DE102011103647A1

DE102011103647A1 - Spannzangenwechselvorrichtung, Bolzenschweißanlage und Verfahren zum automatischen Wechseln von Spannzangen

Info

Publication number: DE102011103647A1
Application number: DE201110103647
Authority: DE
Inventors: Christian Gollnick; Stefan Jahn; Henning Giemsch; Bohn Alexander; Torsten Beutner; Thorsten Ilchmann
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Beutner Torsten De; Bohn Alexander De; Giemsch Henning De; Gollnick Christian De; Ilchmann Thorsten De; Jahn Stefan De
Priority date: 2011-06-08
Filing date: 2011-06-08
Publication date: 2012-01-05

Abstract

Die vorliegende Erfindung stellt eine Wechselvorrichtung (1) zum Wechseln von Spannzangen (2) bereit, wobei die Wechselvorrichtung (1) mit einer Bolzenschweißeinrichtung operativ koppelbar ist. Die Wechselvorrichtung (1) umfasst eine Entnahmestation (3), mittels derer eine gebrauchte Spannzange (2) von der Bolzenschweißeinrichtung entnehmbar ist, und eine Aufnahmestation (4), mittels derer eine ungebrauchte Spannzange (2) der Bolzenschweißeinrichtung zuführbar ist, wobei die Entnahmestation (3) und die Aufnahmestation (4) eine Haltevorrichtung zum lösbaren Halten der Spannzange (2) aufweisen. Ferner offenbart die vorliegende Erfindung eine Bolzenschweißanlage, umfassend eine Bolzenschweißeinrichtung und die Wechselvorrichtung (1) sowie ein Verfahren zum automatischen Spannzangenwechseln.

Description

Die Erfindung betrifft eine Wechselvorrichtung zum Wechseln von Spannzangen, eine Bolzenschweißanlage mit einer Bolzenschweißeinrichtung und der Wechselvorrichtung sowie ein Verfahren zum automatischen Wechseln von Spannzangen.
Aus dem Stand der Technik sind Bolzenschweißvorrichtungen bekannt, die generell einen Schweißkopf aufweisen, der eine Spannzange zur Aufnahme des Bolzens umfasst. Das dabei verwendete Schweißverfahren ist das so genannte Kurzzeit-Lichtbogenschweißen, auch ”Bolzenschweißen” genannt. Hierbei wird der in der Spannzange aufgenommene Bolzen zunächst gegenüber dem Bauteil angehoben, ein Schweißlichtbogen zwischen dem Bolzen und dem Bauteil erzeugt und der Bolzen anschließend wieder abgesenkt. Das Einsetzen des Bolzens in die Spannzange kann durch eine automatische Zuführeinrichtung, bspw. mittels Druckluft, erfolgen. Nach geeigneter Positionierung des Bolzens in Bezug auf das Bauteil, in der Regel mittels eines Roboterarms, wird der Schweißvorgang gestartet. Damit kann eine Vielzahl von Schweißvorgängen nacheinander auch vollautomatisiert durchgeführt werden.
Aus der DE 102 20 560 A1 ist eine derartige Vorrichtung zum Bolzenschweißen bekannt, wobei die Spannzange mindestens zwei elektrisch gegeneinander isolierte Segmente aufweist. So wird ermöglicht, eine elektrische Verbindung zu erkennen, die bei Aufnahme des Bolzens zwischen den gegeneinander isolierten Segmenten hergestellt wird, wobei überprüft werden kann, ob sich ein Bolzen in der Spannzange befindet oder nicht.
Solche Bolzenschweißprozesse werden häufig automatisiert mittels eines Roboters, der einen Schweißkopf aufweist, durchgeführt, beispielsweise in der Kraftfahrzeugindustrie, wo eine Vielzahl derartiger Bolzen auf das Fahrzeugblech gefügt wird. Für hohe Taktzeiten bei der Zuführung der Bolzen in den Schweißkopf können die Bolzen quasi von hinten in den Schweißkopf zugeführt werden, wobei der zugeführte Bolzen in eine definierte Bereitstellungsposition versetzt wird, so dass der Schweißvorgang eingeleitet werden kann. Dazu beschreibt die DE 10 2008 033 371 A1 eine Halteeinrichtung als Teil des Schweißkopfes, der dort Fügekopf genannt wird, über den die Bolzen in die definierte Bereitstellungsposition versetzt werden. Dazu weist die Halteeinrichtung ein Spannzangenbauteil mit einem Einspannabschnitt und einen hohlen Einfuhrabschnitt auf. Ein Bolzen mit einem radial vorstehenden Flanschabschnitt wird über den Einführabschnitt zu dem Einspannabschnitt eingeführt, der dazu ausgelegt ist, eine radial nach innen gerichtete Spannkraft zum Einspannen des Bolzens auszuüben. An dem Einführabschnitt ist eine Sicherungseinrichtung angeordnet, an der der Flanschabschnitt des Bolzens vorbeigeführt wird, wobei die Sicherungseinrichtung in Bezug auf den Einspannabschnitt so ausgebildet ist, dass der an der Sicherungseinrichtung vorbei geführte Flanschabschnitt in einer Sicherungsposition zwischen der Sicherungseinrichtung und dem Einspannabschnitt gesichert gelagert ist. Diese Sicherungseinrichtung weist dabei wenigstens zwei radial gegeneinander bewegliche Sicherungshülsenabschnitte auf, die als separate Bauteile ausgebildet sind und zusammen eine Sicherungshülse bilden. Ferner wird dort ein Zuführverfahren zum Zuführen des Bolzens in die Halteeinrichtung des Fügekopfes, bis der Flanschabschnitt vor einem Einspannabschnitt der Halteeinrichtung angeordnet ist, angegeben, um die Zuverlässigkeit der Zuführung zu erhöhen.
Die EP 0 003 781 A1 offenbart einen Schweißbrenner zum Lichtbogenschweißen mit einem Spannzangengehäuse, das in mechanischer Wirkverbindung mit einer Spannzange steht, die ein gewindeloses Kontaktrohr umgibt. Mit diesem Schweißbrenner soll das Kontaktrohr einfach gelöst und befestigt werden können und die von dem Kontaktrohr aufgenommene Wärme soll schnell an ein gekühltes Brennerrüsselende abgeführt werden können. Dazu ist das Kontaktrohr als Vieleckprofil ausgebildet, während die Spannzange eine dem Vieleckprofil des Kontaktrohrs entsprechende Vieleckprofilöffnung aufweist und über ein Gewinde in dem Spannzangengehäuse befestigt werden kann. Die Spannzange kann dann zusammen mit dem Kontaktrohr mittels eines entsprechenden Vielkantschlüssels in dem Spannzangengehäuse des Schweißbrenners arretiert und gelöst werden.
Das Auswechseln der Spannzangen erfolgt üblicherweise nach Ermitteln größerer Abweichungen von einem vorgegebenen Sollwert bei der Überprüfung der Schweißergebnisse, und/oder kursorisch nach einer bestimmten Anzahl von Schweißvorgängen. Hierzu wird die alte und eventuell defekte bzw. abgenutzte Spannzange von einem Werker manuell gelöst, entsorgt und dann eine neue wieder angebracht bzw. angeschraubt. Dies kostet viel Umrüstzeit, so dass zu diesen Tätigkeiten die Produktionsanlage unter Inkaufnahme eines Produktionsausfalls angehalten werden muss. Zudem werden die Anschraubungen unter unterschiedlichen Anzugsmomenten ausgeführt. Ferner können beim Wechsel Handhabungsfehler auftreten, so dass das sich anschließende Produktionsverfahren nicht einwandfrei funktioniert.
Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung und ein Verfahren zu schaffen, um einen Produktionsablauf trotz Spannzangenwechsels ungestört abfolgen zu lassen.
Diese Aufgabe wird durch eine Wechselvorrichtung zum Wechseln von Spannzangen mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Eine verbesserte Bolzenschweißanlage, in der die erfindungsgemäße Wechselvorrichtung zum Einsatz kommt, ist mit den Merkmalen des Anspruchs 5 offenbart.
Ferner wird die erfindungsgemäße Aufgabe mit einem Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 7 gelöst.
Weiterbildungen der Vorrichtungen und des Verfahrens sind in den jeweiligen Unteransprüchen ausgeführt.
Eine erste Ausführungsform bezieht sich auf eine Wechselvorrichtung zum Wechseln von Spannzangen. Diese Wechselvorrichtung ist dabei zur operativen Kopplung mit einer Bolzenschweißeinrichtung vorgesehen, die zur Durchführung von Bolzenschweißvorgängen eine Spannzange aufweist, die nach einer gewissen Produktionszeit bzw. nach einer bestimmten Anzahl an durchgeführten Schweißvorgängen gegen eine neue Spannzange ausgewechselt werden soll. „Operative Kopplung” bedeutet hierbei, dass zum Ausführen der Schweißoperation bzw. des Vorgangs ein unterstützendes Eingreifen der Wechselvorrichtung erfolgt.
Dazu weist die Wechselvorrichtung zum einen eine Entnahmestation, mittels derer eine gebrauchte Spannzange von der Bolzenschweißeinrichtung entnommen werden kann, und zum anderen eine Aufnahmestation auf, mittels derer eine ungebrauchte Spannzange der Bolzenschweißeinrichtung zugeführt werden kann. Sowohl die Entnahmestation als auch die Aufnahmestation sind mit einer Haltevorrichtung ausgestattet, mit der die jeweilige Spannzange lösbar bzw. entnehmbar gehalten werden kann. Durch die operative Kopplung der Wechselvorrichtung bei Verwendung mit der Bolzenschweißeinrichtung wird die Wechselvorrichtung derart in Bezug zu der Bolzenschweißeinrichtung angeordnet und betrieben, dass die Stationen der Wechselvorrichtung durch die Bolzenschweißeinrichtung erreichbar sind und eine Taktung der Bereitstellung neuer Spannzangen auf die Bolzenschweißeinrichtung abgestimmt ist, so dass die neue Spannzange bereitsteht, wenn die gebrauchte Spannzange entnommen wird.
Die erfindungsgemäße Wechselvorrichtung ermöglicht so ein automatisiertes Wechseln von Spannzangen, wobei eine abgenutzte bzw. defekte Spannzange entfernt und eine neue Spannzange automatisch zugeführt wird.
Die Haltevorrichtung der Entnahme- und der Aufnahmestation kann durch einen hohlen Dorn realisiert werden, der an einem oberen Abschnitt, der eine Aufnahmeöffnung für die Spannzange hat, die als Gegenkontur zu einer Außenkontur der Spannzange an deren Spannzangenbund ausgebildet ist. Dazu weist der Spannzangenbund an dem wenigstens einem Abschnitt einen nicht kreisrunden Querschnitt auf. Die Außenkontur kann beispielsweise ein Außenmehrkant sein, so dass die Spannzange in dem hohlen Dorn, der als entsprechende Gegenkontur einen Innenmehrkant aufweist, drehstabil aufgenommen werden kann. Die Spannzange, die vorzugsweise ein Gewinde aufweist, mittels dessen sie in der Spannzangenaufnahme des Schweißkopfes verschraubt werden kann, wird dann verdrehsicher in der Haltevorrichtung gehalten, so dass ein Ein- bzw. Ausschrauben der Spannzange ermöglicht wird.
So kann der hohle Dorn wie bereits angedeutet an dem oberen Abschnitt eine Innenkontur aufweisen, die einer Außenkontur der Spannzange entspricht, alternativ dazu kann er jedoch auch, insbesondere, wenn es sich bei der Spannzange um eine Außenmehrkant-Spannzange handelt, d. h. eine Spannzange, die an ihrem Bund einen außenumfänglichen mehrkantigen Abschnitt aufweist, zinnenartig ausgebildet sein und mehrere Ausnehmungen zur Aufnahme der Kanten der Außenmehrkant-Spannzange aufweisen.
Ferner kann erfindungsgemäß vorgesehen sein, dass die Wechselvorrichtung wenigstens eine Handhabungseinrichtung aufweist, um die gebrauchten und/oder die ungebrauchten Spannzangen handzuhaben, etwa aus der Entnahmestation zu entfernen oder in die Aufnahmestation zu überführen. Dazu kann die Wechselvorrichtung eine Sammeleinrichtung für die gebrauchten Spannzangen umfassen, wie beispielsweise einen Auffangcontainer und einen zu dem Auffangcontainer führenden Entsorgungsschacht. Mit der Handhabungseinrichtung können dann die gebrauchten Spannzangen von der Entnahmestation zu dem Entsorgungsschacht bewegt werden.
Zusätzlich kann die Wechselvorrichtung ein Spannzangenmagazin aufweisen, in dem eine Mehrzahl ungebrauchter Spannzangen bereitgestellt wird. Das Spannzangenmagazin kann dabei mit einer Vereinzelungsvorrichtung zur Vereinzelung der ungebrauchten Spannzangen und mit einer Abgabevorrichtung für eine vereinzelte ungebrauchte Spannzange ausgestattet sein. Die vereinzelte ungebrauchte Spannzange kann aus der Abgabevorrichtung beispielsweise mittels der Handhabungseinrichtung in die Aufnahmestation überführt werden, die Abgabevorrichtung kann aber auch selbst als Aufnahmestation ausgeführt sein. Außerdem kann das Spannzangenmagazin eine Zuführungseinrichtung für die ungebrauchten Spannzangen zu der Vereinzelungsvorrichtung umfassen, in einfachster Weise kann dazu das Spannzangenmagazin in Richtung der Vereinzelungsvorrichtung geneigt sein, so dass die Spannzangen durch die Schwerkraft zur Vereinzelungsvorrichtung geschoben werden und somit die Neigung des Spannzangenmagazin quasi die Zuführungseinrichtung bereitstellt.
Schließlich kann, damit die ungebrauchte Spannzange in der Spannzangenaufnahme des Schweißkopfes mit einem festgelegten Drehmoment angezogen werden kann, die Haltevorrichtung der Aufnahmestation eine entsprechende Vorrichtung nach Art eines auslösenden Drehmomentschlüssels zum Einstellen eines vorbestimmten Anzugsmoments der Spannzange in der Spannzangenaufnahme des Schweißkopfes umfassen. Diese Drehmomentvorrichtung kann dazu ein Federelement und ein Ratschelement aufweisen. Mittels des Federelements lässt sich das auslösende Drehmoment des Ratschelements einstellen.
Ein weiterer erfindungsgemäßer Gegenstand bezieht sich auf eine Bolzenschweißanlage, die eine Bolzenschweißeinrichtung und eine wie zuvor beschriebene erfindungsgemäße Wechselvorrichtung aufweist. Die Bolzenschweißeinrichtung umfasst einen Schweißroboter mit einem Roboterarm, an dem ein Schweißkopf mit einer Spannzangenaufnahme angeordnet ist, von der die Spannzange aufgenommen wird. Die Wechselvorrichtung ist dabei derart in Bezug zu dem Schweißroboter angeordnet, dass die Entnahmestation und die Aufnahmestation mit dem Schweißkopf durch den Roboterarm angesteuert werden können. Die operative Kopplung der Wechselvorrichtung mit der Bolzenschweißeinrichtung lässt eine abgestimmte Taktung der Schweißvorgänge und des Spannzangenwechsels zu, so dass eine neue Spannzange in der Aufnahmestation der Wechselvorrichtung bereitgestellt ist, wenn der Schweißroboter den Schweißkopf dorthin verfährt, nachdem er in der Entnahmestation die alte Spannzange abgegeben hat. Die Bolzenschweißanlage kann dabei eine Steuerungseinrichtung umfassen, die sowohl die Bolzenschweißeinrichtung als auch die Wechselvorrichtung steuert.
In einer weiteren Ausführungsform kann die Bolzenschweißanlage mit einem zweiten Schweißroboter bzw. einem zweiten Roboterarm ausgestattet sein, an dem ein zweiter Schweißkopf mit einer Spannzangenaufnahme zur Aufnahme der Spannzange angeordnet ist. Die Roboterarme können dabei unabhängig voneinander zur Durchführung von Schweißvorgängen oder zum Wechseln der Spannzange an der Wechselvorrichtung angesteuert werden.
In der erfindungsgemäßen Bolzenschweißanlage findet durch den automatisierten Spannzangenwechsel kein Stoppen der Produktionsanlage statt, so dass vorteilhaft kein Produktionsausfall entsteht.
Das Verfahren zum automatischen Wechseln von Spannzangen an einem Schweißkopf mit einer Spannzangenaufnahme einer Bolzenschweißeinrichtung verwendet die vorbeschriebene Wechselvorrichtung bzw. Schweißanlage mit Wechselvorrichtung und umfasst die Schritte:

– Entnehmen einer gebrauchten Spannzange aus der Spannzangenaufnahme des Schweißkopfs, dabei Halten der gebrauchten Spannzange durch die Haltevorrichtung der Entnahmestation,
– Bereitstellen einer ungebrauchten Spannzange in der Aufnahmestation,
– Aufnehmen der ungebrauchten Spannzange in die Spannzangenaufnahme des Schweißkopfs, dabei Halten der ungebrauchten Spannzange durch die Haltevorrichtung der Aufnahmestation.

Um die gebrauchte Spannzange zu der Entnahmestation zu bringen und die neue Spannzange an der Aufnahmestation aufzunehmen, werden diese mit dem Schweißkopf angesteuert, indem ein Roboterarm der Bolzenschweißeinrichtung, an dem der Schweißkopf angeordnet ist, entsprechend verfahren.
Ferner können Verfahrensschritte das Aufnehmen der gebrauchten Spannzange durch eine Handhabungseinrichtung aus der Entnahmestation und das Überführen in eine Sammeleinrichtung für gebrauchte Spannzange, sowie das Bereitstellen mehrerer ungebrauchten Spannzangen als Vorrat in einem Spannzangenmagazin und Vereinzeln der ungebrauchter Spannzangen mittels der Vereinzelungsvorrichtung und das Überführen einer vereinzelten ungebrauchten Spannzange in eine Abgabevorrichtung umfassen, aus der wiederum ein Überführen der vereinzelten ungebrauchten Spannzange in die Aufnahmestation durch die Handhabungseinrichtung erfolgen kann.
Das Halten der gebrauchten Spannzange durch die Haltevorrichtung der Entnahmestation und/oder das Halten der ungebrauchten Spannzange durch die Haltevorrichtung der Aufnahmestation kann gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens drehstabil erfolgen, so dass das Entnehmen der gebrauchten Spannzange durch die Entnahmestation ein Verdrehen des Schweißkopfs durch den Roboterarm in einer ersten Richtung umfasst, bis die gebrauchte Spannzange aus der Spannzangenaufnahme des Schweißkopfes gelöst ist. Das Aufnehmen der ungebrauchten Spannzange aus der Aufnahmestation erfolgt dann mittels Verdrehen des Schweißkopfs durch den Roboterarm in einer Richtung, die zu der ersten Richtung entgegengesetzt ist, bis die ungebrauchte Spannzange in die Spannzangenaufnahme des Schweißkopfes eingedreht ist. Das Eindrehen der ungebrauchten Spannzange wird dabei vorzugsweise mit einem vorbestimmten Drehmoment durchgeführt, so dass die bislang durch unterschiedliche Anzugsmomente bei dem manuellen Spannzangenwechsel entstandenen Störungen vermieden werden.
Schließlich kann das erfindungsgemäße Verfahren das Durchführen des Spannzangenwechsels nach einem vorbestimmten Zeitintervall und/oder einer vorbestimmten Anzahl von Schweißvorgängen umfassen. Durch vorbestimmte Wechselintervalle können Störungen bei hohem Aufkommen automatisch beseitigt werden. Allerdings können Spannzangen alternativ auch per manuelle Anwahl gewechselt werden, etwa falls von einem Sollwert abweichende Schweißergebnisse festgestellt werden.
In einer entsprechend ausgestatteten Schweißanlage können Schweißvorgänge mit einem ersten Schweißkopf, der an einem ersten Roboterarm angeordnet ist durchgeführt werden, während gleichzeitig ein Spannzangenwechsel an einem zweiten Schweißkopf erfolgt, der an einem zweiten Roboterarm angeordnet ist. So wird vorteilhaft der Schweißprozess nicht unterbrochen, die Produktionsanlage muss nicht gestoppt werden, es entsteht kein Produktionsausfall.
Diese und weitere Vorteile werden durch die nachfolgende Beschreibung unter Bezug auf die begleitenden Figuren dargelegt. Der Bezug auf die Figuren in der Beschreibung dient der Unterstützung der Beschreibung und dem erleichterten Verständnis des Gegenstands. Die Figuren sind lediglich eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der Erfindung. Dabei zeigt:
1 eine Draufsicht auf eine Wechselvorrichtung gemäß einer erfindungsgemäßen Ausführungsform,
2 eine Seitenansicht auf das Spannzangenmagazin mit der Abgabevorrichtung und die Handhabungseinrichtung der erfindungsgemäßen Wechselvorrichtung aus 1,
3 eine Seitenansicht auf die Aufnahmestation der erfindungsgemäßen Wechselvorrichtung aus 1 bei der Aufnahme einer neuen Spannzange durch den Roboterschweißkopf,
4 eine Seitenansicht der Entnahmestation der erfindungsgemäßen Wechselvorrichtung aus 1 und eine Spannzange,
5 eine Seitenexplosionsansicht auf die Aufnahmestation der erfindungsgemäßen Wechselvorrichtung aus 1.
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Wechseln von Spannzangen, insbesondere bei Bolzenschweißeinrichtungen, die das automatische Wechseln der Spannzangen ohne Störung des Produktionsablaufs zulassen.
Eine einfache Ausführungsform der Wechselvorrichtung weist lediglich die Entnahmestation und die Aufnahmestation mit der jeweiligen Haltevorrichtung auf, wobei die Entnahmestation die Entnahme einer gebrauchten Spannzange von einer Bolzenschweißeinrichtung ermöglicht, indem die gebrauchte Spannzange von der Haltevorrichtung gehalten wird, bis die Spannzange von der Bolzenschweißeinrichtung getrennt ist. Danach kann die alte Spannzange aus der Haltevorrichtung gelöst werden, und direkt entsorgt werden, etwa durch fallen Lassen in einen darunter liegenden Auffangbehälter. Die in der Aufnahmestation bereitgestellte neue Spannzange wird von der entsprechenden Haltevorrichtung gehalten, bis die ungebrauchte Spannzange von der Bolzenschweißeinrichtung aufgenommen ist, und dann aus der Haltevorrichtung gelöst. Neue Spannzangen können dabei beispielsweise direkt in die Aufnahmestation gespeist werden.
Vorzugsweise ist die Wechselvorrichtung in eine Bolzenschweißanlage integriert. Zu einem Zeitpunkt, an dem dort eine alte Spannzange eines Schweißroboters ausgewechselt werden soll, verfährt der Roboterarm mit dem Schweißkopf, der die auszuwechselnde alte Spannzangen in einer Spannzangenaufnahme umfasst, zu der Wechselvorrichtung 1, wie sie in 1 dargestellt ist. Dort übergibt der Schweißroboter die auszuwechselnde alte Spannzange an die Entnahmestation 3. Schon zuvor oder gleichzeitig wird in der Aufnahmestation 4 eine neue Spannzange bereitgestellt. Diese wird dann von dem Schweißroboter aufgenommen, indem die bereitgestellte neue Spannzange in der Spannzangenaufnahme des Schweißkopfs am Roboterarm Aufnahme findet.
Die Aufnahme der Spannzange 2 durch den Schweißkopf 10 an dem Roboterarm eines Schweißroboters aus der Aufnahmestation 4 ist in 3 skizziert. Die Spannzange 2 ist bevorzugt mit einem Gewinde versehen, über das sie mit der Spannzangenaufnahme des Schweißkopfes 10 an dem Roboterarm verschraubt wird. Um dies zu ermöglichen, muss die Spannzange 2 drehstabil in der Aufnahmestation 4 gehalten werden. Entsprechendes gilt für das Herausschrauben einer alten Spannzange aus dem Schweißkopf 10 in der Entnahmestation 3. Für die drehstabile Positionierung der Spannzange in der Entnahmestation 3 und der Aufnahmestation 4 ist jeweils eine Haltevorrichtung vorgesehen. Dabei kann es sich um eine Greifeinrichtung handeln, es kann aber auch, wie in den Figuren dargestellt, ein hohler Dorn 3b, 4b verwendet werden.
An den Oberseiten 3a, 4a des hohlen Dorns 3b, 4b der Entnahmestation 3 und der Aufnahmestation 4 ist eine Gegenkontur zu einer Außenkontur der Spannzange 2 an ihrem Bund 2a (vergleiche auch 4) vorgesehen. Weist wie im vorliegenden Beispiel die Spannzange 2 an ihrem Bund 2a als Außenkontur einen Außenmehrkant 2b auf, so ist vorliegend als Gegenkontur an der Oberseite 4a des hohlen Dorns 4b der Aufnahmestation 4 ein entsprechender Innenmehrkant ausgebildet. Als dazu alternative Lösung für die drehstabile Anlage weist, wie in 4 an der Entnahmestation 3 gezeigt, der hohle Dorn 3b an dem oberen Abschnitt 3a Ausnehmungen auf, so dass der hohle Dorn 3b der Entnahmestation 3 an seinem freien Ende 3a zinnenartig ausgebildet ist. Hier können die Kanten des Mehrkants 2b der Spannzange 2 in den Ausnehmungen die drehstabile Anlagen finden.
Außer einer Mehrkantkontur sind weitere Konturen denkbar, die eine drehstabile Anlage der Spannzange in den hohlen Dornen ermöglichen, beispielsweise eine ovale Kontur, ein Zweiflach, eine gewellte oder gezackte Umfangslinie, etc.
Wie oben dargelegt, verfährt der Roboterarm zur Entnahme einer gebrauchten Spannzange mit dem Schweißkopf 10 zum Dorn 3b der Entnahmestation 3 und setzt dort die Spannzange 2 mit dem Außenmehrkant 2b in die zinnenartige Kontur 3a des Dornes 3b ein. Danach verdreht der Roboterarm den Schweißkopf 10, bis die Spannzange 2 abgeschraubt ist und am lagefesten Dorn 3b der Entnahmestation 3 verbleit. Der Roboterarm verfährt nun zum Dorn 4b der Aufnahmestation 4, in dem bereits eine neue Spannzange 2 bereitgestellt ist, die mit ihrem Außenmehrkant 2b in dem Innenmehrkant 4a drehstabile Anlage findet. Der Roboter verfährt mit dem Schweißkopf 10 abwärts in die neue Spannzange 2 hinein, woraufhin die Verschraubung der Spannzange 2 in die Spannzangenaufnahme des Schweißkopfes 10 in umgekehrter Richtung wie die Abschraubung erfolgt.
Der Schweißroboter kann nun weiter die Produktion aufnehmen, wobei die Zeit für den Wechsel der Spannzange sehr kurz ist, so dass die Produktion nicht unterbrochen werden muss. Die Betriebssicherheit ist für die weitere Produktion hoch, da die Spannzange immer mit einem einheitlichen Moment angezogen wird. Dazu verfügt die Aufnahmestation 4, wie in 5 dargestellt ist, über eine Vorrichtung 8, mit der ein vorbestimmtes Anzugsmoment der Spannzange in der Spannzangenaufnahme des Schweißkopfes eingestellt werden kann. Dazu kann die Vorrichtung 8 ein Federelement 8a und ein Ratschelement 8b umfassen, die dafür sorgen, dass bei der Verschraubung der Spannzange 2 in die Spannzangenaufnahme des Schweißkopfes bei Erreichen eines definierten Anzugsmoments die drehstabile Anlage in der Haltevorrichtung der Aufnahmestation 4 gelöst wird.
Für den Fall, dass die Spannzangen kein Gewinde zur Verschraubung mit der Spannzangenaufnahme aufweisen, sondern beispielsweise gesteckt werden und einrasten, ist eine drehstabile Anlage in den Haltevorrichtungen von Entnahme- und Aufnahmestation nicht erforderlich. Letztere kann denkbar einfach ausgeführt sein und lediglich die Spannzange in einer geeigneten Positionierung zur Aufnahme durch den Schweißroboter bereitstellen. Die Entnahmestation ist dann mit einer entsprechenden Lösevorrichtung für den Rasteingriff der Spannzange in der Spannzangenaufnahme ausgestattet.
Generell kann der Spannzangenwechsel in einem festgelegten Zeitintervall in den Produktionsablauf eingetaktet werden oder nach einer vorbestimmten Anzahl von Schweißvorgängen vorgesehen sein. Auch kann ein Spannzangenwechsel schnell und automatisiert außer der Reihe durchgeführt werden, wenn anhand der Schweißergebnisse ein Verschleiß oder Defekt der Spannzange nahe gelegt wird.
Die Wechselvorrichtung kann, wie in 1 zu sehen, eine sowohl horizontal als auch vertikal verfahrbare Handhabungseinrichtung 5 umfassen, die mit einer betätigbaren Greifeinrichtung, hier bestehend aus den Greifern 5a, ausgestattet ist. Mit dieser Handhabungseinrichtung 5 kann die ausgewechselte alte Spannzange aus der Entnahmestation 3 ausgenommen werden und in eine Sammeleinrichtung 6 für gebrauchte Spannzangen überführt werden. Diese Sammeleinrichtung 6 kann aus einem Entsorgungsschacht 6a bestehen, der abwärts geneigt zu einem Auffangcontainer 6b führt, so dass die gebrauchten Spannzangen unter Einfluss der Schwerkraft durch den Entsorgungsschacht 6a in den Auffangcontainer 6b rutschen.
Ferner kann die Handhabungseinrichtung 5 dazu genutzt werden, neue, ungebrauchte Spannzangen in die Aufnahmestation 4 einzusetzen. Es ist aber nicht ausgeschlossen, dass zu diesem Zweck auch eine andere Handhabungseinrichtung verwendet wird. Für die einfache Bereitstellung neuer Spannzangen 2 kann die Wechselvorrichtung 1 ein Spannzangenmagazin 7 umfassen, in dem die Spannzangen 2 mittels einer geeigneten Vorrichtung 7a vereinzelt und in eine Abgabevorrichtung 7b geführt werden, aus der die Spannzange 2 durch die Greifer 5a der Handhabungseinrichtung 5 gegriffen und zur Aufnahmestation 4 überführt werden kann.
Dies ist in 2 dargestellt, in der eine neue Spannzange 2 aus der Abgabevorrichtung 7b von der Handhabungseinrichtung 5 aufgenommen wurde. Das Spannzangenmagazin 7 ist in Richtung der Abgabevorrichtung 7b geneigt, um das Nachführen der neuen Spannzangen einfach durch Schwerkrafteinfluss zu bewerkstelligen. Nicht dargestellt ist in 2 die Vereinzelungsvorrichtung 7a (vgl. 1), die dafür sorgt, das jeweils eine vereinzelte Spannzange 2 in die Abgabevorrichtung 7b gelangt. Eine solche Vereinzelungsvorrichtung 7a kann beispielsweise, wie in 1 angedeutet, schrankenartig ausgeprägt sein und angesteuert werden, um eine Spannzange 2 in die Abgabevorrichtung 7b gelangen zu lassen. Alternative Ausführungen des Spannzangenmagazins mit Vereinzelungsvorrichtung, Abgabevorrichtung und gegebenenfalls auch einer Zuführungsvorrichtung sind ebenfalls denkbar, letztere kann etwa die mechanische Zuführung der Spannzangen, beispielsweise durch Nutzung einer Federspannung, oder pneumatische Zuführung der Spannzangen umfassen.
Vorliegend wird also die jeweilige vereinzelte Spannzange 2 von der Handhabungseinrichtung 5 aus der Abgabevorrichtung 7b abgefasst und zur Aufnahmestation 4 transferiert. Allerdings kann auch schon die Abgabevorrichtung 7b derart ausgestaltet sein, dass sie als Aufnahmestation fungieren kann und somit von der Abgabevorrichtung 7b kein weiterer Transfer erfolgt, sondern die Spannzange 2 von dort unmittelbar von dem Schweißroboter aufgenommen wird. Diese Variante entspräche der anfangs erwähnten Gestaltung der Aufnahmestation, in die direkt neue Spannzangen gespeist werden.
Schließlich kann vorgesehen sein, dass die Schweißanlage, deren Schweißeinrichtung den Roboterarm mit dem Schweißkopf umfasst, einen weiteren Schweißkopf an einen weiteren Arm trägt, so dass der für die Verschweißung jeweils nicht genützte Roboterarm den Schweißkopf zu der Wechselvorrichtung 1 verfahren und dort den Spannzangenwechsel vornehmen kann.
Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung muss die Spannzange nicht mehr manuell gewechselt werden, ferner muss die Anlage zum Spannzangenwechsel nicht mehr angehalten werden, so dass ein regelmäßiger Spannzangenwechsel durchgeführt werden kann und es dadurch nicht mehr zu den von einem Sollwert abweichenden Schweißergebnissen kommen kann, die bislang bei Verschleiß oder Defekt der Spannzangen auftreten konnten.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 10220560 A1 [0003]
DE 102008033371 A1 [0004]
EP 0003781 A1 [0005]

Claims

Wechselvorrichtung (1) zum Wechseln von Spannzangen (2), wobei die Wechselvorrichtung (1) mit einer Bolzenschweißeinrichtung operativ koppelbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Wechselvorrichtung (1) – eine Entnahmestation (3), mittels derer eine gebrauchte Spannzange (2) von der Bolzenschweißeinrichtung entnehmbar ist, und – eine Aufnahmestation (4), mittels derer eine ungebrauchte Spannzange (2) der Bolzenschweißeinrichtung zuführbar ist, umfasst, wobei die Entnahmestation (3) und die Aufnahmestation (4) eine Haltevorrichtung zum lösbaren Halten der Spannzange (2) aufweisen.
Wechselvorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Haltevorrichtung einen hohlen Dorn (3b, 4b) umfasst, der an einem oberen Abschnitt (3a, 4a) als Gegenkontur zu einer Außenkontur (2b) der Spannzange (2) an einem Spannzangenbund (2a) ausgebildet ist und in dem die Spannzange (2) drehstabil aufnehmbar ist, wobei insbesondere der hohle Dorn (3b, 4b) an dem oberen Abschnitt (3a, 4a) – eine Innenkontur (4a) aufweist, die einer Außenkontur (2b) der Spannzange (2) entspricht, oder – einen zinnenartig (3a) ausgebildeten Rand hat, der mehrere Ausnehmungen zur Aufnahme von Kanten einer Außenmehrkant-Spannzange (2) aufweist.
Wechselvorrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Wechselvorrichtung (1) – eine Handhabungseinrichtung (5) zur Handhabung der gebrauchten und/oder der ungebrauchten Spannzangen (2) und/oder – eine Sammeleinrichtung (6) für die gebrauchten Spannzangen (2), die insbesondere einen Entsorgungsschacht (6a) und einen Auffangcontainer (6b) umfasst, – ein Spannzangenmagazin (7) für einen Vorrat an ungebrauchten Spannzangen (2), das eine Vereinzelungsvorrichtung (7a) zur Vereinzelung der Mehrzahl ungebrauchter Spannzangen (2) und eine Abgabevorrichtung (7b) für eine vereinzelte ungebrauchte Spannzange (2) und eine Zuführungseinrichtung für die eine Mehrzahl ungebrauchter Spannzangen (2) zu der Vereinzelungsvorrichtung (7a) umfasst, aufweist.
Wechselvorrichtung (1) nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Haltevorrichtung der Aufnahmestation (4) eine Vorrichtung (8) zum Einstellen eines vorbestimmten Anzugsmoments der Spannzange (2) in der Spannzangenaufnahme des Schweißkopfes (10) umfasst, wobei die Vorrichtung (8) insbesondere ein Federelement (8a) und ein Ratschelement (8b) umfasst.
Bolzenschweißanlage, die eine Bolzenschweißeinrichtung und eine Wechselvorrichtung (1) nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 4 aufweist, wobei die Bolzenschweißeinrichtung einen Schweißroboter mit einem Roboterarm umfasst, an dem ein Schweißkopf (10) mit einer Spannzangenaufnahme zur Aufnahme einer Spannzange (2) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Wechselvorrichtung (1) mit der Schweißeinrichtung operativ gekoppelt ist und derart in Bezug zu dem Schweißroboter angeordnet ist, dass die Entnahmestation (3) und die Aufnahmestation (4) mit dem Schweißkopf (10) durch den Roboterarm ansteuerbar sind.
Schweißanlage nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Schweißroboter einen zweiten Roboterarm umfasst, an dem ein zweiter Schweißkopf (10) mit einer Spannzangenaufnahme angeordnet ist, in der eine Spannzange (2) aufnehmbar ist, wobei die Roboterarme unabhängig voneinander zur Durchführung von Schweißvorgängen oder zum Wechseln der Spannzange (2) an der Wechselvorrichtung (1) ansteuerbar sind.
Verfahren zum automatischen Wechseln von Spannzangen (2) an einem Schweißkopf (10) mit einer Spannzangenaufnahme einer Bolzenschweißeinrichtung unter Verwendung einer Schweißanlage nach Anspruch 5 oder 6, umfassend die Schritte – Entnehmen einer gebrauchten Spannzange (2) aus der Spannzangenaufnahme des Schweißkopfs (10), dabei mit der Haltevorrichtung der Entnahmestation (3) Halten der gebrauchten Spannzange (2), – Bereitstellen einer ungebrauchten Spannzange (2) in der Aufnahmestation (4), – Aufnehmen der ungebrauchten Spannzange (2) in die Spannzangenaufnahme des Schweißkopfs (10), dabei mit der Haltevorrichtung der Aufnahmestation (4) Halten der ungebrauchten Spannzange (2).
Verfahren nach Anspruch 7, umfassend zumindest einen der Schritte: – Verfahren eines Roboterarms der Bolzenschweißeinrichtung, an dem der Schweißkopf (10) angeordnet ist, dadurch Ansteuern der Entnahmestation (3) und der Aufnahmestation (4) mit dem Schweißkopf (10), und/oder – Aufnehmen der gebrauchten Spannzange (2) durch eine Handhabungseinrichtung (5) aus der Entnahmestation (3) und Überführen in eine Sammeleinrichtung (6) für gebrauchte Spannzangen (2), und/oder – Bereitstellen eines Vorrats an ungebrauchten Spannzangen (2) in einem Spannzangenmagazin (7) und Vereinzeln der ungebrauchten Spannzangen (2) mittels der Vereinzelungsvorrichtung (7a) und Überführen einer einzelnen ungebrauchten Spannzange (2) in eine Abgabevorrichtung (7b), und/oder – Überführen der vereinzelten ungebrauchten Spannzange (2) aus der Abgabevorrichtung (7b) in die Aufnahmestation (4) durch die Handhabungseinrichtung (5).
Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, wobei das Halten der gebrauchten Spannzange (2) durch die Haltevorrichtung der Entnahmestation (3) und/oder das Halten der ungebrauchten Spannzange (2) durch die Haltevorrichtung der Aufnahmestation (4) drehstabil erfolgt, und – das Entnehmen der gebrauchten Spannzange (2) durch die Entnahmestation (3) ein Verdrehen des Schweißkopfs (10) durch den Roboterarm in einer ersten Richtung umfasst, bis die gebrauchte Spannzange (2) aus der Spannzangenaufnahme des Schweißkopfes gelöst ist, und/oder, – das Aufnehmen der ungebrauchten Spannzange (2) aus der Aufnahmestation (4) ein Verdrehen des Schweißkopfs (10) durch den Roboterarm in einer der entgegen gesetzten Richtung umfasst, bis die ungebrauchte Spannzange (2) mit einem vorbestimmten Drehmoment in die Spannzangenaufnahme des Schweißkopfes (10) eingedreht ist.
Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 7 bis 9, umfassend zumindest einen der Schritte: – Durchführen des Spannzangenwechsels nach einem vorbestimmten Zeitintervall und/oder einer vorbestimmten Anzahl an Schweißvorgängen, und/oder – Durchführen der Schweißvorgänge mit dem ersten Schweißkopf (10), der an dem ersten Roboterarm angeordnet ist, und gleichzeitig Durchführen des Spannzangenwechsels mit dem zweiten Schweißkopf (10), der an dem zweiten Roboterarm angeordnet ist.