 100 zu bewegen. Ein Antrieb in der Art ist besonders vorteilhaft, da die Führung von zusätzlichen elektrischen Spannungen im Umfeld des Bolzenhalters 100 bzw. von Hochspannung vermieden ist.
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Jedoch ist auch denkbar – möglicherweise angepasst an eine bestimmte Bewegung oder einen bestimmten Vorschub bzw. eine Vorschublänge des Bolzenhalters 100 – abweichende Antriebsmittel 110 vorzusehen. Dabei ist auch die Kombination mehrerer, beispielsweise auch unterschiedlicher Antriebsmittel 110 eingeschlossen. Beispielsweise kann es sich um einen piezoelektrischen Antrieb handeln oder auch ein Elektromotor wäre im Rahmen der Erfindung vorstellbar.
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Die Antriebsmittel 110 dienen in diesem Fall gleichzeitig als Befestigungsmittel 115 zur Verbindung des Bolzenhalters 100 mit der Versorgungseinrichtung 200.
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Im Ausführungsbeispiel von 2 sind weiterhin die Antriebsmittel 110 und auch der Bolzenhalter 100 mit Führungsmitteln 150 verbunden – in diesem Fall mit einer Schiene zur Führung einer linearen Bewegung, welche gemäß dem Beispiel quer zur beschriebenen z-Achse verläuft.
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Bevorzugt ist für jede Raumrichtung der Bewegung ein eigenständiges Element der Führungsmittel 150 vorgesehen, beispielsweise kann für jede Raumrichtung der Bewegung eine separate Führungsschiene vorgesehen sein.
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Mit Hilfe der Führungsmittel 150 werden verschiedene Vorteile in Kombination erzielt. Zunächst lässt sich die Positionierbarkeit des Bolzenhalters 100 verbessern. Insbesondere kann die Halterung des Bolzenhalters 100 entsprechend kompakter ausgestaltet werden, da die Führungsmittel 150 beispielsweise auch zur Aufnahme von Tragkräften für den Bolzenhalter 100 ausgebildet sein können und so auch die Funktion eines Halteelements aufweisen können.
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Durch die Kombination verschiedener Führungsmittel 150, die beispielsweise für jede Raumrichtung der Bewegung räumlich separiert angeordnet sind, lässt sich somit eine Aufteilung der Tragkräfte erreichen, die es ermöglicht, die Führungsmittel 150 sowie auch den Bolzenhalter 100 in einer äußerst kompakten Bauform auszuführen.
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3 zeigt wiederum eine Versorgungseinrichtung 200 gemäß dem Ausführungsbeispiel der 1. Die Versorgungseinrichtung 200 weist ebenfalls Führungsmittel 250 zur Führung der Bewegung des Bolzenhalters 100 gegenüber der Versorgungseinrichtung 200 auf, die mit den Führungsmitteln 150 des Bolzenhalters 100 kooperieren. Eine an einer dem Bolzerhalter 100 zugewandten Gehäusefläche der Versorgungseinrichtung 200 angeordnete Führungsschiene 252 ist dazu ausgebildet, eine lineare Verschiebung quer zur z-Richtung zu führen und mit den Führungsmitteln 150 des Bolzenhalters 100, insbesondere mit der diesem zugeordneten Führungsschiene zusammenzuwirken. Dabei gelangt die Führungsschiene 252 der Versorgungseinrichtung 200 mit der dem Bolzenhalter 100 zugeordneten Führungsschiene in Eingriff, sodass die Führungsschiene 252 auch Tragkräfte für den Bolzenhalter 100 aufnehmen können, die der Gewichtskraft des Bolzenhalters 100 entgegen wirken. Insbesondere kann in diesem Fall die Führungsschiene 252 die dem Bolzenhalter 100 zugeordnete Führungsschiene umgreifen.
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Weiterhin ist dabei zu berücksichtigen, dass die Kraftübertragung quer zur Führungsrichtung „relativ großflächig” erfolgt, sodass der Bolzenhalter 100 in Führungsrichtung „relativ kompakt” ausgestaltet werden kann. Beispielsweise könnten entsprechende Eingriffsflächen quer zur Führungsrichtung und Endflächen des Bolzenhalters 100 in Führungsrichtung ein Flächenverhältnis von wenigstens 2:1 aufweisen.
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Ferner umfassen die Führungsmittel 250 der Versorgungseinrichtung gemäß 3 ein Führungselement 251, das einen Anschlag zur Begrenzung der linearen Bewegung quer zur z-Richtung bildet. Desweiteren weist das Führungselement 251 in z-Richtung wenigstens die Ausdehnung der Antriebsmittel des Bolzenhalters 100 bzw. der Versorgungseinrichtung 200 auf. Somit bildet das Führungselement 251 gleichzeitig einen Schutz, um versehentliches in Kontakttreten der Antriebsmittel 110 mit dem zu verschweißenden Werkstück beim Vorschub des Bolzenhalters 100 zu verhindern.
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Darüberhinaus bildet das Führungselement 252 gleichzeitig ein Lager, um die Verbindung der Versorgungseinrichtung 200 mit dem Bolzenhalter 100 zu realisieren.
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Die Versorgungseinrichtung 200 gemäß 3 weist somit Lagermittel bzw. Führungsmittel auf, die eine erste Bewegungsachse des Bolzenhalters 100 betreffen.
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Von den vorstehend bezeichneten Lagermitten bzw. Führungsmitteln räumlich separiert sind Lagermittel bzw. Führungsmittel für eine zweite Bewegungsachse des Bolzenhalters 100 angeordnet. Wie bereits angedeutet, weist die Versorgungseinrichtung 200 Bohrungen auf, die dazu ausgebildet sind, Führungsstifte aufzunehmen, die in diesem Ausführungsbeispiel den Vorschub der Versorgungseinrichtung 200 in einer Richtung quer zur linearen Vorschubbewegung des Bolzenhalters 100 führen.
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Der Bolzenhalter 100 ist somit gegenüber dem Halteelement 300 in zwei zueinander unterschiedlichen Bewegungsrichtungen bewegbar, wobei die Bewegung für jede Richtung jeweils durch Führungsmittel 250 bzw. 350 geführt ist.
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Insbesondere ist denkbar, dass die Versorgungseinrichtung 200 dazu ausgebildet ist, den Vorschub des Bolzenhalters 100 gegenüber dem zu verschweißenden Werkstück zur Zündung eines Lichtbogens zu steuern. Beispielsweise könnte zur Zündung des zum Schweißvorgang notwendigen Lichtbogens durch Steuerung der Führungs- bzw. Lagermittel erfolgen. Beispielsweise könnten die Bohrungen entsprechend steuerbare Federelemente aufnehmen, die zur Zündung eines Lichtbogens den Bolzenhalter in z-Richtung bewegen, und so der Bolzenhalter 100 vom zu verschweißenden Werkstück abgehoben wird. Somit kann der Bolzenhalter 100 wiederum kompakt ausgestaltet werden, da entsprechend zur Steuerung des Schweißvorgangs ausgebildete Lagerungs- bzw. Führungsmittel 250 bzw. 350 in die Versorgungseinrichtung 200 integriert sein können.
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Weiterhin ist vorstellbar, dass die gemäß 4 dem Halteelement 300 zugeordneten Führungsmittel 350 federnd so gelagert sind, dass eine Verbesserung der Orientierung des Bolzenhalters 100 während des Schweißvorgangs gegeben ist. Entsprechend besteht damit die Möglichkeit, den Bolzenhalter 100 kompakt auszugestalten, da korrespondierende Mittel des Bolzenhalters 100 entfallen können bzw. entsprechend kompakter ausgebildet werden können.
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Weiterhin eine kompakte Bauweise des Bolzenhalters 100 fördernd, ist gemäß dem Ausführungsbeispiel von 3 ein Zuführungskanal 230 für zu verschweißende Bolzen innerhalb eines Gehäuses der Versorgungseinrichtung 200 angeordnet.
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Wie insbesondere den 1 und 3 entnehmbar ist, ist eine erste Öffnung des Zuführungskanals 230 dem Bolzenhalter 100 zugewandt und eine weitere zweite Öffnung, auf einer dem Bolzenhalter 100 gegenüberliegenden Seite des Gehäuses der Versorgungseinrichtung 200 angeordnet.
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Besonders dienlich ist in diesem Fall, wenn die Versorgungseinrichtung 200 Antriebsmittel 240 zur Beförderung bzw. Bewegung eines zu verschweißenden Bolzens zum Bolzenhalter 100 aufweist, die bevorzugt reversibel lösbar mit der Versorgungseinrichtung verbunden sind. Wie beispielsweise gemäß 3 vorgesehen ist, ist der Zuführungskanal 230 mit einem Antriebskanal 241 verbunden, der einen Anschlussbereich 242 für eine steuerbare Druckluftleitung bzw. für Druck- bzw. Treibmittel aufweist. Die Verbindung der beiden Kanäle, also des Antriebskanals 240 und des Zuführungskanals 230 erfolgt in einem Endbereich der dazu ausgebildet ist, den Bolzen dem Bolzenhalter 100 zuzuführen. Gemäß dem Ausführungsbeispiel weist der Endbereich besagte erste Öffnung des Zuführungskanals 230 auf, die mit Hilfe einer Bewegung des Bolzenhalter 100 korrespondierend zu einer entsprechenden Öffnung des Bolzenhalters 100 angeordnet werden kann, sodass ein zu verschweißender Bolzen von der Versorgungseinrichtung 200 durch die beiden besagten korrespondierenden Öffnungen zu dem Bolzenhalter 100 überführt werden kann.
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In dem Antriebskanal 241 ist gemäß dem Ausführungsbeispiel der 1 und 3 ein Zuführungselement 240 zum Vortrieb bzw. zur Bewegung eines zu verschweißenden Bolzens geführt. Dieses – in diesem Fall ein pneumatisch betriebener Zuführungsstößel bzw. Einstoßkolben – kann dazu ausgebildet sein, an verschiedene zu verschweißende Bolzen anpassbar zu sein. Insbesondere kann dies das Maß der Bolzenbewegung bzw. des Bolzenvorschubs betreffen.
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Beispielsweise kann diese Anpassung auch mit Hilfe eines Wechselteils 270 erfolgen, das den Zugang zu besagtem Endbereich des Zuführungskanals 230 ermöglicht. Gemäß 3 bildet das Wechselteil 270 gleichzeitig eine begrenzende Oberfläche für das Gehäuse der Versorgungseinrichtung 200 und den Zuführungskanal 230, sodass durch Entfernen bzw. Auswechseln des Wechselteils der Zuführungskanal von außen zugänglich ist bzw. modifiziert und an verschiedene Bolzenformen angepasst werden kann.
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Ein Schweißvorgang bzw. ein Verfahren zum automatischen Bolzenschweißen mit Hilfe einer Vorrichtung zum automatischen Bolzenschweißen gemäß der 1 bis 4 könnte beispielsweise folgende Schritte umfassen:
In einem ersten Schritt könnte ein zu verschweißender Bolzen dem Bolzenhalter 100 automatisch zugeführt werden. Dazu wird der Bolzenhalter 100 so gegenüber der Versorgungseinrichtung in eine erste Stellung bewegt, dass der Bolzen in eine Öffnung des Bolzenhalters 100 einführbar ist. Eine korrespondierende Öffnung der Versorgungseirichtung 200 ist mit dem Zuführungskanal 230 für zu verschweißende Bolzen verbunden. Der Zuführungskanal weist einen Endbereich auf, in dem ein zu verschweißender Bolzen mit Hilfe eines Zuführungselements 240 durch die Öffnung bzw. Öffnungen in den Bolzenhalter 100 einführbar ist. Gemäß dem Ausführungsbeispiel kann ein Zuführungsstößel pneumatisch so angetrieben werden, dass ein zu verschweißender Bolzen durch die beiden Öffnungen in den Bolzenhalter 100 gedrückt wird, sodass der Bolzenhalter 100 mit einem Bolzen „beladen„ oder „geladen” ist.
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In einem weiterer Schritt kann vorgesehen sein, dass die Versorgungseinrichtung 200 bzw. der Bolzenhalter 100 in einer ersten Richtung – bevorzugt pneumatisch – an eine Befestigungsfläche für den zu verschweißenden Bolzen angenähert wird. Im beschriebenen Ausführungsbeispiel wird vorgenanntes mit Hilfe der Führungsmittel 350 unterstützt, welche die Versorgungseinrichtung 200 in z-Richtung, der ersten Richtung, gegenüber dem Halteelement 300 führen. In 6 ist diese Bewegung durch die im Wesentlichen vertikal verlaufenden, gestrichelten Pfeile angedeutet.
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Ein nachfolgender Schritt kann dann ein Ausfahren des Bolzenhalters 100 bzw. des Schweißkopfes in eine zweite Richtung umfassen. Im Ausführungsbeispiel gemäß 1 ist vorgesehen, mit Hilfe des bereits beschriebenen Kurzhubzylinders den Bolzenhalter 100 in einer linearen Bewegung – bevorzugt pneumatisch – in die zweite Richtung zu bewegen, die in diesem Fall quer zur ersten Richtung orientiert ist. Wie ebenfalls aus 6 entnehmbar ist, kann mit Hilfe der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum automatischen Bolzenschweißen die Befestigungsfläche T nunmehr durch den Bolzenhalter 100 erreicht werden, sodass ein Bolzen dort im Gegensatz zum in 5 dargestellten Fall mit Hilfe der Vorrichtung verschweißbar ist.
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Weiterhin kann ein folgender Schritt die automatische insbesondere motorische Bewegung des Bolzenhalters 100 in die erste Richtung umfassen, bis der Bolzen Kontakt mit einem zu verschweißenden Werkstück hat. Der Bolzenhalter 100 ist nunmehr in eine zweite Stellung, die Schweißposition bewegt. Dies kann beispielsweise durch eine Bewegung der Versorgungseinrichtung 200 in die erste Richtung erfolgen. Darüberhinaus kann aber auch der Bolzenhalter 100 in diese erste Richtung bewegbar ausgebildet sein und beispielsweise Antriebsmittel umfassen, die speziell der ersten Richtung zugeordnet sind. Beispielsweise kann dies ein steuerbares Federelement, einen piezoelekrischen Antrieb, einen Elektromotor aber auch druckbetriebene Antriebsmittel – bevorzugt hydraulisch oder pneumatisch betrieben – umfassen.
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In einem weiteren Schritt, kann dann – bevorzugt mit Hilfe der bereits beschriebenen Antriebsmittel für die erste Richtung – ein Hub des Bolzenhalters 100, besonders bevorzugt in der ersten Richtung, erfolgen, sodass ein Schweißvorgang eingeleitet wird, beispielsweise durch Zündung eines Lichtbogens. Der Bolzenhalter 100 befindet sich also wenigstens zeitweise während des Schweißvorgangs in der Schweißposition.
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Nach erfolgter Verbindung des zu verschweißenden Bolzens mit dem korrespondierenden Werkstück kann ein nachfolgender Schritt, das sogenannte „Freifahren” des Bolzens umfassen. Dazu wird der Bolzenhalter 100 wenigstens um die Länge des Bolzens in Richtung der Längsausdehnung des Bolzens bewegt, sodass nunmehr die Bewegung des Bolzenhalters 100 keine Führung durch den bereits verschweißten Bolzen erfährt. Dies kann beispielsweise wiederum mit Hilfe der beschriebenen Antriebsmittel erfolgen, die dem Bolzenhalter 100 zugeordnet bzw. mit diesem verbunden sind, also mit Hilfe eines steuerbaren Federelements, eines piezoelekrischen Antriebs, eines Elektromotors aber auch von druckbetriebenen Antriebsmitteln, die bevorzugt hydraulisch oder pneumatisch betrieben sind, wobei bevorzugt die Antriebsmittel besonders bevorzugt zum Antrieb einer Bewegung in die erste Richtung ausgebildet sind. Somit kann vorgesehen sein, das „Freifahren” des Bolzenhalters 100 beispielsweise auch mit Hilfe von Antriebsmitteln erfolgen, die eine Bewegung der Versorgungseinrichtung 200 gegenüber dem Halteelement 300 antreiben.
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Ferner kann in einem weiteren Schritt vorgesehen sein, dass der Bolzenhalter 100, wiederum bevorzugt pneumatisch, mit Hilfe der Antriebsmittel 110, in diesem Fall dem Kurzhubzylinder, in eine zweite Richtung bewegt wird, in der Art, dass ein in einem vorangegangenen Schritt erfolgter Vorschub des Bolzenhalters 100 in diese Richtung wieder umgekehrt bzw. zurückgestellt ist. Bevorzugt befindet sich der Bolzenhalter 100 nunmehr in einer Position, in welche Durchführungsöffnungen des Zuführungskanals 230 der Versorgungseinrichtung 200 und des Bolzenhalters 100 zur Zuführung eines zu verschweißenden Bolzens konzentrisch angeordnet sind.
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In einem nachfolgenden Schritt kann dann die Bewegung des Bolzenhalters 100, bevorzugt in die erste Richtung vorgesehen sein, bis der Bolzenhalter 100 sich in der bereits beschriebenen ersten Stellung befindet, die ein automatische Zuführen eines zu verschweißenden Bolzens erlaubt. Besonders bevorzugt könnte beispielsweise auch ein temporäres Verrasten des Bolzenhalters 100 mit der Versorgungseinrichtung 200 in dieser ersten Stellung vorgesehen sein, um die sichere Zuführung des Bolzens zu ermöglichen und gleichzeitig eine kompakte Bauweise des Bolzenhalters 100 zu fördern. 7 zeigt wiederum diesen Fall, der vorsieht, dass nach dem nunmehr ermöglichten Verschweißen des Bolzens an der Befestigungsfläche T der Bolzenhalter 100 sich in der beschriebenen ersten Stellung – seiner „Ausgangsposition” – befindet.
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Eine erneute Wiederholung der beschriebenen Schritte, die auch die Variation der fakultativ beschriebenen Aspekte in aufeinanderfolgenden Wiederholungen umfassen kann, ermöglicht das automatische Verschweißen einer Vielzahl von Bolzen mit Hilfe der Vorrichtung zum automatischen Bolzenschweißen.
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Bevorzugt umfasst die Vorrichtung zum automatischen Bolzenschweißen entsprechende Steuerungsmittel, die dazu ausgebildet sind, den automatischen Schweißvorgang beispielsweise auch in einer Vielzahl von Wiederholungen, einem vorbestimmten Ablauf entsprechend zu steuern.
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Aus dem Vorbeschriebenen wird deutlich, dass die Erfindung die Möglichkeiten zur automatischen Zuführung von Bolzen zu einer Schweißstelle bzw. die Zugänglichkeit der Schweißstelle für Vorrichtungen zum automatischen Bolzenschweißen deutlich optimiert. Abschließend ist darauf hinzuweisen, dass die Kombination von Merkmalen verschiedener Ausführungsbeispiele bzw. Verfahren oder in Figuren offenbarter Merkmale erfindungsgemäß eingeschlossen ist.
