DE102012107069B4

DE102012107069B4 - Punktschweißvorrichtung

Info

Publication number: DE102012107069B4
Application number: DE102012107069.5A
Authority: DE
Inventors: Noriaki Ogake
Original assignee: Subaru Corp
Current assignee: Subaru Corp
Priority date: 2011-08-09
Filing date: 2012-08-02
Publication date: 2024-05-02
Anticipated expiration: 2032-08-03
Also published as: CN102950371B; CN102950371A; JP5369150B2; US9186747B2; JP2013035037A; US20130037528A1; DE102012107069A1

Abstract

Punktschweißvorrichtung (1), aufweisend:eine erste Schweißelektrode (15),eine zweite Schweißelektrode (25), die so angeordnet ist, dass sie der ersten Schweißelektrode (15) zugewandt ist, und dahingehend konfiguriert ist, ein Werkstück (100) zusammen mit der ersten Schweißelektrode (15) zu klemmen und zu pressen, undeine Steuerpresskraftaufbringvorrichtung (30), die dahingehend konfiguriert ist, eine Steuerpresskraft auf das Werkstück (100) dadurch aufzubringen, dass eine Presskraftaufbringeinheit (39), die in der Nähe der ersten Schweißelektrode (15) angeordnet ist, mit dem Werkstück (100) in Berührung gebracht wird,wobei Punktschweißen ausgeführt wird durch Anlegen von Strom zwischen der ersten Schweißelektrode (15) und der zweiten Schweißelektrode (25), während das Werkstück (100) geklemmt und gepresst wird von der ersten Schweißelektrode (15), die in Berührung ist mit dem Werkstück (100), der Presskraftaufbringeinheit (39) der Steuerpresskraftaufbringvorrichtung (30), die in Berührung ist mit dem Werkstück (100), und der zweiten Schweißelektrode (25), die der ersten Schweißelektrode (15) zugewandt und in Berührung ist mit dem Werkstück (100), undwobei die Steuerpresskraftaufbringvorrichtung (30) aufweist:eine Steuerpresskraftaufbringbetätigungsvorrichtung (31), die einen bewegbaren Schaft (34a, 34b) aufweist, der hin und her bewegbar ist; undeinen Steuerpresskraftaufbringarm (35), der aus einem nichtmagnetischen Material hergestellt ist und aufweist:einen Basisendarm (36), der ein Basisende aufweist, das mit dem bewegbaren Schaft (34a, 34b) verbunden ist und sich in einer Richtung unter einem Winkel bezüglich des bewegbaren Schafts (34a, 34b) erstreckt;einen Arm (37), der ein Basisende aufweist, das mit einem distalen Ende des Basisendarms (36) verbunden ist und sich in einer axialen Richtung der ersten Schweißelektrode (15) erstreckt; undeine bewegbare Aufnahmeeinheit (38), die ein Basisende (38A) aufweist, das mit einem distalen Ende des Arms (37) verbunden ist und ein distales Ende (38B) aufweist, an dem die Presskraftaufbringeinheit (39) vorgesehen ist; undwobei die Steuerpresskraftaufbringvorrichtung (30) dahingehend konfiguriert ist, die Steuerpresskraft auf das Werkstück (100) aufzubringen durch Bewegen des bewegbaren Schafts (34a, 34b) der Steuerpresskraftaufbringbetätigungsvorrichtung (31) und dadurch, _dass die Presskraftaufbringeinheit (39), die an dem distalen Ende des Armes (37) vorgesehen ist, in Berührung mit dem Werkstück (100) gebracht wird; undwobei die Presskraftaufbringeinheit (39), die erste Schweißelektrode (15) und die zweite Schweißelektrode (25) dahingehend konfiguriert sind, eine Steuerpresskraft Fα, eine Presskraft FL und eine Presskraft FU auf das Werkstück (100) so aufzubringen, dass die Presskraft FU gleich der Summe der Presskraft FL und der Steuerpresskraft Fα ist, die auf das Werkstück (100) aufgebracht wird (FU = FL+ Fα).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Punktschweißvorrichtung, die ein Werkstück in Form einer Plattenanordnung, die übereinander angeordnete Platten unterschiedlicher Steifigkeiten aufweist, punktschweißt.
Im Allgemeinen wird Punktschweißtechnik weithin verwendet zum Verbinden übereinander angeordneter Platten wie beispielsweise Stahlplatten. Die Punktschweißtechnik beinhaltet die Verwendung eines Paars Schweißelektroden, um übereinander angeordnete Platten zu klemmen und eine Press- beziehungsweise Klemmkraft aufzubringen, sowie das Aufbringen von Strom zwischen den Schweißelektroden für eine vorbestimmte Zeitdauer.
Im Folgenden wird Bezug genommen auf 6A. Beim Punktschweißen eines Werkstücks 100 in Form einer Plattenanordnung, die drei übereinander angeordnete Platten aufweist, nämlich eine dünne Platte 101, die eine geringere Steifigkeit aufweist, und eine erste dicke Platte 102 und eine zweite dicke Platte 103, die eine höhere Steifigkeit aufweisen als die dünne Platte 101, klemmen eine bewegbare Elektrode 111 und eine feststehende Elektrode 112 das Werkstück 100 so zwischen einander ein, dass sich die dünne Platte 101 in enger Berührung mit der ersten dicken Platte 102 befindet, und dass die erste dicke Platte 102 in enger Berührung mit der zweiten dicken Platte 103 ist. Daraufhin leitet eine Stromquelle 113 Strom in das Werkstück 100 über die bewegbare Elektrode 111 und die feststehende Elektrode 112, wobei die Stromdichte in einem Stromweg zwischen der bewegbaren Elektrode 111 und der feststehenden Elektrode 112 im Wesentlichen gleichförmig wird. Somit wird eine gute Schweißlinse ausgebildet, die sich von der dünnen Platte 101 zu der zweiten dicken Platte 103 erstreckt, wodurch die erforderliche Schweißfestigkeit erhalten wird.
Tatsächlich werden jedoch, wenn das Werkstück 100 zwischen der bewegbaren Elektrode 111 und der feststehenden Elektrode 112 eingeklemmt und zusammengedrückt wird, die dünne Platte 101 mit einer geringeren Steifigkeit und die erste dicke Platte 102 nach oben gebogen, was dazu führt, dass Spalte zwischen der dünnen Platte 101 und der ersten dicken Platte 102 sowie zwischen der ersten dicken Platte 102 und der zweiten dicken Platte 103 ausgebildet werden.
In diesem Fall wird die Kontaktfläche zwischen der bewegbaren Elektrode 111 und der dünnen Platte 101 durch das Biegen der dünnen Platte 101 vergrößert, während die Kontaktfläche des Verbindungsabschnitts zwischen der dünnen Platte 101 und der ersten dicken Platte 102 und die Kontaktfläche des Verbindungsabschnitts zwischen der ersten dicken Platte 102 und der zweiten dicken Platte 103 in Folge der Spalte abnehmen. Daher wird die Stromdichte zwischen der bewegbaren Elektrode 111 und der feststehenden Elektrode 112 an der Seite der zweiten dicken Platte 103 größer als an der Seite der dünnen Platte 101. Dies führt zu einem größeren lokalen kalorischen Wert zwischen der ersten dicken Platte 102 und der zweiten dicken Platte 103 als zwischen der dünnen Platte 101 und der ersten dicken Platte 102.
Als Ergebnis hiervon wird, wie in 6A gezeigt, zunächst eine Schweißlinse 105 ausgebildet an dem Verbindungsabschnitt zwischen der ersten dicken Platte 102 und der zweiten dicken Platte 103. Danach nimmt, wie in 6B gezeigt, die Schweißlinse 105 fortschreitend zu, so dass die dünne Platte 101 und die erste dicke Platte 102 schließlich auch miteinander verschweißt werden. Die Schweißfestigkeit ist jedoch niedrig, da das Maß an Schweißdurchdringung zwischen der dünnen Platte 101 und der ersten dicken Platte 102 gering ist. Die dünne Platte 101 kann daher von der ersten dicken Platte 102 getrennt werden und die Schweißqualität kann variieren. Dieses Problem verstärkt sich besonders dann, wenn die Dicke der ersten dicken Platte 102 und die Dicke der zweiten dicken Platte 103 zunimmt, da die zunehmenden Dicken es schwierig machen, dass die Schweißlinse 105 den Verbindungsabschnitt zwischen der ersten dicken Platte 102 und der dünnen Platte 101 erreicht.
Die japanische ungeprüfte Patentanmeldung mit der Veröffentlichungs-Nr. JP 2003-251 469 A offenbart ein Beispiel eines Punktschweißverfahrens als Gegenmaßnahme bezüglich dieses Problems. Genauer gesagt, wie in 7 gezeigt, wird beim Punktschweißen des Werkstücks 100, das aus drei übereinander angeordneten Platten gebildet ist, d.h. der dünnen Platte 101, der ersten dicken Platte 102 und der zweiten dicken Platte 103, eine Presskraft FU einer bewegbaren Elektrode 125 an der Seite der dünnen Platte 101 niedriger gewählt als eine Presskraft FL einer feststehenden Elektrode 124 an der Seite der zweiten dicken Platte 103. Der Kontaktwiderstand zwischen der dünnen Platte 101 und der ersten dicken Platte 102 wird so erhöht, während der Kontaktwiderstand zwischen der ersten dicken Platte 102 und der zweiten dicken Platte 103 reduziert wird. Demzufolge wird, wenn Strom zwischen der bewegbaren Elektrode 125 und der feststehenden Elektrode 124 angelegt wird, der kalorische Wert an dem Verbindungsabschnitt zwischen der dünnen Platte 101 und der ersten dicken Platte 102 erhöht, wodurch die Schweißfestigkeit zwischen der dünnen Platte 101 und der ersten dicken Platte 102 erhöht wird.
8 zeigt den Aufbau einer Punktschweißvorrichtung zur Ausführung dieses Verfahrens. Genauer gesagt, eine Punktschweißvorrichtung 120 ist an einem Handgelenkteil 116 eines Schweißroboters 115 angebracht. Der Schweißroboter 115 bewegt die Punktschweißvorrichtung 120 zu jeder Punktschweißstelle beziehungsweise -position des Werkstücks 100, das von einer Klemmvorrichtung 118 gehalten wird, und führt Punktschweißen an dem Werkstück 100 aus.
Die Punktschweißvorrichtung 120 weißt eine Basis 122 auf, die vertikal bewegbar gehalten ist von einer Linearführung 121. Die Linearführung 121 ist an einer Anbauhalterung 117 befestigt, die an dem Handgelenkteil 116 angebracht ist. Ein sich nach unten erstreckender feststehender Arm 123 ist an der Basis 122 bereitgestellt. Ein distales Ende des feststehenden Armes 123 ist mit der feststehenden Elektrode 124 versehen.
Ein Druckerzeuger 126 ist an einem oberen Ende der Basis 122 befestigt und dahingehend konfiguriert, eine Stange 127 vertikal zu bewegen. Die bewegbare Elektrode 125 ist an einem unteren Ende der Stange 127 befestigt, so dass sie der feststehenden Elektrode 124 gegenüber liegt. Ein Servomotor 128 ist an einem oberen Ende der Anbauhalterung 117 angebracht. Der Servomotor 128 ist dahingehend konfiguriert, die Basis 122 mittels eines Schneckenantriebsmechanismus in vertikaler Richtung zu bewegen.
Basierend auf Lerndaten, die zuvor in einer Steuereinrichtung (nicht gezeigt) gespeichert wurden, wird die Presskraft FU der bewegbaren Elektrode 125, die an der Seite der dünnen Platte 101 angeordnet ist, auf einen Wert gesetzt, der geringer ist als die Presskraft FL der feststehenden Elektrode 124 (FU < FL).
Um auf diese Weise die Presskraft FU der bewegbaren Elektrode 125 niedriger einzustellen als die Presskraft FL der feststehenden Elektrode 124 (FU < FL), bewirkt die Steuereinrichtung zunächst, dass der Servomotor 128 die Basis 122 aufwärts bewegt, um die feststehende Elektrode 124 in Berührung mit einer unteren Oberfläche des Werkstücks 100 zu bringen, und dass der Druckerzeuger 126 die bewegbare Elektrode 125 nach unten bewegt, um die bewegbare Elektrode 125 in Berührung mit einer oberen Oberfläche des Werkstücks 100 zu bringen. In diesem Fall wird die Presskraft des Druckerzeugers 126 gleichmäßig auf die bewegbare Elektrode 125 und die feststehende Elektrode 124 aufgebracht über die Basis 122 und den feststehenden Arm 123.
Anschließend wird die Basis 122 durch den Servomotor 128 aufwärts bewegt. Wenn die Basis 122 aufwärts bewegt wird, nimmt die Presskraft FL der feststehenden Elektrode 124 zu um einen Betrag, der der Distanz der Aufwärtsbewegung der Basis 122 entspricht, wodurch die Presskraft FU der bewegbaren Elektrode 125 geringer wird als die Presskraft FL der feststehenden Elektrode 124 (FU < FL).
Dies führt dazu, dass, wenn Strom zwischen der bewegbaren Elektrode 125 und der feststehenden Elektrode 124 aufgebracht wird, die Stromdichte an dem Verbindungsabschnitt zwischen der dünnen Platte 101 und der ersten dicken Platte 102 hoch wird, was zur Folge hat, dass der kalorische Wert relativ höher wird als der kalorische Wert an dem Verbindungsabschnitt zwischen der ersten dicken Platte 102 und der zweiten dicken Platte 103. Demzufolge wird eine gute und gleichförmige Schweißlinse ausgebildet, die sich von der dünnen Platte 101 zu der zweiten dicken Platte 103 erstreckt, wodurch eine hohe Schweißfestigkeit sichergestellt wird.
In der oben genannten japanischen ungeprüften Patentanmeldung mit der Veröffentlichungs-Nr. 2003-251469 wird die feststehende Elektrode 124 in Berührung gebracht mit der zweiten dicken Platte 103 des Werkstücks 100, das von der Klemmvorrichtung 118 geklemmt wird, und die bewegbare Elektrode 125 wird in Berührung gebracht mit der dünnen Platte 101. Zudem wird die Presskraft FU der bewegbaren Elektrode 125 niedriger eingestellt als die Presskraft FL der feststehenden Elektrode 124 durch Bewegen der Basis 122 aufwärts. Hierdurch wird die Stromdichte zwischen der dünnen Platte 101 und der ersten dicken Platte 102 relativ höher. Somit kann ein ausreichender kalorischer Wert erhalten werden an dem Verbindungsabschnitt zwischen der dünnen Platte 101 und der ersten dicken Platte 102, wodurch ein erhöhtes Maß an Schweißdurchdringung und eine erhöhte Schweißfestigkeit erreicht werden.
Wenn jedoch die Presskraft FU der bewegbaren Elektrode 125 so eingestellt wird, dass sie geringer ist als die Presskraft FL der feststehenden Elektrode 124, durch Bewegen der Basis 122, während das Werkstück 100 von der Klemmvorrichtung 118 geklemmt wird und gehalten und gepresst wird zwischen der feststehenden Elektrode 124 und der bewegbaren Elektrode 125, wird eine große Last auf die Klemmvorrichtung 118 aufgebracht, die das Werkstück 100 klemmt. Andererseits, wenn die Klemmposition des Werkstücks 100, das von der Klemmvorrichtung 118 geklemmt wird, und die Schweißposition des Werkstücks 100 deutlich voneinander entfernt sind, wird das Werkstück 100 deformiert und gebogen. Dies bewirkt, dass die Presskraft FL der feststehenden Elektrode 124 und die Presskraft FU der bewegbaren Elektrode 125 variieren, was es schwierig macht, einen stabilen Kontaktwiderstand zwischen der dünnen Platte 101 und der ersten dicken Platte 102 und einen stabilen Kontaktwiderstand zwischen der ersten dicken Platte 102 und der zweiten dicken Platte 103 zu erhalten. Dies kann zu Variationen in der Stromdichte an den Verbindungsabschnitten führen, was zu einer reduzierten Punktschweißqualität führt.
Die WO 02/36 299 A1 offenbart eine Vorrichtung zum punktuellen Verschweißen von wenigstens zwei Bauteilen mit zwei Schweißelektroden und einer Nachführeinrichtung zum Aufbringen von Druck auf die beiden Schweißelektroden.
US 1 672 702 A offenbart ferner eine elektrische Punktschweißvorrichtung mit einem Paar Elektroden und einem Transformator zur Stromversorgung der Elektroden, wobei der Transformator eine Sekundärseite mit einer Vielzahl von Leitern mit ungleichen Blindwiderständen und eine Vielzahl von Leitungen mit ungleichen Blindwiderständen zur Verbindung der Sekundärseite mit den Elektroden, wobei die Leitungen mit den größeren Blindwiderständen mit den Sekundärleitern mit den kleineren Blindwiderständen verbunden sind.
Dementsprechend liegt der vorliegenden Erfindung das technische Problem zugrunde, eine Punktschweißvorrichtung bereitzustellen, die eine hohe Schweißqualität erreichen kann, wenn ein Werkstück in der Form einer Plattenanordnung, die aufeinander angeordnete Platten unterschiedlicher Steifigkeiten beinhaltet, punktgeschweißt wird.
Dieses technische Problem wird gelöst durch eine Punktschweißvorrichtung gemäß Patentanspruch 1. Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen angegeben.
Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Punktschweißvorrichtung bereitgestellt, die eine erste Schweißelektrode, eine zweite Schweißelektrode, die so angeordnet ist, dass sie der ersten Schweißelektrode gegenüber liegt, und so konfiguriert ist, dass sie zusammen mit der ersten Schweißelektrode ein Werkstück klemmen und pressen kann, und eine Steuerpresskraftaufbringvorrichtung, die dahingehend konfiguriert ist, eine Steuerpresskraft auf das Werkstück aufzubringen dadurch, dass eine Presskraftaufbringeinheit, die in der Nähe der ersten Schweißelektrode angeordnet ist, in Berührung gebracht wird mit dem Werkstück, aufweist. Das Punktschweißen wird ausgeführt durch Anlegen von Strom zwischen der ersten Schweißelektrode und der zweiten Schweißelektrode, während das Werkstück geklemmt und gepresst wird von der ersten Schweißelektrode und der Presskraftaufbringeinheit der Steuerpresskraftaufbringvorrichtung, die in Berührung sind mit dem Werkstück, und der zweiten Schweißelektrode, die der ersten Schweißelektrode zugewandt ist und in Berührung ist mit dem Werkstück. Die Steuerpresskraftaufbringvorrichtung weist einen Steuerpresskraftaufbringarm auf, an dem die Presskraftaufbringeinheit vorgesehen ist. Der Steuerpresskraftaufbringarm ist aus einem nichtmagnetischen Material gefertigt. Die Steuerpresskraftaufbringvorrichtung ist dahingehend konfiguriert, die Steuerpresskraft auf das Werkstück aufzubringen, indem die Presskraftaufbringeinheit, die an dem Steuerpresskraftaufbringarm angebracht wird, in Berührung gebracht wird mit dem Werkstück.
Gemäß dem obigen Aspekt werden eine Presskraft der ersten Schweißelektrode und eine Steuerpresskraft der Presskraftaufbringeinheit der Steuerpresskraftaufbringvorrichtung auf das Werkstück aufgebracht, während eine Presskraft der zweiten Schweißelektrode, die der ersten Schweißelektrode zugewandt ist, auf das Werkstück aufgebracht wird. Dies bedeutet, dass die Presskraft der ersten Schweißelektrode kleiner ist als die Presskraft der zweiten Schweißelektrode. Demzufolge wird, wenn Strom angelegt wird zwischen der ersten Schweißelektrode und der zweiten Schweißelektrode, während ein Werkstück geklemmt und gepresst wird, das gebildet ist aus beispielsweise einer dünnen Platte mit einer niedrigen Steifigkeit und einer ersten und zweiten dicken Platte, die eine höhere Steifigkeit aufweisen als die dünne Platte, die übereinander angeordnet sind, die Stromdichte an einem Verbindungsabschnitt zwischen der dünnen Platte und der ersten dicken Platte relativ höher. Somit wird eine gute Schweißlinse ausgebildet, die sich von der dünnen Platte zu der zweiten dicken Platte erstreckt, wodurch ein Werkstück mit hoher Schweißqualität erhalten wird.
Andererseits, wenn das Schweißen durchgeführt wird, fließt ein großer Schweißstrom durch die erste Schweißelektrode und die zweite Schweißelektrode, so dass ein Magnetfeld um die erste Schweißelektrode und die zweite Schweißelektrode herum erzeugt wird. Da jedoch der Steuerpresskraftaufbringarm, der nahe an der ersten Schweißelektrode und der zweiten Schweißelektrode angeordnet ist, aus einem nichtmagnetischen Material hergestellt ist, ist es möglich, das Auftreten von elektromagnetisch induzierter Wärme in dem Steuerpresskraftaufbringarm zu verhindern oder das Risiko des Auftretens von elektromagnetisch induzierter Erwärmung zu minimieren. Hierdurch wird ein Temperaturanstieg des Steuerpresskraftaufbringarms unterdrückt, was verhindert, dass der Steuerpresskraftaufbringarm durch Wärme beeinträchtigt wird. Des Weiteren, da der Temperaturanstieg des Steuerpresskraftaufbringarms unterdrückt wird, wird verhindert, dass die Steuerpresskraftaufbringvorrichtung durch Wärme des Steuerpresskraftaufbringarms beeinträchtigt wird. Dies ermöglicht es der Steuerpresskraftaufbringvorrichtung, stabil zu funktionieren, und stellt die Haltbarkeit der Steuerpresskraftaufbringvorrichtung sicher. Da verhindert wird, dass die Temperatur des Steuerpresskraftaufbringarms übermäßig hoch wird, werden zudem die Arbeitsbedingungen bei der Wartung und dergleichen verbessert.
Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung kann bei einer Punktschweißvorrichtung gemäß dem ersten Aspekt die Steuerpresskraftaufbringvorrichtung eine Steuerpresskraftaufbringbetätigungsvorrichtung aufweisen, die einen bewegbaren Schaft aufweist, welcher sich hin und her bewegt, und der Steuerpresskraftaufbringarm weist ein Basisende auf, das mit dem bewegbaren Schaft verbunden ist und ein distales Ende aufweist, an dem die Presskraftaufbringeinheit angeordnet ist. Der Steuerpresskraftaufbringarm ist aus einem nichtmagnetischen Material gefertigt. Die Steuerpresskraftaufbringvorrichtung kann dahingehend konfiguriert sein, eine Steuerpresskraft auf das Werkstück aufzubringen, indem der bewegbare Schaft der Steuerpresskraftaufbringbetätigungsvorrichtung bewegt wird und hierdurch die Presskraftaufbringeinheit, die an dem distalen Ende des Steuerpresskraftaufbringarms vorgesehen ist, mit dem Werkstück in Berührung gebracht wird.
Da gemäß dem obigen Aspekt der Steuerpresskraftaufbringarm aus einem nichtmagnetischen Material gefertigt ist, ist es möglich, das Auftreten von elektromagnetisch induzierter Erwärmung des Steuerpresskraftaufbringarms zu verhindern oder das Risiko des Auftretens von elektromagnetisch induzierter Erwärmung zu minimieren. Daher wird ein Temperaturanstieg des Steuerpresskraftaufbringarms unterdrückt, was verhindert, dass der Steuerpresskraftaufbringarm durch Wärme beeinträchtigt wird. Zudem wird verhindert, dass die Steuerpresskraftaufbringbetätigungsvorrichtung durch Wärme des Steuerpresskraftaufbringarms beeinträchtigt wird, da der Temperaturanstieg des Steuerpresskraftaufbringarms unterdrückt wird. Dies ermöglicht es, dass die Steuerpresskraftaufbringvorrichtung stabil funktioniert und stellt die Haltbarkeit der Steuerpresskraftaufbringvorrichtung sicher. Zudem wird die Arbeitsbedingung bei der Wartung und dergleichen verbessert, da verhindert wird, dass die Temperaturen der Steuerpresskraftaufbringbetätigungsvorrichtung und des Steuerpresskraftaufbringarms der Steuerpresskraftaufbringvorrichtung unzulässig hoch werden.
Gemäß einem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung kann bei einer Punktschweißvorrichtung gemäß dem zweiten Aspekt der Steuerpresskraftaufbringarm einen Basisendarm aufweisen, der ein Basisende aufweist, das mit dem bewegbaren Schaft verbunden ist und sich in einer Richtung erstreckt unter einem Winkel bezüglich des bewegbaren Schafts, einen Arm, der ein Basisende aufweist, das mit einem distalen Ende des Basisendarms verbunden ist und sich in einer axialen Richtung der ersten Schweißelektrode erstreckt, und eine bewegbare Aufnahmeeinheit, die ein Basisende aufweist, das mit einem distalen Ende des Arms verbunden ist und ein distales Ende aufweist, an dem die Presskraftaufbringeinheit angeordnet ist. Die bewegbare Aufnahmeeinheit kann aus einem nichtmagnetischen Material hergestellt sein.
Gemäß einem vierten Aspekt der vorliegenden Erfindung kann bei der vorstehend beschriebenen Punktschweißvorrichtung gemäß dem zweiten Aspekt der Steuerpresskraftaufbringarm einen Basisendarm aufweisen, der ein Basisende aufweist, das mit dem bewegbaren Schaft verbunden ist und sich in eine Richtung erstreckt unter einem Winkel bezüglich des bewegbaren Schafts, einen Arm, der ein Basisende aufweist, das mit einem distalen Ende des Basisendarms verbunden ist und sich in einer axialen Richtung der ersten Schweißelektrode erstreckt, und eine bewegbare Aufnahmeeinheit, die ein Basisende aufweist, das mit einem distalen Ende des Arms verbunden ist und ein distales Ende aufweist, an dem die Presskraftaufbringeinheit angeordnet ist. Der Arm kann aus einem nichtmagnetischen Material hergestellt sein. Die bewegbare Aufnahmeeinheit kann aus einem nichtmagnetischen Material hergestellt sein.
Der dritte und der vierte Aspekt zeigen exemplarische Konfigurationen des Steuerpresskraftaufbringarms. Da der Steuerpresskraftaufbringarm eine gewinkelte C-Form aufweist, die gebildet ist aus dem Basisendarm, dem Arm und der bewegbaren Aufnahmeeinheit, und da die Aufnahmeeinheit an dem distalen Ende der bewegbaren Aufnahmeeinheit vorgesehen ist, wird verhindert, dass der Steuerpresskraftaufbringarm in Berührung mit dem Werkstück gelangt, wenn die Punktschweißvorrichtung an der Schweißposition des Werkstücks positioniert wird. Dies macht es möglich, die Arbeitsbedingungen zu verbessern. Da des Weiteren die bewegbare Aufnahmeeinheit und der Arm, die nahe an der ersten Schweißelektrode und der zweiten Schweißelektrode angeordnet sind, um die herum während des Schweißvorgangs ein magnetisches Feld erzeugt wird, aus einem nichtmagnetischen Material hergestellt sind, oder da lediglich die bewegbare Aufnahmeeinheit aus einem nichtmagnetischen Material hergestellt ist, ist es möglich, zu verhindern oder das Risiko zu minimieren, dass elektromagnetisch induzierte Erwärmung in dem Steuerpresskraftaufbringarm auftritt. Dies macht es zudem möglich, die Herstellungskosten des Steuerpresskraftaufbringarms zu reduzieren.
Gemäß einem fünften Aspekt der vorliegenden Erfindung kann bei einer Punktschweißvorrichtung gemäß einem des zweiten bis vierten Aspekts der Steuerpresskraftaufbringarm eine äußere Oberfläche aufweisen mit einer gewellten Wärmeübertragungsstruktur. Da gemäß diesem obigen Aspekt die äußere Oberfläche des Steuerpresskraftaufbringarms eine gewellte Wärmeübertragungsstruktur aufweist, wird der Wärmeübergang von dem Steuerpresskraftaufbringarm gefördert. Daher wird ein Temperaturanstieg des Steuerpresskraftaufbringarms weiter unterdrückt.
Gemäß einem sechsten Aspekt der vorliegenden Erfindung kann bei der oben beschriebenen Punktschweißvorrichtung gemäß einem des zweiten bis fünften Aspekts das nichtmagnetische Material einen nichtmagnetischen rostfreien Stahl aufweisen. Der sechste Aspekt illustriert ein Beispiel des nichtmagnetischen Materials. Die Verwendung eines nichtmagnetischen rostfreien Stahls mit einer hohen Steifigkeit beziehungsweise Festigkeit und einem hohen Korrosionswiderstand kann die Steifigkeit beziehungsweise Festigkeit des Steuerpresskraftaufbringarms sicherstellen und die Haltbarkeit verbessern.
Gemäß einem siebten Aspekt der vorliegenden Erfindung kann bei der Punktschweißvorrichtung gemäß einem des ersten bis sechsten Aspekts der Steuerpresskraftaufbringarm einen Wasserdurchtritt aufweisen, in dem Kühlwasser fließt, und kann durch das Kühlwasser gekühlt werden. Da gemäß diesem Aspekt der Steuerpresskraftaufbringarm durch das Kühlwasser gekühlt wird, wird ein Temperaturanstieg des Steuerpresskraftaufbringarms weiter unterdrückt, was verhindert, dass der Steuerpresskraftaufbringarm durch Wärme beeinträchtigt wird. Da der Temperaturanstieg des Steuerpresskraftaufbringarms unterdrückt wird, wird zudem verhindert, dass die Steuerpresskraftaufbringbetätigungsvorrichtung durch Wärme des Steuerpresskraftaufbringarms beeinträchtigt wird. Dies ermöglicht es, dass die Steuerpresskraftaufbringvorrichtung stabil funktioniert und sichert die Haltbarkeit der Steuerpresskraftaufbringvorrichtung.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden eine Presskraft der ersten Schweißelektrode und eine Steuerpresskraft der Steuerpresskraftaufbringeinheit auf ein Werkstück aufgebracht, während eine Presskraft der zweiten Schweißelektrode, die der ersten Schweißelektrode gegenüber angeordnet ist, auf das Werkstück aufgebracht wird. Die Presskraft der ersten Schweißelektrode ist geringer als die Presskraft der zweiten Schweißelektrode. Entsprechend wird die Schweißqualität des Werkstücks, das aus übereinander angeordneten Platten unterschiedlicher Steifigkeiten gebildet ist, verbessert.
Da der Steuerpresskraftaufbringarm, der nahe an der ersten Schweißelektrode und der zweiten Schweißelektrode angeordnet ist, aus einem nichtmagnetischen Material hergestellt ist, ist es möglich, das Auftreten von elektromagnetisch induzierter Erwärmung in dem Steuerpresskraftaufbringarm zu verhindern. Daher wird ein Temperaturanstieg des Steuerpresskraftaufbringarms unterdrückt, was verhindert, dass der Steuerpresskraftaufbringarm durch Wärme beeinträchtigt wird. Zudem wird verhindert, dass die Steuerpresskraftaufbringvorrichtung durch Wärme des Steuerpresskraftaufbringarms beeinträchtig wird. Dies erlaubt es, dass die Steuerpresskraftaufbringvorrichtung stabil funktioniert und sichert die Haltbarkeit der Steuerpresskraftaufbringvorrichtung.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen beschrieben unter Hinweis auf die beigefügten Zeichnungen.

1 ist eine Darstellung, die die Konfiguration einer Punktschweißvorrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel zeigt.
2 ist eine vergrößerte perspektivische Ansicht, die einen durch II in 1 gekennzeichneten Teil zeigt.
3 ist eine Ansicht in Richtung des Pfeils III in 2.
Die 4A bis 4C sind schematische Funktionsdarstellungen.
5 ist eine Darstellung, die die Konfiguration einer Punktschweißvorrichtung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel zeigt.
Die 6A und 6B sind Darstellungen, die schematisch einen Punktschweißvorgang gemäß dem Stand der Technik zeigen.
7 ist eine Darstellung, die schematisch einen Punktschweißvorgang gemäß dem Stand der Technik zeigt, und
8 ist eine Darstellung, die schematisch eine Punktschweißvorrichtung gemäß dem Stand der Technik zeigt.

(Erstes Ausführungsbeispiel)
Ein erstes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird nunmehr unter Bezug auf die 1 bis 4C beschrieben. 1 ist eine Darstellung, die die Konfiguration einer Punktschweißvorrichtung 1 zeigt. 2 ist eine vergrößerte perspektivische Ansicht, die einen durch II in 1 gekennzeichneten Teil zeigt. 3 ist eine Ansicht in Richtung des Pfeils III in 2. Die 4A bis 4C sind schematische Funktionsdarstellungen. In der folgenden Beschreibung der Punktschweißvorrichtung 1 werden zum Zwecke des Erleichterns der Erläuterung die Richtungen nach oben und nach unten in 1 definiert als Aufwärts- und Abwärtsrichtungen der Punktschweißvorrichtung 1.
Vor der Beschreibung der Punktschweißvorrichtung 1 wird zunächst ein Werkstück 100 beschrieben. Wie in den 2 und 3 gezeigt, ist das Werkstück 100 eine Anordnung aus drei Platten, die gebildet ist durch übereinander Anordnen einer dünnen Platte über zwei übereinander angeordneten dicken Platten. Genauer gesagt, das Werkstück 100 beinhaltet eine dünne Platte 101 mit einer niedrigen Steifigkeit beziehungsweise Festigkeit und eine erste dicke Platte 102 und eine zweite dicke Platte 103, die eine größere Dicke und eine höhere Steifigkeit beziehungsweise Festigkeit haben als die dünne Platte 101, welche in dieser Reihenfolge von unten übereinander angeordnet sind.
Die Punktschweißvorrichtung 1 weißt auf eine rechteckige Basis 3, die an einem Handgelenkteil eines Schweißroboters (nicht gezeigt) mit einer zwischengefügten Ausgleichsvorrichtung angeordnet ist, und eine nach unten offene abgewinkelte C-förmige Anbauhalterung 2 mit zwei einander gegenüberliegenden Seiten, die gebildet sind durch Biegen und nach unten Verlängern der gegenüberliegenden Seiten 4 der Basis 3. Ein feststehender Arm 10, ein Druckerzeuger 20, eine Steuerpresskraftaufbringvorrichtung 30 und ein Schweißtransformator 40 sind an der Anbauhalterung 2 befestigt und werden von dieser gehalten.
Der feststehende Arm 10 weist auf einen feststehenden Armhauptkörper 11, der sich nach unten erstreckt und ein Basisende aufweist, das verbunden ist zwischen unteren Enden der gegenüberliegenden Seiten 4 der Anbauhalterung 2, sowie eine Elektrodehalteeinheit 12, die an einem distalen Ende des feststehenden Armhauptkörpers 11 ausgebildet ist und L-förmig gebogen ist. Eine feststehende Elektrode 15, die als eine erste Schweißelektrode dient, ist, mit einem Spitzenende 15a nach oben gewandt, an der Elektrodehalteeinheit 12 befestigt.
Der Druckerzeuger 20 weist auf einen Servomotor 21 und eine Linearbewegungseinheit 22, die aus einem Schneckenantriebs- oder Kugelumlaufmechanismus oder dergleichen gebildet ist. Eine Stange der Linearbewegungseinheit 22 wird vertikal hin und her gehend durch den Servomotor 21 hin und her bewegt. Ein Elektrodearm 23 ist an einem unteren Ende der Stange der Linearbewegungseinheit 20 befestigt. Eine bewegbare Elektrode 25, die als eine zweite Schweißelektrode dient, ist an einem distalen Ende des Elektrodearms 23 befestigt. Die bewegbare Elektrode 25 ist koaxial mit der feststehenden Elektrode 15 an dem feststehenden Arm 10 angeordnet, das heißt ist angeordnet auf einer zentralen Achse L, sodass sie der feststehenden Elektrode 15 zugewandt ist. Die bewegbare Elektrode 25 wird somit von dem Servomotor 21 des Druckerzeugers 20 längs der zentralen Achse L bewegt zwischen einer zurückgezogenen Position, die als ein oberes Bewegungsende definiert ist, das sich oberhalb und weg von der feststehenden Elektrode 15 befindet, und einer Presskraftaufbringposition, in der die bewegbare Elektrode 25 das Werkstück 100 zusammen mit der feststehenden Elektrode 15 klemmt und eine Presskraft auf das Werkstück 100 aufbringt. Diese Presskraft ist abhängig von dem Rotationsdrehmoment des Servomotors 21. Dementsprechend kann die Presskraft einer gewünschten Größe durch Steuern des Rotationsdrehmoments des Servomotors 21 erhalten werden.
Die Steuerpresskraftaufbringvorrichtung 30 beinhaltet eine Steuerpresskraftaufbringbetätigungsvorrichtung 31, die einen Servomotor 32 und eine Linearbewegungseinheit 33, gebildet aus einem Kugelumlaufmechanismus oder dergleichen, aufweist. Der Servomotor 32 ist an einer Basisplatte 6 befestigt, die an einer abgewinkelten C-förmigen Befestigungshalterung 5 vorgesehen ist. Die Befestigungshalterung 5 weist gegenüberliegende Enden auf, die mit den entsprechenden gegenüberliegenden Seiten 4 der Anbauhalterung 2 verbunden sind. Eine Stange der Linearbewegungseinheit 33 wird von dem Servomotor 32 vertikal so hin und her bewegt, dass ein Paar bewegbarer Schäfte 34a und 34b, die an einem distalen Ende der Stange angebracht und voneinander beabstandet und einander zugewandt sind, hin und her bewegt werden. Ein Steuerpresskraftaufbringarm 35 ist an den distalen Enden der bewegbaren Schäfte 34a und 34b befestigt.
Der Steuerpresskraftaufbringarm 35 weist auf einen Basisendarm 36, einen Arm 37 und eine bewegbare Aufnahmeeinheit 38. Der Basisendarm 36 weist ein Basisende auf, das mit den distalen Enden der bewegbaren Schäfte 34a und 34b verbunden ist, und erstreckt sich im Wesentlichen in einer horizontalen Richtung unter einem Winkel bezüglich der bewegbaren Schäfte 34a und 34b. Der Arm 37 weist ein Basisende auf, das mit dem Basisende 36A des Basisendarms 36 verbunden ist, und erstreckt sich nach unten in einer axialen Richtung der feststehenden Elektrode 15, das heißt in Richtung der zentralen Achse L. Die bewegbare Aufnahmeeinheit 38 weist ein Basisende auf, das mit einem distalen Ende des Arms 37 verbunden ist, erstreckt sich in der Richtung der zentralen Achse L und weist ein distales Ende auf, an dem eine Aufnahmeeinheit 39, die als eine Presskraftaufbringeinheit dient, vorgesehen ist.
Der Basisendarm 36 ist eine im Wesentlichen U-förmige Platte, und beinhaltet das Basisende 36A und Befestigungsarme 36B und 36C. Die Befestigungsarme 36B und 36C, die von dem Basisende 36A abzweigen, verlaufen so, dass sie einander zugewandt sind mit dem Elektrodearm 23 dazwischen, und weisen distale Enden auf, die mit den distalen Enden der bewegbaren Schäfte 34a beziehungsweise 34b mittels Schrauben 36a verbunden sind.
Der Arm 37 weist einen Armhauptkörper 37A auf, welcher eine rechtwinklige Platte ist, die sich vertikal längs der zentralen Achse L zwischen dem feststehenden Arm 10 und dem Elektrodearm 23 erstreckt, einen oberen Befestigungsflansch 37B, der durch Biegen an einem oberen Ende, definiert als ein Basisende des Armhauptkörpers 37A, gebildet ist, und einen unteren Befestigungsflansch 37C, der durch Biegen an einem unteren Ende, definiert als ein distales Ende des Armhauptkörpers 37A, gebildet ist. Der obere Befestigungsflansch 37B ist mit einer unteren Oberfläche des Basisendes 36A des Basisendarms 36 zusammengefügt und ist hiermit verbunden durch Schrauben 37a.
Die bewegbare Aufnahmeeinheit 38 ist eine rechtwinklige Platte, die ein Basisende 38A aufweist, das mit dem unteren Befestigungsflansch 37C des Arms 37 mit Schrauben 38a verbunden ist, und die sich zu der Richtung der zentralen Achse L hin erstreckt. Eine Aufnahmeeinheit 39 ist an einem distalen Ende 38B der bewegbaren Aufnahmeeinheit 38 vorgesehen. Die Aufnahmeeinheit 39 ist koaxial mit der zentralen Achse L, weist ein distales Ende 39a auf, das nach oben vorsteht, und weist einen halbkreisförmigen Querschnitt auf, das heißt eine halbzylindrische Form, die es ermöglicht, dass die feststehende Elektrode 15 dort hindurch verläuft.
Der Basisendarm 36, der Arm 37 und die bewegbare Aufnahmeeinheit 38 sind aus einem nichtmagnetischen Material gebildet, einschließlich nichtmagnetischem rostfreiem Stahl mit einer hohen Festigkeit beziehungsweise Steifigkeit und einem hohen Korrosionswiderstand wie beispielsweise SUS304 und SUS316, um so die Steifigkeit beziehungsweise Festigkeit des Steuerpresskraftaufbringarms 35 sicherzustellen und die Haltbarkeit zu verbessern. Zudem weisen die äußeren Oberflächen des Basisendarms 36, des Arms 37 und der bewegbaren Aufnahmeeinheit 38, mit Ausnahme eines Verbindungsabschnitts dazwischen, eine Wärmeübertragungsstruktur auf wie beispielsweise ein gewelltes Muster oder eine Strahlungsrippe.
Der Steuerpresskraftaufbringarm 35 mit der oben beschriebenen Konfiguration wird von dem Servomotor 32 längs der zentralen Achse L bewegt zwischen einer zurückgezogenen Position, in der das distale Ende 39a der Aufnahmeeinheit 39, die an dem distalen Ende des Steuerpresskraftaufbringarms 35 vorgesehen ist, sich unterhalb des Spitzenendes 15a der feststehenden Elektrode 15 befindet, und einer Steuerpresskraftaufbringposition, in der der Steuerpresskraftaufbringarm 35 von unten in Berührung ist mit dem Werkstück 100, das zwischen der feststehenden Elektrode 15 und der bewegbaren Elektrode 25 geklemmt ist, und eine Steuerpresskraft Fα auf das Werkstück 100 aufbringt. Diese Steuerpresskraft Fα ist abhängig von dem Rotationsdrehmoment des Servomotors 32. Dementsprechend kann die Steuerpresskraft Fα einer gewünschten Größe erhalten werden durch Steuern des Rotationsdrehmoments des Servomotors 32.
Der Schweißtransformator 40, der als Stromquelle dient, weißt einen Ausgangsanschluss auf, der elektrisch verbunden ist mit der feststehenden Elektrode 15 über einen Stromanschluss (Busschiene), den feststehenden Arm 10 etc., und der andere Ausgangsanschluss ist elektrisch verbunden mit der bewegbaren Elektrode 25 über einen Stromanschluss (Busschiene), den Elektrodearm 23 etc.
Des Weiteren speichert eine Schweißrobotersteuereinrichtung (nicht gezeigt) Lehrdaten für den Schweißroboter. Die Lehrdaten enthalten ein Betriebsprogramm zum sequenziellen Punktschweißen der Schweißpunkte des Werkstücks 100 und die Position und Orientierung der Punktschweißvorrichtung 1 an jedem Schweißpunkt, das heißt an jeder Schweißposition. Eine Schweißsteuereinrichtung (nicht gezeigt) enthält ein Betriebs- beziehungsweise Funktionsprogramm für die Punktschweißvorrichtung 1 und steuert Funktionen des Druckerzeugers 20, der Steuerpresskraftaufbringvorrichtung 30 und des Schweißtransformators 40.
Als nächstes wird der Betrieb der Punktschweißvorrichtung 1 beschrieben unter Bezug auf die schematischen Funktionsdarstellungen der 4a bis 4C.
Wenn das aus drei Platten mit der dünnen Platte 101, der ersten dicken Platte 102 und der zweiten dicken Platte 103, die in dieser Abfolge von unten übereinander angeordnet sind, gebildete Werkstück 100 gemäß einem vorab festgelegten Programm punktgeschweißt wird, wird die bewegbare Elektrode 25 in ihrer zurückgezogenen Position weg von der feststehenden Elektrode 15 gehalten und die Aufnahmeeinheit 39 der Steuerpresskraftaufbringvorrichtung 30 wird in ihrer zurückgezogenen Position gehalten, wie in 1 gezeigt. Daraufhin betätigt die Schweißrobotersteuereinrichtung den Schweißroboter dahingehend, dass die Punktschweißvorrichtung 1 derart positioniert wird, dass das Spitzenende 15a der feststehenden Elektrode 15 in Berührung gelangt mit einer Punktschweißstelle, das heißt einer Schweißposition des Werkstücks 100, wie in 4A gezeigt.
Da der Steuerpresskraftaufbringarm 35 eine abgewinkelte C-förmige Form aufweist, die gebildet wird durch den Basisendarm 36, den Arm 37 und die bewegbare Aufnahmeeinheit 38, und da die Aufnahmeeinheit 39 an dem distalen Ende des Steuerpresskraftaufbringarms 35 vorgesehen ist, wird verhindert, dass der Steuerpresskraftaufbringarm 35 in Berührung gelangt mit dem Werkstück 100. Daher ist es leicht möglich, die Punktschweißvorrichtung 1 so zu positionieren, dass das Spitzenende 15a der feststehenden Elektrode 15 in Berührung gelangt mit der Punktschweißposition des Werkstücks 100. Dies macht es möglich, die Arbeitsbedingungen zu verbessern.
Wie in 4A gezeigt, ist das Spitzenende 15a der feststehenden Elektrode 15 von unten in Berührung mit der dünnen Platte 101 des Werkstücks 100, wenn die Punktschweißvorrichtung 1 an der Schweißposition positioniert ist. Andererseits ist ein Spitzenende 25a der bewegbaren Elektrode 25 der zweiten dicken Platte 103 mit einem Spalt dazwischen zugewandt und das distale Ende 39a der Aufnahmeeinheit 39 ist der dünnen Platte 101 mit einem Spalt dazwischen zugewandt.
Anschließend, wie in 4B gezeigt, während die feststehende Elektrode 15 in Berührung mit der dünnen Platte 101 des Werkstücks 100 ist, wird die bewegbare Elektrode 25 von dem Servomotor 21 des Druckerzeugers 20 von der zurückgezogenen Position in die Presskraftaufbringposition bewegt, das heißt zu der feststehenden Elektrode 15 hin, sodass sie von oben in Berührung ist mit der zweiten dicken Platte 103. Der Servomotor 21 wird weiter angetrieben, sodass das Drehmoment einen vorbestimmten Wert erreicht, wodurch die bewegbare Elektrode 25 in einen Presskontakt mit der zweiten dicken Platte 103 gebracht wird. Die Presskraft des Druckerzeugers 20 wird somit aufgebracht auf die bewegbare Elektrode 25 und die feststehende Elektrode 15 über den feststehenden Arm 10, wodurch der Schweißabschnitt des Werkstücks 100 geklemmt und gepresst wird zwischen der bewegbaren Elektrode 25 und der feststehenden Elektrode 15.
Zwischenzeitlich wird die Stange der Linearbewegungseinheit 33 von dem Servomotor 32 der Steuerpresskraftaufbringvorrichtung 30 nach oben bewegt, wodurch die bewegbaren Schäfte 34a und 34b und der Steuerpresskraftaufbringarm 35 so bewegt werden, dass die Aufnahmeeinheit 39, die an dem distalen Ende des Steuerpresskraftaufbringarms 35 vorgesehen ist, von der zurückgezogenen Position zu der Steuerpresskraftaufbringposition bewegt wird, in der sich das distale Ende 39a in der Nähe der feststehenden Elektrode 15 befindet und von unten in Presskontakt ist mit der dünnen Platte 101 des Werkstücks 100.
Der Servomotor 32 wird weiter angetrieben, sodass das Drehmoment einen vorbestimmten Wert erreicht, wodurch die Aufnahmeeinheit 39 in Presskontakt gebracht wird mit der dünnen Platte 101, um so eine Steuerpresskraft Fα auf die dünne Platte 101 aufzubringen.
Wenn die Steuerpresskraft Fα von der Aufnahmeeinheit 39, die sich in der Nähe der feststehenden Elektrode 15 befindet, von unten auf das Werkstück 100 aufgebracht wird, während das Werkstück 100 zwischen der feststehenden Elektrode 15 und der bewegbaren Elektrode 25 in der zuvor beschriebenen Art und Weise geklemmt und gepresst wird, wird die Presskraft FU von der bewegbaren Elektrode 25 auf die zweite dicke Platte 103 des Werkstücks 100 von oben aufgebracht, während die Presskraft FL der feststehenden Elektrode 15 und die Steuerpresskraft Fα der Aufnahmeeinheit 39 Seite an Seite (nahe beieinander) auf die dünne Platte 101 aufgebracht werden, wie in 4C gezeigt.
In diesem Fall wird, wie schematisch in 4C gezeigt, die Presskraft des Druckerzeugers 20 auf die bewegbare Elektrode 25 aufgebracht über den Elektrodearm 23 etc. und wird ebenso aufgebracht auf die feststehende Elektrode 15, die der bewegbaren Elektrode 25 zugewandt ist, über den feststehenden Arm 10. Zudem wird eine Presskraft des Servomotors 32 der Steuerpresskraftaufbringvorrichtung 30 auf die Aufnahmeeinheit 39 aufgebracht über den Steuerpresskraftaufbringarm 35 etc. Die Presskraft FU der bewegbaren Elektrode 25, die von oben auf die zweite dicke Platte 103 aufgebracht wird, ist gleich der Summe der Presskraft FL der feststehenden Elektrode 15 und der Steuerpresskraft Fα der Aufnahmeeinheit 39, die von unten auf die dünne Platte 101 aufgebracht werden (FU = FL + Fα).
Folglich wird das Werkstück 100 stabil gehalten mit der Presskraft FU der bewegbaren Elektrode 25, die von oben auf die zweite dicke Platte 103 aufgebracht wird, der Presskraft FL der feststehenden Elektrode 15 und der Steuerpresskraft Fα der Aufnahmeeinheit 39, die von unten auf die dünne Platte 101 aufgebracht werden.
Andererseits wird in dem Schweißabschnitt des Werkstücks 100 die Presskraft FU von der bewegbaren Elektrode 25 auf die zweite dicke Platte 103 aufgebracht, während die Presskraft FL und die Steuerpresskraft Fα von der feststehenden Elektrode 15 beziehungsweise der Aufnahmeeinheit 39 auf die dünne Platte 101 aufgebracht werden. Dies bedeutet, dass die Presskraft FL der feststehenden Elektrode 15, die auf die dünne Platte 101 aufgebracht wird, gleich einer Presskraft ist, die erhalten wird durch Subtrahieren der Steuerpresskraft Fα der Aufnahmeeinheit 39 von der Presskraft FU der bewegbaren Elektrode 25 (FL = FU - Fα).
Wenn die Presskraft FL der feststehenden Elektrode 15, die auf die Seite der dünnen Platte 101 aufgebracht wird, geringer gewählt wird als die Presskraft FU der bewegbaren Elektrode 25, die auf die Seite der zweiten dicken Platte 103 aufgebracht wird, (FL < FU), wie zuvor beschrieben, wird der Kontaktdruck an dem Verbindungsabschnitt zwischen der dünnen Platte 101 und der ersten dicken Platte 102 geringer als der Kontaktdruck an dem Verbindungsabschnitt zwischen der ersten dicken Platte 102 und der zweiten dicken Platte 103. Folglich wird der Kontaktwiderstand zwischen der dünnen Platte 101 und der ersten dicken Platte 102 relativ höher, während der Kontaktwiderstand zwischen der ersten dicken Platte 102 und der zweiten dicken Platte 103 relativ niedriger wird.
Anschließend wird, während das Werkstück 100 geklemmt und gepresst wird zwischen der bewegbaren Elektrode 25 und einer Kombination der feststehenden Elektrode 15 und der Aufnahmeeinheit 39 und während die Presskraft FL der feststehenden Elektrode 15, die an der Seite der dünnen Platte 101 angeordnet ist, geringer gewählt ist als die Presskraft FU der bewegbaren Elektrode 25, die an der Seite der zweiten dicken Platte 103 gewählt ist, Schweißen dadurch ausgeführt, dass von dem Schweißtransformator 40 für eine vorbestimmte Zeitdauer Strom angelegt wird zwischen der bewegbaren Elektrode 25 und der feststehenden Elektrode 15.
Wenn Strom zwischen der bewegbaren Elektrode 25 und der feststehenden Elektrode 15 angelegt wird, wird der Kontaktwiderstand an dem Verbindungsabschnitt zwischen der dünnen Platte 101 und der ersten dicken Platte 102 relativ höher, was die Stromdichte größer macht, während der Kontaktwiderstand zwischen der ersten dicken Platte 102 und der zweiten dicken Platte 103 klein bleibt. Somit wird der kalorische Wert an dem Verbindungsabschnitt zwischen der dünnen Platte 101 und der ersten dicken Platte 102 relativ höher als der kalorische Wert an dem Verbindungsabschnitt zwischen der ersten dicken Platte 102 und der zweiten dicken Platte 103. Folglich wird eine gute Schweißlinse ausgebildet, die sich von der dünnen Platte 101 zu der zweiten dicken Platte 103 ohne eine Variation der Stromdichte erstreckt, wodurch die Schweißfestigkeit der dünnen Platte 101 sichergestellt wird.
Andererseits, wenn Schweißen ausgeführt wird, fließt ein großer Schweißstrom durch die bewegbare Elektrode 25 und die feststehende Elektrode 15, sodass ein Magnetfeld um die bewegbare Elektrode 25 und die feststehende Elektrode 15 erzeugt wird. Da der Basisendarm 36, der Arm 37 und die bewegbare Aufnahmeeinheit 38 des Steuerpresskraftaufbringarms 35, die nahe an der bewegbaren Elektrode 25 und der feststehenden Elektrode 15 angeordnet sind, aus einem nichtmagnetischen Material wie beispielsweise einem nichtmagnetischem rostfreiem Stahl hergestellt sind, ist es möglich, das Auftreten von elektromagnetischer Induktionserwärmung in dem Steuerpresskraftaufbringarm 35 zu verhindern oder das Risiko des Auftretens von elektromagnetisch induzierter Erwärmung zu reduzieren. Zudem sind die äußeren Oberflächen des Basisendarms 36, des Arms 37 und der bewegbaren Aufnahmeeinheit 38 mit einer Wärmeübertragungsstruktur versehen, die ein gewelltes Muster beinhaltet. Daher wird Temperaturanstieg des Steuerpresskraftaufbringarms 35 unterdrückt, was verhindert, dass der Steuerpresskraftaufbringarm 35 durch Wärme beeinträchtigt wird. Da der Temperaturanstieg des Steuerpresskraftaufbringarms 35 unterdrückt wird, wird zudem verhindert, dass die Steuerpresskraftaufbringbetätigungsvorrichtung 31 einschließlich der linearen Bewegungseinheit 33 und des Servomotors 32 durch Wärme des Steuerpresskraftaufbringarms 35 beeinträchtigt werden. Dies ermöglicht es, dass die Steuerpresskraftaufbringvorrichtung 30 stabil funktioniert und stellt die Haltbarkeit der Steuerpresskraftaufbringvorrichtung 30 sicher. Da verhindert wird, dass die Temperatur der Steuerpresskraftaufbringvorrichtung 30 übermäßig hoch wird, wird auch verhindert, dass Bedienpersonen durch Wärme verletzt werden und die Arbeitsbedingungen bei Wartung und dergleichen werden verbessert.
Es ist zu beachten, dass, falls erforderlich, die bewegbare Aufnahmeeinheit 38 und der Arm 37, die nahe an der bewegbaren Elektrode 25 und der feststehenden Elektrode 15 angeordnet sind und während eines Schweißvorgangs von einem magnetischen Feld beeinträchtigt werden können, aus einem nichtmagnetischen Material hergestellt sein können, oder das lediglich die bewegbare Elektrode 25 aus einem nichtmagnetischen Material gefertigt sein kann. In diesem Fall ist es möglich, die Herstellungskosten der Punktschweißvorrichtung 1 zu reduzieren.
(Zweites Ausführungsbeispiel)
Als nächstes wird ein zweites Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung beschrieben unter Bezug auf 5. In diesem Ausführungsbeispiel ist eine Struktur, die unter Verwendung von Kühlwasser den Steuerpresskraftaufbringarm 35 kühlt, bereitgestellt. Andere Komponenten dieses Ausführungsbeispiels sind dieselben wie diejenigen des ersten Ausführungsbeispiels und werden mit denselben Bezugszeichen bezeichnet. Eine detaillierte Beschreibung wird daher weggelassen.
5 ist eine Darstellung, die 3 entspricht. Wie schematisch in 5 gezeigt, ist innerhalb des Arms 37 des Steuerpresskraftaufbringarms 35 ein Wasserdurchtritt 51 ausgebildet. Der Wasserdurchtritt 51 weist einen Wassereinlass 51a und einen Wasserauslass 51b in der äußeren peripheren Oberfläche des Arms 37 auf. Ein Anschluss 52, der als Verbindungselement zum Verbinden mit einer Zufuhrleitung 54 zur Zufuhr von Kühlwasser dient, ist an dem Wassereinlass 51 angebracht, während ein Anschluss 53, der als Verbindungselement zum Verbinden mit einer Abführleitung 55 dient, an dem Wasserauslass 51b angebracht ist. Die Zufuhr- beziehungsweise Versorgungsleitung 54 ist mit einer Kühlwasserversorgungspumpe oder dergleichen verbunden, die als eine Kühlwasserversorgungsquelle dient, während die Abführleitung 55 mit einer Kühlwassersammeleinheit verbunden ist.
Es wird somit ein Kühlwasserkreislauf ausgebildet, in dem Kühlwasser zugeführt wird von der Zufuhrleitung 54 durch den Wassereinlass 51 a, durch den Wasserdurchtritt 51 in dem Arm 37 fließt und von dem Wasserauslass 51b in die Abführleitung 55 abgelassen wird. Das Kühlwasser kühlt den Arm 37, während es durch den Wasserdurchtritt 51 fließt, der sich von der Seite des Wassereinlasses 51a zu dem Wasserauslass 51b erstreckt.
Wenn der Arm 37 gekühlt wird, werden die bewegbare Aufnahmeeinheit 38 und der Basisendarm 36, die mit dem Arm 37 verbunden sind, gekühlt, sodass der gesamte Steuerpresskraftaufbringarm 35 gekühlt wird. Dementsprechend wird der Steuerpresskraftaufbringarm 35 davor bewahrt, von Wärme beeinträchtigt zu werden, und zwar mit einer erhöhten Zuverlässigkeit als bei dem ersten Ausführungsbeispiel. Da der Steuerpresskraftaufbringarm 35 gekühlt wird, werden zudem die Steuerpresskraftaufbringbetätigungsvorrichtung 31 einschließlich der linearen Bewegungseinheit 33 und dem Servomotor 32 davor bewahrt, von Wärme des Steuerpresskraftaufbringarms 35 beeinträchtigt zu werden. Dies ermöglicht es der Steuerpresskraftaufbringvorrichtung 30 stabil zu funktionieren und sichert die Haltbarkeit der Steuerpresskraftaufbringvorrichtung 30.
Es sollte beachtet werden, dass zusätzlich zu dem Arm 37, oder anstelle des Arms 37, ein ähnlicher Wasserdurchtritt ausgebildet werden kann in der bewegbaren Aufnahmeeinheit 38 und/oder dem Basisendarm 36, um so die bewegbare Aufnahmeeinheit 38 und/oder den Basisendarm 36 durch Zirkulation von Kühlwasser zu kühlen.
Es sollte beachtet werden, dass die vorliegende Erfindung nicht auf die vorstehenden Ausführungsbeispiele beschränkt ist und zahlreiche Modifikationen möglich sind, ohne dass von dem Umfang der vorliegenden Erfindung abgewichen wird. Obwohl beispielsweise die Aufnahmeeinheit 39 in den obigen Ausführungsbeispielen eine halbzylinderförmige Form aufweist, kann die Aufnahmeeinheit 39 in einer zylindrischen Form ausgebildet sein oder eine Projektion sein. Zudem können, obwohl bei den obigen Ausführungsbeispielen der Steuerpresskraftaufbringarm 35 gebildet ist durch Verbinden des Basisendarms 36, des Arms 37 und der bewegbaren Aufnahmeeinheit 38 miteinander, diese Teile nicht als separate Teile ausgebildet sein sondern als ein einziges Teil ausgebildet sein.
ZUSAMMENFASSUNG DER OFFENBARUNG
Es wird eine Punktschweißvorrichtung bereitgestellt. Die Punktschweißvorrichtung 1 weist auf eine feststehende Elektrode 15 und eine bewegbare Elektrode 25, die ein Werkstück 100 klemmen und pressen, und eine Steuerpresskraftaufbringvorrichtung 30, die eine Steuerpresskraftaufbringbetätigungsvorrichtung 31 dazu bringt, eine an einem distalen Ende eines Steuerpresskraftaufbringarms 35 vorgesehene Aufnahmeeinheit 39 in Berührung mit dem Werkstück 100 zu bringen, um so eine Steuerpresskraft auf das Werkstück 100 aufzubringen. Der Steuerpresskraftaufbringarm 35 ist aus einem nichtmagnetischen Material gefertigt. Die Schweißqualität des Werkstücks 100, das aus übereinander angeordneten Platten unterschiedlicher Steifigkeiten gebildet ist, wird verbessert. Erwärmung infolge elektromagnetischer Induktion in dem Steuerpresskraftaufbringarm 35 wird verhindert, wodurch ein Temperaturanstieg des Steuerpresskraftaufbringarms 35 unterdrückt wird. Die Steuerpresskraftaufbringbetätigungsvorrichtung 31 und der Steuerpresskraftaufbringarm 35 werden davor bewahrt, von Wärme beeinträchtigt zu werden, was eine stabile Funktion sowie die Haltbarkeit der Steuerpresskraftaufbringvorrichtung 30 sicherstellt.

Claims

Punktschweißvorrichtung (1), aufweisend: eine erste Schweißelektrode (15), eine zweite Schweißelektrode (25), die so angeordnet ist, dass sie der ersten Schweißelektrode (15) zugewandt ist, und dahingehend konfiguriert ist, ein Werkstück (100) zusammen mit der ersten Schweißelektrode (15) zu klemmen und zu pressen, und eine Steuerpresskraftaufbringvorrichtung (30), die dahingehend konfiguriert ist, eine Steuerpresskraft auf das Werkstück (100) dadurch aufzubringen, dass eine Presskraftaufbringeinheit (39), die in der Nähe der ersten Schweißelektrode (15) angeordnet ist, mit dem Werkstück (100) in Berührung gebracht wird, wobei Punktschweißen ausgeführt wird durch Anlegen von Strom zwischen der ersten Schweißelektrode (15) und der zweiten Schweißelektrode (25), während das Werkstück (100) geklemmt und gepresst wird von der ersten Schweißelektrode (15), die in Berührung ist mit dem Werkstück (100), der Presskraftaufbringeinheit (39) der Steuerpresskraftaufbringvorrichtung (30), die in Berührung ist mit dem Werkstück (100), und der zweiten Schweißelektrode (25), die der ersten Schweißelektrode (15) zugewandt und in Berührung ist mit dem Werkstück (100), und wobei die Steuerpresskraftaufbringvorrichtung (30) aufweist: eine Steuerpresskraftaufbringbetätigungsvorrichtung (31), die einen bewegbaren Schaft (34a, 34b) aufweist, der hin und her bewegbar ist; und einen Steuerpresskraftaufbringarm (35), der aus einem nichtmagnetischen Material hergestellt ist und aufweist: einen Basisendarm (36), der ein Basisende aufweist, das mit dem bewegbaren Schaft (34a, 34b) verbunden ist und sich in einer Richtung unter einem Winkel bezüglich des bewegbaren Schafts (34a, 34b) erstreckt; einen Arm (37), der ein Basisende aufweist, das mit einem distalen Ende des Basisendarms (36) verbunden ist und sich in einer axialen Richtung der ersten Schweißelektrode (15) erstreckt; und eine bewegbare Aufnahmeeinheit (38), die ein Basisende (38A) aufweist, das mit einem distalen Ende des Arms (37) verbunden ist und ein distales Ende (38B) aufweist, an dem die Presskraftaufbringeinheit (39) vorgesehen ist; und wobei die Steuerpresskraftaufbringvorrichtung (30) dahingehend konfiguriert ist, die Steuerpresskraft auf das Werkstück (100) aufzubringen durch Bewegen des bewegbaren Schafts (34a, 34b) der Steuerpresskraftaufbringbetätigungsvorrichtung (31) und dadurch, _dass die Presskraftaufbringeinheit (39), die an dem distalen Ende des Armes (37) vorgesehen ist, in Berührung mit dem Werkstück (100) gebracht wird; und wobei die Presskraftaufbringeinheit (39), die erste Schweißelektrode (15) und die zweite Schweißelektrode (25) dahingehend konfiguriert sind, eine Steuerpresskraft Fα, eine Presskraft FL und eine Presskraft FU auf das Werkstück (100) so aufzubringen, dass die Presskraft FU gleich der Summe der Presskraft FL und der Steuerpresskraft Fα ist, die auf das Werkstück (100) aufgebracht wird (FU = FL+ Fα).
Punktschweißvorrichtung (1) nach Anspruch 1, wobei der Arm (37) aus einem nichtmagnetischen Material gefertigt ist.
Punktschweißvorrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Steuerpresskraftaufbringarm (35) eine äußere Oberfläche aufweist, die eine gewellte Wärmeübertragungsstruktur aufweist.
Punktschweißvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das nichtmagnetische Material einen nichtmagnetischen rostfreien Stahl beinhaltet.
Punktschweißvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Steuerpresskraftaufbringarm (35) einen Wasserdurchtritt aufweist, in dem Kühlwasser fließt, und durch das Kühlwasser gekühlt wird.
Punktschweißvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei diese dazu eingerichtet ist, das Werkstück (100) bestehend aus einer Anordnung einer dünnen Platte (101), einer ersten dicken Platte (102) und einer zweiten dicken Platte (103), die in dieser Reihenfolge übereinander angeordnet sind zu verschweißen und die erste Schweißelektrode (15) dahingehend konfiguriert ist, die Presskraft FU auf die zweite dicke Platte (103) aufzubringen, und die zweite Schweißelektrode (25) und die Presskraftaufbringeinheit (39) dahingehend konfiguriert sind, die Presskraft FL und die Steuerpresskraft Fα auf die dünne Platte (101) aufzubringen.
Punktschweißvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Steuerpresskraftaufbringvorrichtung (30), in Bezug auf das Werkstück (100), auf der Seite der zweiten Schweißelektrode (25) angeordnet ist, und die Presskraftaufbringeinheit (39), in Bezug auf das Werkstück (100), an der Seite und in der Nähe der ersten Elektrode (15) angeordnet ist.