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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Durchführung der Vorschubbewegung eines zum Rührreibschweißen ausgebildeten Schweißkopfes. Diese Verbindungstechnologie ist mit hohen Bearbeitungskräften verbunden, da eine so ausgebildete Schweißverbindung allein infolge von Reibung und der damit erreichbaren Temperaturerhöhung erzeugt wird. Es werden hohe Anforderungen an die Vorschubbewegung eines zum Reibrührschweißen ausgebildeten Schweißkopfes gestellt, da das eigentliche Werkzeug ein in einem Fügespalt zwischen zwei zu fügenden Werkstücken rotierender Stift ist.
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Für die Vorschubbewegung sind verschiedene technische Lösungen bekannt. Es gibt Ausführungen bei denen ein Schweißkopf auf einem Wagen angeordnet ist, der entsprechend bewegt werden kann (
EP 1 736 271 B1 ). Für den Antrieb können dann Rollen eingesetzt werden, wobei für die Bewegung die Haftreibung genutzt wird. Dies erfordert wegen der hohen erforderlichen zu übertragenden Kräfte große Flächen, was wieder zu einer erhöhten Baugröße und reduzierter Manövrierfähigkeit führt. Es sind auch Zahnstangenantriebe bekannt. Diese können zwar kleiner dimensioniert sein, um höhere Kräfte oder Momente übertragen zu können. Sie haben aber ebenfalls den Nachteil, dass hierfür entsprechende Schienen oder andere ähnliche Übertragungselemente erforderlich sind, die einen Wechsel der Vorschubachsrichtung ver-, zumindest aber erheblich behindern, so dass gekrümmte Konturen von Werkstücken nicht oder nur mit sehr hohem Aufwand beim Schweißen ausgebildet werden können.
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Es ist daher Aufgabe der Erfindung, Möglichkeiten anzugeben, mit denen eine definierte Vorschubbewegung, auch mit wechselnder Vorschubachsrichtung, erreichbar ist, und dabei größere Kräfte und Momente übertragen werden können.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit einer Vorrichtung, die die Merkmale des Anspruchs 1 aufweist, gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung können mit in untergeordneten Ansprüchen bezeichneten Merkmalen realisiert werden.
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Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Durchführung der Vorschubbewegung eines zum Rührreibschweißen ausgebildeten Schweißkopfes sind der der Schweißkopf und mindestens ein Antriebsmodul in zwei parallel zueinander ausgerichteten Führungsschienen geführt. Der zentrisch zwischen den Führungsschienen angeordnete Schweißkopf und der mindestens eine Antriebsmodul sind mit jeder der beiden Führungsschienen mit einem Modul verbunden. Mindestens der Modul, der mit dem Antriebsmodul verbunden ist, ist zur Führung und zur temporären Arretierung an den Führungsschienen ausgebildet.
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Der Antriebsmodul und der Schweißkopf sind über ein eine Zug- und/oder Druckkraft übertragendes Element miteinander verbunden. Die Vorschubbewegung wird durch eine Veränderung der Länge des Elements zwischen Antriebsmodul und Schweißkopf, bei gleichzeitiger Aktivierung einer Fixierung am Modul zur Führung und Arretierung des Antriebsmoduls erreicht.
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Der Spalt zwischen den beiden zu fügenden Werkstücken oder die bereits ausgebildete Schweißnaht sollte zwischen den beiden Führungsschienen angeordnet sein. Die Führungsschienen können in unterschiedlichster Form ausgebildet sein. Dies kann ein Rundprofil oder auch eine andere Profilform, wie ein T- oder L-Profil sein. Es können auch Konturelemente an den Führungsschienen vorhanden sein, mit denen allein oder zusätzlich eine formschlüssige Arretierung eines Moduls möglich ist. Die Führungsschienen können direkt auf der Oberfläche der Werkstücke befestigt sein, was bevorzugt mittels Unterdruck erreicht werden sollte. Sie können aber auch auf gesonderten Elementen vorhanden oder dort angebracht sein, die dann wiederum an einer Oberfläche der Werkstücke befestigt werden können, was ebenfalls mittels Unterdruck erreicht werden kann.
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Ein eine Zug- und/oder Druckkraft übertragendes Element kann eine Druck- und/oder Zugstange, ein Zahnriemen, ein Seil oder eine Kette sein. Mit den drei letztgenannten Elementen können lediglich Zugkräfte übertragen werden. Durch eine Veränderung der Länge eines solchen Elements kann ein Schweißkopf mit seinen Modulen bewegt werden, indem er gezogen oder gedrückt wird. Dabei ist das Antriebsmodul an den Führungsschienen mit einer Fixierung arretiert, so dass die wirkenden Kräfte aufgenommen werden können. Die Arretierung kann durch wirkende Reibkräfte zwischen Flächenbereichen der Module und den Führungsschienen erreicht werden. Dazu kann mindestens ein Fixierelement, das an einem Modul vorhanden ist, gegen die Oberfläche der entsprechenden Führungsschiene gedrückt werden. Die Arretierung kann auch durch Bewegung eines Keiles zwischen jeweiligem Modul und jeweiliger Führungsschiene erreicht werden. In jedem Fall muss die Arretierung wieder lösbar sein. Nach dem Lösen kann der Antriebsmodul mit seinen an den Führungsschienen geführten Modul an eine neue Position bewegt werden, die in Vorschubachsrichtung weiter vorn angeordnet ist. Dort wird die Fixierung erneut aktiviert, so dass an dieser neuen Position der Antriebsmodul wieder arretiert ist und der Schweißkopf von dort weiter in Richtung seiner Vorschubachse durch Veränderung der Länge des Elements zwischen Antriebsmodul und Schweißkopf bewegt wird.
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Für den Fall, dass an den Modulen, die mit dem Schweißkopf verbunden sind, ebenfalls eine Fixierung zur temporären Arretierung vorhanden ist, kann dies auch für eine Weiterbewegung des Antriebsmoduls genutzt werden. Dafür können die Module, die am Schweißkopf vorhanden oder daran befestigt sind, zu einem Zeitpunkt an den Führungsschienen arretiert werden, wenn wie bereits bei den Modulen für ein Antriebsmodul beschrieben, eine Fixierung aktiviert wird. Gleichzeitig ist die Arretierung an den Modulen des Antriebsmoduls gelöst. Durch Verlängerung des Elements zwischen Schweißkopf und Antriebsmodul kann der Antriebsmodul weiter entlang seiner Vorschubachsrichtung bewegt werden. In diesem Fall sollte ein Element eine drehbare Spindel (Kugelgewindetrieb) oder eine Zahnstange sein, mit denen auch Druckkräfte übertragen werden können.
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Ist die gewünschte bzw. eine maximal erreichbare Position des Antriebsmoduls erreicht, kann die Fixierung der Module am Antriebsmodul aktiviert und das Antriebsmodul dort arretiert werden. Eine Veränderung der Länge des Elements findet zu diesem Zeitpunkt nicht statt. Nach Lösen der Arretierung an Modulen des Schweißkopfes kann die Länge des Elements wieder verändert werden, und der Schweißkopf durch Verkürzung der Länge des Elements zwischen Schweißkopf und Antriebsmodul entlang seiner Vorschubachsrichtung weiter bewegt und dabei die Schweißnaht ausgebildet werden.
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In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann in Vorschubachsrichtung des Schweißkopfes je nachdem vor und nach dem Schweißkopf ein jeweils über ein Element mit dem Schweißkopf verbundenes Antriebselement mit Modulen angeordnet sein. So kann jeweils ein Antriebsmodul in Vorschubachsrichtung vor und nach dem Schweißkopf angeordnet sein, die alternierend betrieben werden, also an den Führungsschienen arretiert und entlang der Führungsschienen bewegt werden können. Es können aber auch mindestens zwei Antriebsmodule an einer Seite des Schweißkopfes in Bezug zur Vorschubachsrichtung angeordnet sein. In diesem Fall ist der Schweißkopf mit einem Element mit einem Antriebselement und dieses Antriebselement wieder mit einem weiteren Element mit einem weiteren Antriebselement verbunden. Dadurch kann der in einem Zug zurücklegbare Weg des Schweißkopfes auf zumindest nahezu die Länge, mit der eine Veränderung der Elemente die Schweißkopf 1 mit einem Antriebselement und weiteren Elementen, die weitere Antriebselemente miteinander verbinden, vergrößert werden.
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Vorteilhaft kann zwischen Schweißkopf und einem Antriebsmodul mindestens ein Umlenkelement zwischen den Führungsschienen angeordnet sein, mit dem eine Beeinflussung der Richtung der Kraftübertragung zwischen Schweißkopf und einem Antriebsmodul und somit der Bewegungsrichtung des Schweißkopfes erreichbar ist. Dadurch können auch gekrümmt verlaufende Schweißnähte ausgebildet werden.
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Ein Umlenkelement kann eine Umlenkrolle sein, über die ein Zahnriemen, Seil oder eine Kette als Element zwischen Schweißkopf und einem Antriebsmodul geführt ist. Der Umlenkpunkt sollte für eine nicht geradlinige Vorschubbewegung des Schweißkopfes nicht zentrisch zwischen den Führungsschienen angeordnet oder werden können sein. Seine Position zwischen den Führungsschienen sollte veränderbar sein, um eine Anpassung an die erforderliche Vorschubbewegungsrichtung zu ermöglichen. Dazu kann ein Umlenkelement senkrecht und/oder parallel zur durch die Führungsschienen vorgegebenen Achsrichtung bewegt werden.
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Ein Antriebsmodul kann einen geeigneten Elektro- oder Hydraulikmotor aufweisen, mit dem kann beispielsweise ein Zahnrad zum Antrieb einer Zahnstange oder ein Ritzel bzw. eine Spindel gedreht werden, um die Länge des Elements zwischen Schweißkopf und dem jeweiligen Antriebsmodul zu verändern.
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Ein Zahnriemen, ein Seil oder eine Kette können auf eine Rolle auf- bzw. davon abgewickelt werden, wenn die Länge zwischen Schweißkopf und Antriebsmodul verändert werden soll.
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Nachfolgend soll die Erfindung beispielhaft näher erläutert werden.
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Dabei zeigen:
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1 eine perspektivische Darstellung eines Beispiels einer erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einem Antriebsmodul und
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2 eine perspektivische Darstellung eines Beispiels einer erfindungsgemäßen Vorrichtung mit zwei Antriebsmodulen.
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Die 1 zeigt ein Beispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einem Schweißkopf 1 und einem Antriebsmodul 3, die beide an zwei parallel zueinander ausgerichteten Führungsschienen 5a und 5b geführt sind. Zur Führung und für eine Arretierung sind am Schweißkopf 1 und am Antriebsmodul 3 jeweils Module 2 und 6 zur Führung und Arretierung vorhanden. Die Module 2 und 6 umgreifen die hier als Rundprofil ausgebildeten Führungsschienen 5a und 5b teilweise von oben. Unterhalb der Führungsschienen 5a und 5b verbleibt ein Freiraum, so dass nicht dargestellte Befestigungselemente für die Führungsschienen 5a und 5b die Bewegung entlang der Führungsschienen 5a und 5b nicht stören. Die Führungen der Module 2 und 6, die die Führungsschienen 5a und 5b umgreifen, weisen eine komplementäre Form zur äußeren Gestalt der Führungsschienen 5a und 5b auf. Sie sind so dimensioniert, dass ein geringes Spiel, das eine ungestörte Bewegung entlang der Führungsschienen 5a und 5b ermöglicht, aufweisen. Ein Verkanten oder Verkippen soll aber nicht möglich sein.
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In/an den Modulen 2 und 6 sind Fixierungen vorhanden, mit denen wie im allgemeinen Teil der Beschreibung erläutert, eine kraft- und/oder formschlüssige Arretierung der Module 2 und 6 an bestimmten Positionen möglich ist.
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Bei dem gezeigten Beispiel ist das Element 4, das Antriebsmodul 3 und Schweißkopf 1 miteinander verbindet, eine Spindel, mit der durch Drehung die Länge zwischen Schweißkopf 1 und Antriebsmodul 3 verändert werden kann. Dadurch kann eine Bewegung des Antriebsmoduls 3 bei mit seinen Modulen 2 arretiertem Schweißkopf 1 und gelöster Arretierung an den Modulen 6 des Antriebsmoduls 3 erreicht werden. Wird das Antriebsmodul mit der Fixierung seiner Module 6 an den Führungsschienen 5a und 5b arretiert, kann der Schweißkopf 1 bewegt werden, wenn die Arretierung an seinen Modulen 2 gelöst worden ist und die Spindel als Element 4 in die entsprechende Richtung gedreht wird, so dass ihre Länge zwischen Schweißkopf 1 und Antriebsmodul 3 verändert wird. Der Schweißkopf 1 kann je nach Drehrichtung der Spindel gezogen oder geschoben werden, so dass eine dementsprechende Vorschubrichtung des Schweißkopfes 1 durch Wahl der Drehrichtung der Spindel vorgenommen werden kann.
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Das in 2 gezeigte Beispiel unterscheidet sich vom Beispiel nach 1 dadurch, dass zwei Antriebsmodule 3 über jeweils eine Spindel, als Element 4, mit dem Schweißkopf 1 verbunden sind. Dadurch kann eine erhöhte Kraft für die Bewegung des Schweißkopfes 1 aufgebracht werden, wenn die Arretierung der Module 2 am Schweißkopf 1 gelöst, die Module 6 der Antriebsmodule 3 arretiert und die Spindeln 4 gleichzeitig jeweils in die entgegengesetzte Richtung gedreht werden, so dass sich die Länge zwischen einem Antriebsmodul 3 und Schweißkopf 1 verkürzt und gleichzeitig sich die Länge zwischen dem anderen Antriebsmodul 3 und dem Schweißkops 1 vergrößert. Somit ist zudem eine kontinuierliche Bewegung des Schweißkopfes 1 möglich.
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In nicht dargestellter Form können zwei oder mehr als zwei Antriebsmodule 3 auch an einer Seite des Schweißkopfes 1 in Bezug zur Vorschubachsrichtung angeordnet sein. Diese können dann nacheinander arretiert und aktiviert werden, so dass die Länge der Elemente 4 zwischen dem Schweißkopf 1 und einem Antriebselement 3 und die Länge des Elements 4 zwischen zwei Antriebselementen 3 zur Bewegung des Schweißkopfes 1 verändert werden kann. Der in einem Zug zurücklegbare Weg des Schweißkopfes 1 bei der Ausbildung einer Schweißnaht kann so verlängert werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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