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Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur automatisierten Reinigung eines Schweißbrennerkopfs.
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Aus der
DE 10 2008 013 135 A1 ist ein Schweißbrennerkopf bekannt. Der vorbekannte Schweißbrennerkopf wird zum Schutzgasschweißen verwendet, wobei dieser auch zum Löten, insbesondere CMT-Löten, verwendet werden kann, was für die Erfindung jedoch nebensächlich ist.
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Um die Qualität der mit einem solchen Schweißbrennerkopf hergestellten Verbindungsnähte aufrecht zu erhalten, ist eine regelmäßige Reinigung des Schweißbrennerkopfs erforderlich, um bspw. Rauchgas- bzw. Schmauchablagerungen zu entfernen. In der
DE 10 2004 063 473 B4 sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Reinigen von Schweißbrennern beschrieben, wobei insbesondere auch auf die allgemeinen Erläuterungen zum Reinigen von Schweißbrennern und auf den zitierten Stand der Technik hingewiesen wird.
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Aus der
US 2011/0 204 031 A1 ist eine Verfahren zur automatisierten Wartung eines Schweißbrennerkopfes bekannt. Hierbei erfolgt eine kontaktlose Reinigung des Schweißbrennerkopfes mit einem Schweißbrennerkopfbehandlungsmittel, welche darauf versprüht wird.
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Ferner offenbart die
DE 69502606 eine Vorrichtung zum Reinigen der Köpfe von elektrischen Schweißrobotern, wobei die Köpfe ein Gasgehäuse und eine elektrische Kontaktdüse aufweisen, wobei die Vorrichtung ein offenes Gefäß hat, mit dem ein Ultraschall-Generator verbunden ist, der so funktioniert, dass er Ultraschallwellen in einer Flüssigkeit erzeugt, die in dem Gefäß enthalten ist.
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Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur automatisierten Reinigung eines Schweißbrennerkopfs anzugeben, die wenigstens einen mit dem Stand der Technik einhergehenden Nachteil nicht oder zumindest nur in einem verminderten Umfang aufweisen.
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Dies gelingt mit einem erfindungsgemäßen Verfahren und mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, wie in den unabhängigen Patentansprüchen angegeben. Bevorzugte Weiterbildungen und Ausgestaltungen ergeben sich analog für alle Erfindungsgegenstände sowohl aus den abhängigen Patentansprüchen als auch aus den nachfolgenden Erläuterungen.
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Das erfindungsgemäße Verfahren zur automatisierten Reinigung eines Schweißbrennerkopfs umfasst folgende Schritte:
- – Nassreinigen des Schweißbrennerkopfs in einem Ultraschallbad, und
- – Lufttrocknen des gereinigten Schweißbrennerkopfs durch Luftbestrahlung, wozu der Schweißbrennerkopf nach dem Nassreinigen in eine druckluftbetriebene Trocknungseinrichtung eingeführt wird,
wobei gleichzeitig mit dem Lufttrocknen in der Trocknungseinrichtung Druckluft durch wenigstens einen im Schweißbrennerkopf ausgebildeten Schutzgas-Strömungskanal geblasen wird und das Durchblasen von Druckluft durch den Schutzgas-Strömungskanal bereits vor dem Lufttrocknen des Schweißbrennerkopfs in der Trocknungseinrichtung beginnt.
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Unter einem automatisierten Reinigen wird das Entfernen von Verschmutzungen, wie bspw. Spritzern und Schmauchspuren, vom Schweißbrennerkopf ohne manuelle Tätigkeiten verstanden. Bevorzugt erfolgt das automatisierte Reinigen des Schweißbrennerkopfs nach einer festgelegten Anzahl von Arbeitsdurchlaufen oder nach jedem Arbeitsdurchlauf (ein Arbeitsdurchlauf ist bspw. ein vollständiger Schweiß- bzw. Lötdurchlauf an einer herzustellenden Fahrzeugkarosserie).
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Durch das Nassreinigen des Schweißbrennerkopfs in einem Ultraschallbad kann ohne abrasiven mechanischen Kontakt (wie bspw. beim Bürstenreinigen) eine sehr gute Schmutzablösung erzielt werden, wodurch Materialien und Beschichtungen am Schweißbrennerkopf geschont werden. Ultraschallbäder und Reinigungsflüssigkeiten sind aus dem Stand der Technik bekannt. Bevorzugte Ausführungen werden nachfolgend noch näher erläutert.
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Das Lufttrocknen des Schweißbrennerkopfs nach dem Nassreinigen erfolgt durch Luftbestrahlung, d. h. mittels Blasluft. Bevorzugt wird hierbei der noch nasse Schweißbrennerkopf von außen getrocknet. Das Trocknen ist sinnvoll, damit der gereinigte Schweißbrennerkopf sofort wieder für einen weiteren prozesssicheren Arbeitsdurchlauf zur Verfügung steht. Eine Restfeuchtigkeit könnte bspw. zu einer Porenbildung in der erzeugten Verbindungsnaht führen und ist daher zu vermeiden. Bevorzugt erfolgt das Lufttrocknen mittels gereinigter oder zumindest ölfreier, warmer oder kalter Blasluft.
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Bevorzugt ist vorgesehen, dass das Ultraschallbad und die Trocknungseinrichtung ortsfest angeordnet sind und dass der Schweißbrennerkopf (während eines Reinigungsdurchlaufs) relativ hierzu, d. h. relativ zum Ultraschallbad und relativ zur Trocknungseinrichtung, bewegt wird. Der zu reinigende Schweißbrennerkopf kann bspw. an einem Roboterarm eines Schweißroboters befestigt sein, mit dem der Schweißbrennerkopf sowohl während eines Arbeitsdurchlaufs als auch während eines Reinigungsdurchlaufs bewegt wird. Zum Reinigen kann der Schweißbrennerkopf am Roboterarm befestigt bleiben.
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Der zu reinigende Schweißbrennerkopf kann beim Nassreinigen im Ultraschallbad mehrmals ab- und aufwärts bewegt werden, wobei dieser jedoch bevorzugt immer in der Reinigungsflüssigkeit eingetaucht bleibt. Die wiederholten Auf- und Abwärtsbewegungen verbessern die Reinigungswirkung und führen insbesondere auch dazu, dass die im Ultraschallbad enthaltene Reinigungsflüssigkeit von unten in einen am Schweißbrennerkopf vorhandenen Schutzgas-Strömungskanal bzw. Schutzgas-Strömungsspalt eindringen kann, innerhalb dessen sich typischerweise auch zu entfernende Verschmutzungen ansammeln. Nach dem Eintauchen in die Reinigungsflüssigkeit ist wenigstens eine Aufwärts- und Abwärtsbewegung vorgesehen. Die Verfahrgeschwindigkeit beim Auf- und Abwärtsbewegen liegt bspw. in einem Bereich von 5 mm/sec bis 20 mm/sec und beträgt insbesondere in etwa 10 mm/sec. Besonders bevorzugt ist vorgesehen, dass sich den Ab- und Aufwärtsbewegungen des zu reinigenden Schweißbrennerkopfs eine Haltephase anschließt, in der der Schweißbrennerkopf unbewegt in der Reinigungsflüssigkeit eingetaucht bleibt. Die Haltephase kann zwischen 3 sec und 10 sec andauern und beträgt insbesondere in etwa 5 sec. Die Gesamtprozesszeit des Reinigungsdurchlaufs (einschließlich Trocknen) kann 20 sec bis 40 sec betragen und beträgt insbesondere in etwa 30 sec.
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Bevorzugt wird zeitgleich bzw. gleichzeitig mit dem Lufttrocknen in der Trocknungseinrichtung Druckluft durch wenigstens einen im Schweißbrennerkopf ausgebildeten Schutzgas-Strömungskanal geblasen. Dies dient dazu, während des Reinigens im Ultraschallbad eingedrungene Reinigungsflüssigkeit auszublasen und insbesondere aber auch dazu, den Schutzgas-Strömungskanal vollständig zu trocknen. Der Schweißbrennerkopf kann also gleichzeitig sowohl äußerlich bzw. von außen als auch innerlich bzw. von innen getrocknet werden, was jedoch auf unterschiedliche Weise erfolgt. Das Durchblasen von Druckluft durch den Schutzgas-Strömungskanal kann bereits vor dem Lufttrocknen des Schweißbrennerkopfs in der Trocknungseinrichtung beginnen. Damit ist bspw. gemeint, dass das Durchblasen von Druckluft durch den Schutzgas-Strömungskanal bereits beginnt oder bereits begonnen hat, bevor der Schweißbrennerkopf in die Trocknungseinrichtung eingeführt wird. Dadurch kann ein Einblasen von Reinigungsflüssigkeit in den Schutzgas-Strömungskanal verhindert werden.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur automatisierten Reinigung eines Schweißbrennerkopfs umfasst:
- – ein Ultraschallbad mit einem mit Reinigungsflüssigkeit gefüllten Reinigungsbecken, zum Nassreinigen des Schweißbrennerkopfs, und
- – eine druckluftbetriebene Trocknungseinrichtung zum Lufttrocknen des zuvor nassgereinigten Schweißbrennerkopf durch Luftbestrahlung, wobei die Trocknungseinrichtung am Rand des Reinigungsbeckens befestigt ist und einen Luftverteilungsring umfasst, in dessen Innenausnehmung der zu trocknende Schweißbrennerkopf einführbar ist.
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Das Ultraschallbad und die Trocknungseinrichtung sind baulich derart zusammengefasst, dass die Trocknungseinrichtung am Rand des Reinigungsbeckens befestigt ist, so dass der zu reinigende Schweißbrennerkopf nach dem Herausziehen aus dem Reinigungsbecken sogleich in die Trocknungseinrichtung eingeführt werden kann, ohne dass es hierzu größerer Verfahrwege bedarf.
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Erfindungsgemäß umfasst die Trocknungseinrichtung einen Luftverteilungsring, in dessen Innenausnehmung bzw. Innenbohrung der zu trocknende Schweißbrennerkopf einführbar ist, wobei der Luftverteilungsring einen Versorgungsanschluss für die Zuführung von Druckluft und mehrere der Innenausnehmung zugewandte Austrittsöffnungen für den Austritt einzelner Druckluftstrahlen aufweist (Luftdusche-Prinzip). Bevorzugt sind die Austrittsöffnungen düsenartig ausgebildet und in Umfangsrichtung gleichmäßig zueinander beabstandet. Die düsenartigen Austrittsöffnungen können ferner bezüglich der Ebene der Innenausnehmung eine Neigung aufweisen, so dass die einzelnen austretenden Druckluftstahlen bezüglich der ringförmigen Gestalt des Luftverteilungsrings sowohl einen radialen Richtungsanteil als auch einen axialen Richtungsanteil aufweisen.
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Die Erfindung ist insbesondere geeignet zum Reinigen von Schweißbrennerköpfen in automatisierten Schweißstraßen, vorzugsweise in der Serienfertigung und insbesondere im Fahrzeugkarosseriebau.
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Die Erfindung wird nachfolgend beispielhaft und in nicht einschränkender Weise anhand der schematischen und nicht maßstabsgerechten Figuren näher erläutert. Die in den Figuren gezeigten und/oder nachfolgend erläuterten Merkmale können, unabhängig von konkreten Merkmalskombinationen, allgemeine Merkmale der Erfindung sein.
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1 zeigt einen Schweißbrennerkopf in einer Schnittansicht.
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2 zeigt eine erfindungsgemäße Reinigungsvorrichtung in einer Schnittansicht.
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3 zeigt einen zur Reinigungsvorrichtung der 2 gehörenden Luftverteilungsring in einer perspektivischen Ansicht.
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1 zeigt den Kopf eines Schutzgasschweißbrenners, wie aus der
DE 10 2008 013 135 A1 vorbekannt. Der im Wesentlichen rotationssymmetrisch ausgebildete Schutzgasschweißbrennerkopf
10 umfasst eine Drahtführungs-Stromdüse bzw. ein Kontaktrohr
11, das von einer Hülse bzw. Schutzgasdüse
12 umschlossen ist. Zwischen dem Kontaktrohr
11 und der Schutzgasdüse
12 ist ein Strömungsringspalt
13 für Schutzgas ausgebildet. Mit
14 ist der Düsenmund bezeichnet. Der nachgeführte Schweißdraht ist mit
1 bezeichnet. Der Schweißbrennerkopf
10 ist an einem nicht gezeigten Roboterarm eines Schweißroboters befestigt und kann durch diesen bewegt werden. Der Schweißbrennerkopf
10 weist einen maximalen Durchmesser von ca. 30 mm auf.
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Während eines Schweißvorgangs wird der Schweißbrennerkopf 10 sowohl äußerlich als auch innerlich, d. h. im Strömungsringspalt 13, verschmutzt. Das Entfernen der Verschmutzungen erfolgt mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, wie nachfolgend anhand der 2 erläutert.
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Die in 2 gezeigte erfindungsgemäße Vorrichtung 100 zur automatisierten Reinigung des Schweißbrennerkopfs 10 umfasst ein Ultraschallbad 110 und eine druckluftbetriebene Trocknungseinrichtung 120. Das Ultraschallbad 110 und die Trocknungseinrichtung 120 sind ortsfest angeordnet und baulich zusammengefasst.
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Zum Ultraschallbad 110 gehört ein Reinigungsbecken bzw. Ultraschallbecken 111, dessen Innenwandung an die kegelstumpfförmige Geometrie des Schweißbrennerkopfs 10 angepasst ist, derart, dass die Innenwandungsflächen parallel zur Düsengeometrie ausgebildet sind. (Die Darstellungen in 2 sind nicht maßstabsgetreu.) Im Reinigungsbecken 111 befindet sich eine Reinigungsflüssigkeit 113, wobei es sich beispielsweise um vollentsalztes Wasser ohne chemische Zusätze handelt. Die Reinigungsflüssigkeit 113 weist Raumtemperatur auf. Die Reinigungsflüssigkeit 113 kann mittels Pumpe über eine Filtereinrichtung umgewälzt werden, wozu das Reinigungsbecken 111 nicht gezeigte Ab- und Zuläufe aufweisen kann. Das Reinigungsbecken 111 umfasst mehrere Ultraschallerzeuger 112 (beispielhaft drei Stück), um die Reinigungsflüssigkeit 113 in bekannter Weise mit Ultraschallwellen beaufschlagen zu können. Die Schallfrequenz beträgt bspw. 27 kHz.
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Zur Trocknungseinrichtung 120 gehört ein Luftverteilungsring 121, in dessen Innenausnehmung 122 der Schweißbrennerkopf 10 einführbar ist, wie angedeutet. Der Luftverteilungsring 121 weist einen Versorgungsanschluss 123 für die Zuführung von Druckluft P auf. Ferner weist der Luftverteilungsring 121 mehrere der Innenausnehmung 122 zugewandte düsenartige Austrittsöffnungen 124 auf, an denen die zugeführte Druckluft P mit einer Vielzahl gerichteter Druckluftstrahlen p wieder austritt. Der Luftverteilungsring 120 ist in geeigneter Weise am Reinigungsbecken 111 befestigt.
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Im Folgenden wird ein erfindungsgemäßer Reinigungsdurchlauf erläutert, der einen Nassreinigungsvorgang und einen Luftrockungsvorgang umfasst. Zur Reinigung wird der verschmutze Schweißbrennerkopf 10 über dem Reinigungsbecken 111 positioniert und in die Reinigungsflüssigkeit 113 abgesenkt. Etwa zeitgleich hierzu werden die Ultraschallerzeuger 112 aktiviert. Bevorzugt ist nun vorgesehen, dass der Schweißbrennerkopf 10 mehrmals auf- und abwärts bewegt wird (wie mit Pfeilen veranschaulicht), wobei dieser jedoch immer in der Reinigungsflüssigkeit 113 eingetaucht bleibt. Hierbei gelangt die Reinigungsflüssigkeit 113 durch den Düsenmund 14 auch in den schwer zugänglichen, konischen Strömungsringspalt 13. Die Auf- und Abwärtsbewegungen des Schweißbrennerkopfs 10 im Reinigungsbecken 111 unterstützen den Austausch von Reinigungsflüssigkeit 113 im Inneren des Schweißbrennerkopfs 10 und insbesondere im Inneren des Strömungsringspalt 13, wodurch die Reinigungswirkung verbessert wird. Das Niveau der Reinigungsflüssigkeit 113 im Reinigungsbecken 111 wird währenddessen nicht abgesenkt.
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Den Auf- und Abwärtsbewegungen schließt sich eine Haltephase an, die mehrere Sekunden andauern kann und wobei sich der Schweißbrennerkopf 10 in einer tiefen Position befindet. Gelöste Schmutzpartikel werden von der Reinigungsflüssigkeit 113 weggeschwemmt. Auch hierbei wird das Niveau der Reinigungsflüssigkeit 113 im Reinigungsbecken 111 nicht abgesenkt.
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Nach dieser Haltephase werden die Ultraschallerzeuger 112 deaktiviert und der nun außen und innen gereinigte Schweißbrennerkopf 10 wird nach oben aus der Reinigungsflüssigkeit 113 herausgefahren. Der nasse Schweißbrennerkopf 10 beginnt nun eine Trocknungsfahrt, wobei dieser zur Trocknungseinrichtung 120 gefahren und dort in einer vertikalen Bewegung in die Innenausnehmung 122 des Luftverteilungsrings 121 hinein abgesenkt wird (wie mit Pfeilen dargestellt). Zeitgleich wird über den Versorgungsanschluss 123 Druckluft P in den Luftverteilungsring 121 eingeleitet. Die zugeführte Druckluft P weist einen Druck zwischen 4 bar und 8 bar und insbesondere einen Druck von etwa 6 bar auf. Die zugeführte Druckluft P verteilt sich im Luftverteilungsring 121 und entweicht durch die düsenartigen Austrittsöffnungen 124. Die austretenden Druckluftstrahlen p trocknen den Schweißbrennerkopf 10 von außen. Hierbei können auch lose oder gelöste Schmutzanhaftungen abgeblasen werden, so dass die Trocknungseinrichtung 120 auch eine Reinigungswirkung haben kann.
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Die düsenartigen Austrittsöffnungen 124 sind derart gestaltet, dass die austretenden Druckluftstrahlen p sowohl in Richtung des zu trocknenden Schweißbrennerkopfs 10 weisen (radialer Richtungsanteil), als auch nach unten geneigt sind (axialer Richtungsanteil), wodurch eine definierte Abtrocknungsrichtung, nämlich nach unten, vorgegeben ist. Mit 126 ist eine unterhalb des Luftverteilungsrings 121 angeordnete Tropfenauffangwanne (oder eine hierzu vergleichbare Einrichtung) bezeichnet, die optional vorgesehen sein kann.
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Der zu trocknende Schweißbrennerkopf 10 wird innerhalb des Luftverteilungsrings 121 in vertikaler Richtung einmal abwärts und wieder aufwärts bewegt (erforderlichenfalls auch mehrmals). Die Bewegungsgeschwindigkeit hierbei kann im Bereich von 6 mm/sec bis 10 mm/sec liegen und insbesondere in etwa 8 mm/sec betragen. Gleichzeitig wird Druckluft durch den Strömungsringspalt 13 des Schweißbrennerkopfs 10 geblasen, wodurch die darin befindliche restliche Reinigungsflüssigkeit nach unten ausgeblasen und der Strömungsringspalt 13 getrocknet wird. Der Schweißbrennerkopf 10 wird somit gleichzeitig von außen und von innen getrocknet.
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Sowohl die Druckluftzuführung zum Luftverteilungsring 121 als auch die Druckluftzuführung zum Strömungsringspalt 13 des Schweißbrennerkopfs 10 werden automatisch an- und abgeschaltet. Bevorzugt ist vorgesehen, dass mit dem Durchblasen von Druckluft durch den Strömungsringspalt 13 begonnen wird, bevor die äußere Trocknung im Luftverteilungsring 121 beginnt. Dadurch kann das Einblasen von Reinigungsflüssigkeit in den Strömungsringspalt 13 verhindert werden. Das Durchblasen von Druckluft durch den Strömungsringspalt 13 beginnt jedoch nicht, solange sich der Schweißbrennerkopf 10 noch über dem Reinigungsbecken 111 befindet.
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Bevorzugt ist vorgesehen, dass die Druckluftversorgung für den Luftverteilungsring 121 erst eingeschaltet wird, wenn sich der Schweißbrennerkopf 10 am tiefsten Bewegungspunkt befindet, so dass die äußere Abtrocknung nur während einer, insbesondere langsamen, Aufwärtsbewegung (bspw. mit 8 mm/sec oder langsamer) des Schweißbrennerkopfs 10 erfolgt. insbesondere wird auch erst kurz vorher mit dem Durchblasen von Druckluft durch den Strömungsringspalt 13 begonnen. Beim Aufwärtsbewegen wird der Schweißbrennerkopf 10 dann von außen (mittels Luftdusche) und von innen (mittels Ausblasluft) getrocknet.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung 100 und die erfindungsgemäße Vorgehensweise ermöglichen wiederholbar ein gründliches und schonendes Reinigen des Schweißbrennerkopfs 10 in kurzen Reinigungsabständen, insbesondere nach jedem Arbeitsdurchlauf. Das Reinigen, einschließlich Trocknen, kann schnell und insbesondere innerhalb der nach dem Arbeitsdurchlauf noch verbleibenden Taktzyklusrestzeit erfolgen. Die Erfindung ist insbesondere für eine Anwendung im Fahrzeugkarosseriebau geeignet.
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3 zeigt eine Ausführungsmöglichkeit des Luftverteilungsrings 121. (Die Darstellung ist nur schematisch und nicht maßstabsgetreu.) Der Luftverteilungsring 121 ist ein Hohlring, der einen als Stutzen ausgebildeten Versorgungsanschluss 123 für die zentrale Zuführung von Druckluft P und mehrere düsenartige Austrittsöffnungen 124 aufweist. Die Austrittsöffnungen 124 sind in Umfangsrichtung gleichmäßig beabstandet an der Innenumfangsfläche, welche die Innenausnehmung 122 umgibt, angeordnet. Jede Austrittsöffnung 124 ermöglicht den Austritt eines einzelnen gerichteten Druckluftstrahls p, wie in 2 gezeigt.
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Die aus den Austrittsöffnungen 124 austretenden Druckluftstrahlen p bilden eine Luftdusche, die ein schnelles und gründliches Abtrocknen des in die Innenausnehmung bzw. Innenbohrung 122 eingeführten Schweißbrennerkopfs 10 durch Luftbestrahlung ermöglicht, wobei der Schweißbrennerkopf 10 in axiale Richtung L relativ zum Luftverteilungsring 121 bewegt wird (oder gegebenenfalls auch umgekehrt). Befestigungsmittel zur Befestigung des Luftverteilungsrings 121 am Ultraschallbad 110 sind nicht dargestellt.
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Der Durchmesser der Innenausnehmung 122 kann an den Außendurchmesser des zu reinigenden Schweißbrennerkopfs 10 angepasst sein. Bevorzugt ist der Durchmesser der Innenausnehmung 122 um 5 mm bis 20 mm und insbesondere in etwa um 10 mm größer ist als der Außendurchmesser des Schweißbrennerkopfs 10. Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel weist die Innenausnehmung 122 einen Durchmesser bzw. Innendurchmesser von ca. 40 mm auf.
