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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Punktschweißzange, die eine Zangensteuerung, eine Ventileinrichtung, einen Fluidaktor und eine Sensoranordnung umfasst, mit den Schritten: Empfangen von Feldbussignalen an einem Feldbusanschluss der Zangensteuerung und Verarbeiten der Feldbussignale zu Steuersignalen für die Ventileinrichtung in der Zangensteuerung, Bereitstellen der Steuersignale von der Zangensteuerung an die Ventileinrichtung, Beeinflussung von Fluidströmen für den Fluidaktor in Abhängigkeit von den an die Ventileinrichtung bereitgestellten Steuersignalen, Erfassen wenigstens eines Arbeitsdrucks am Fluidaktor mit der Sensoranordnung, Bereitstellen eines Sensorsignals von der Sensoranordnung an die Zangensteuerung, Verarbeiten des Sensorsignals in einem Arbeitsdruckregler der Zangensteuerung zur Regelung des Arbeitsdrucks für den Fluidaktor in Abhängigkeit von den Steuersignalen. Ferner betrifft die Erfindung eine Punktschweißzange.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zum betreiben einer Punktschweißzange sowie eine Punktschweißzange bereitzustellen, mit denen eine Optimierung des Druckluftverbrauchs ermöglicht wird.
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Diese Aufgabe wird für ein Verfahren der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass ein Versorgungsdrucksignal eines Versorgungsdrucksensors, der an einem mit dem Fluidaktor verbundenen Ausgangsanschluss der Ventileinrichtung angeordnet ist, an einen der Ventileinrichtung zugehörigen und mit der Zangensteuerung verbundenen Versorgungsdruckregler bereitgestellt wird, der für eine Regelung eines am Ausgangsanschluss bereitgestellten Versorgungsdrucks in Abhängigkeit von den Steuersignalen, vorzugsweise auf eines von wenigstens zwei vorgegebenen, insbesondere auf ein minimales, zur Durchführung des jeweiligen Bewegungsbefehls notwendiges, Versorgungsdruckniveaus ausgebildet ist. Vorzugsweise ist das jeweilige Versorgungsdruckniveau derart gewählt, dass stets nur derjenige Versorgungsdruck am Ausgangsanschluss bereitgestellt wird, mit dem gerade noch die gewünschte Stellbewegung bzw. Arbeitsbewegung für die Punktschweißzange durchgeführt werden kann. Es wird also jeweils ein an den jeweiligen Betriebszustand für die Punktschweißzange angepasstes minimales Versorgungsdruckniveau bereitgestellt, das unterhalb des Netzdrucks oder Einspeisedrucks liegt, der der Ventileinrichtung zur Verfügung gestellt wird.
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Hierbei ist unter einem Bewegungsbefehl sowohl ein Befehl zu verstehen, der zu einer Änderung des Elektrodenabstands der Schweißelektroden führen soll, als auch ein Befehl, der einen Kraftaufbau zwischen den beiden Schweißelektroden bewirken soll.
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Hierbei wird unter dem Versorgungsdruck derjenige Fluiddruck verstanden, der am Ausgangsanschluss der Ventileinrichtung bereitgestellt wird, wobei dieser Ausgangsanschluss unmittelbar, also direkt, insbesondere ohne weitere zwischengeschaltete Fluidkomponenten wie beispielsweise ein Ventil und/oder eine Drossel, oder mittelbar, insbesondere mit wenigstens einer zwischengeschalteten Fluidkomponente wie beispielsweise einem Ventil oder einer Drossel, mit dem Fluidaktor gekoppelt ist. Der Druck des Arbeitsfluids, insbesondere Druckluft, der von einer Arbeitsfluidquelle, insbesondere einer Druckluftquelle, an die Ventileinrichtung bereitgestellt wird, wird als Eingangsdruck bezeichnet. Im Rahmen der Verfahrensdurchführung ist vorgesehen, dass der Eingangsdruck abgesehen von eventuellen Schwankungen, wie sie in Fluidversorgungsystemen aufgrund zeitlich wechselnder Belastungen auftreten können, konstant ist. Demgegenüber ist verfahrensgemäß vorgesehen, dass der Versorgungsdruck in Abhängigkeit von unterschiedlichen Funktionen der Punktschweißzange, beispielsweise einem Öffnungsvorgang, einem Schließvorgang oder einen Schweißvorgang, auf das jeweils geeignete Versorgungsdruckniveau begrenzt wird, um einen möglichst geringen Verbrauch ein Arbeitsfluid zu gewährleisten.
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Die Zielsetzung des Verfahrens liegt darin, den Versorgungsdruck für den Fluidaktor situationsabhängig zu beeinflussen, um beispielsweise bei einer reinen Verfahrbewegung des Fluidaktors ein niedrigeres Versorgungsdruckniveau verwenden zu können als während eines zum Schweißen notwendigen Kraftaufbaus für den Fluidaktor, , bei dem ein höheres Versorgungsdruckniveau für den Fluidaktor benötigt wird.
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Hierbei ist insbesondere davon auszugehen, dass der Fluidaktor unmittelbar oder über eine Getriebeeinrichtung, insbesondere ein Hebelgetriebe, auf wenigstens eine Schweißelektrode der Punktschweißzange einwirkt. Beispielhaft kann vorgesehen sein, dass zur Vorbereitung der Durchführung eines Schweißvorgangs ein Abstand zwischen den typischerweise zwei gegenüberliegend zueinander angeordneten Schweißelektroden vergrö-ßert wird, um beispielsweise eine Kontur des zu bearbeitenden Blechteils berührungsfrei umfahren zu können, wobei hierfür ein niedriges Versorgungsdruckniveau ausreichend ist, da lediglich Reibungskräfte und Massenträgheitskräfte der Punktschweißzange überwunden werden müssen. Eine derartige Relativbewegung einer ersten Schweißelektrode gegenüber einer zweiten Schweißelektrode wird als Verfahrbewegung bezeichnet. Ferner kann vorgesehen sein, dass bei Erreichen einer Schweißposition zunächst eine Annäherung der gegenüberliegend zueinander angeordneten Schweißelektroden vorgenommen wird, bis die Schweißelektroden in mechanischen Kontakt mit den zu bearbeitenden Blechteil gelangt sind, wobei sich ebenfalls um eine Verfahrbewegung handelt. Erst bei einer Bereitstellung elektrischer Energie an die wenigstens zwei Schweißelektroden wird ein hohes Versorgungsdruckniveau benötigt, um die während des Schweißvorgangs erforderlichen Schweißkräfte zwischen den wenigstens zwei Schweißelektroden aufbringen zu können.
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Verfahrensgemäß ist vorgesehen, eine Einstellung des jeweils erforderlichen Versorgungsdruckniveaus parallel zur eigentlichen fluidischen Ansteuerung des Fluidaktors durchzuführen. Diese Begrenzung des Versorgungsdrucks wird vom Versorgungsdruckregler, der unmittelbar der Ventileinrichtung zugeordnet ist und insbesondere spezifisch auf die Ventileinrichtung parametriert ist, durchgeführt. Hierbei greift der Versorgungsdruckregler auf die Sensorsignale des Versorgungsdrucksensors zu und ist ferner dazu ausgebildet, anhand der Steuersignale, die von der Zangensteuerung an den Versorgungsdruckregler bereitgestellt werden, das jeweils passende Versorgungsdruckniveau vorzugeben.
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Demgegenüber wird der Arbeitsdruck von der Zangensteuerung in Abhängigkeit von den Sensorsignalen der Sensoranordnung, die dem Fluidaktor zugeordnet ist, sowie in Abhängigkeit von den eintreffenden Feldbussignalen, die in der Zangensteuerung in Steuersignale umgesetzt werden, geregelt.
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Vorzugsweise ist die Zangensteuerung mit dem Arbeitsdruckregler derart ausgebildet, dass für eine Stellbewegung der Punktschweißzange, also eine Abstandsveränderung der beiden Schweißelektroden, keine Einbeziehung der Sensorsignale des ersten Arbeitsdrucksensors und des zweiten Arbeitsdrucksensors erfolgt. Vielmehr wird diese Stellbewegung als geregelter Vorgang (closed loop), insbesondere als Positionsregelungsvorgang, von der Zangensteuerung unter Verwendung eines Positionssignals eines Positionssensors durchgeführt. Demgegenüber kann vorgesehen sein, dass der Arbeitsvorgang der Punktschweißzange, also die Durchführung des Punktschweißvorgangs, unter Verwendung der Sensorsignale des ersten Arbeitsdrucksensors und des zweiten Arbeitsdrucksensors vom Arbeitsdruckregler kraftgeregelt (closed loop) vorgenommen wird. Hierbei ist davon auszugehen, dass im Arbeitsdruckregler sämtliche zur Ermittlung der jeweiligen Schweißkraft an den Elektroden erforderlichen Parameter wie beispielsweise die Geometrie des Fluidaktors und/oder der ersten und zweiten Schweißelektrode hinterlegt sind.
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In der Praxis bedeutet dies rein exemplarisch, dass die Zangensteuerung eine Abfolge von Feldbussignalen an ihrer Feldbusschnittstelle empfängt und aus diesen Feldbussignalen zunächst die für den Fluidaktor vorgesehenen Bewegungsbefehle ermittelt. In einem nachfolgenden Verarbeitungsschritt werden in der Zangensteuerung aus den Bewegungsbefehlen unter Verwendung des als Bestandteil der Zangensteuerung ausgebildeten Arbeitsdruckreglers geeignete Steuersignale für die Ventileinrichtung ermittelt und an die Ventileinrichtung bereitgestellt, sofern eine Arbeitsdruckregelung vorgenommen werden soll, wie dies bei der Durchführung des Schweißvorgangs der Fall ist. Ferner stellt die Zangensteuerung diese Steuersignale auch den Versorgungsdruckregler bereit, der aus den Steuersignalen das für die Durchführung des jeweiligen Bewegungsbefehls erforderliche Versorgungsdruckniveau bestimmt und hiermit eine entsprechende Ansteuerung der Ventileinrichtung durchführt.
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Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Zweckmäßig ist es, wenn der Versorgungsdruck maximal 50 Prozent, vorzugsweise maximal 30 Prozent, besonders bevorzugt maximal 20 Prozent, insbesondere maximal 10 Prozent, größer als der Arbeitsdruck ist. Die Zielsetzung des Verfahrens liegt darin, den Versorgungsdruck derart bereitzustellen, dass bei der Ansteuerung der Ventileinrichtung nur geringe, insbesondere möglichst keine, Maßnahmen getroffen werden müssen, um den Arbeitsdruck zu begrenzen. Wenn beispielsweise für die Durchführung einer Verfahrbewegung des Fluidaktors bekannt ist, welcher Arbeitsdruck benötigt wird, um diese Verfahrbewegung durchführen zu können, wird der Versorgungsdruck vom Versorgungsdruckregler derart eingestellt, dass er lediglich geringfügig größer als der benötigte Arbeitsdruck ist. Ferner wird durch die Einstellung des Versorgungsdrucks auf ein Druckniveau, das geringfügig oberhalb des erforderlichen Arbeitsdrucks liegt, ein unnötiger Verbrauch von Arbeitsfluid, insbesondere Druckluft, vermieden, da aufgrund der geringen gehaltenen Differenz zwischen dem Versorgungsdruck und dem Arbeitsdruck die ansonsten auftretenden Drosselverluste in der Ventileinrichtung gering gehalten werden können.
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Bei einer Weiterbildung des Verfahrens ist vorgesehen, dass ein erstes Versorgungsdruckniveau derart gewählt ist, dass der Fluidaktor eine Stellbewegung für eine Schweißelektrode bewirken kann und dass ein zweites Versorgungsdruckniveau derart gewählt ist, dass der Fluidaktor die Schweißelektrode für einen Schweißvorgang mit einer Schweißkraft beaufschlagen kann. Rein exemplarisch kann davon ausgegangen werden, dass eine Stellbewegung der Schweißelektrode bereits bei einem Arbeitsdruck von 2 bar durchgeführt werden kann, während eine Bereitstellung einer Schweißkraft für die Durchführung des Schweißvorgangs einen Arbeitsdruck von 5 bar erfordert. Dementsprechend ist der Versorgungsdruckregler beispielsweise dazu ausgebildet, den Versorgungsdruck für die Durchführung der Stellbewegung beispielsweise auf 2,2 bar zu begrenzen, wobei der Eingangsdruck rein exemplarisch 6 bar betragen kann. Für die Durchführung des Schweißvorgangs kann beispielsweise ein Versorgungsdruck von 5,5 bar bereitgestellt werden. Rein exemplarisch kann vorgesehen sein, dass bei der Durchführung des Schweißvorgangs zeitlich aufeinanderfolgend unterschiedliche Versorgungsdrücke für unterschiedlich ausgebildete Schweißstellen zur Verfügung gestellt werden müssen. Dementsprechend findet jeweils eine Anpassung des Versorgungsdruckniveaus statt.
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Bevorzugt ist vorgesehen, dass der Arbeitsdruckregler als Regelalgorithmus in einer Verarbeitungseinrichtung, insbesondere einem Mikrocontroller oder Mikroprozessor, der Zangensteuerung ausgebildet ist und für eine Bereitstellung der Steuersignale an die Ventileinrichtung in Abhängigkeit von den Steuersignalen ausgebildet ist und dass der Versorgungsdruckregler als Regelalgorithmus in einer Verarbeitungseinrichtung, insbesondere einem Mikrocontroller oder Mikroprozessor, der Ventileinrichtung ausgebildet ist und für eine Bereitstellung oder für eine Bestimmung und Bereitstellung des jeweils erforderlichen Versorgungsdruckniveaus in Abhängigkeit von den Steuersignalen ausgebildet ist. Hierbei wird davon ausgegangen, dass der Arbeitsdruckregler, der der Zangensteuerung zugehörig ist, anhand der eintreffenden Bewegungsbefehle sowie der Sensorsignale der Sensoranordnung, die dem Fluidaktor zur Ermittlung des Arbeitsdrucks zugeordnet, ist eine Regelung des an den Fluidaktor bereitzustellenden Arbeitsdrucks in einem geschlossenen Regelkreis (closed loop) vornimmt. Ferner wird davon ausgegangen, dass der Versorgungsdruckregler, der der Ventileinrichtung zugehörig ist, anhand der von der Zangensteuerung eintreffenden Steuersignale sowie der Versorgungsdrucksignale des Versorgungsdrucksensors eine Bereitstellung oder eine Ermittlung und Bereitstellung eines für die Durchführung des Bewegungsbefehls, der den Steuersignalen zu Grunde liegt, erforderlichen Versorgungsdruckniveaus vornimmt und, insbesondere für die Dauer der Ausführung des jeweiligen Bewegungsbefehls, eine Regelung des Versorgungsdrucks, der am Ausgangsanschluss der Ventileinrichtung bereitgestellt wird, in einem geschlossenen Regelkreis vornimmt.
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Die Aufgabe der Erfindung wird gemäß einem zweiten Erfindungsaspekt durch eine Punktschweißzange zum Verschweißen von Blechteilen gelöst. Hierbei umfasst die Punktschweißzange eine Zangenschnittstelle, die zur Festlegung an einem Industrieroboter ausgebildet ist und die einen Feldbusanschluss, einen Druckluftanschluss und einen Stromanschluss umfasst, eine Zangensteuerung, die mit dem Feldbusanschluss verbunden ist, eine Ventileinrichtung, die mit der Zangensteuerung und mit dem Druckluftanschluss verbunden ist, einen Fluidaktor, der mit der Ventileinrichtung verbunden ist und der mit einer Sensoranordnung versehen ist, die zur Erfassung eines Arbeitsdrucks am Fluidaktor sowie zur Bereitstellung eines vom Arbeitsdruck abhängigen Sensorsignals an die Zangensteuerung ausgebildet ist, wobei die Zangensteuerung einen Arbeitsdruckregler für eine Regelung des Arbeitsdrucks am Fluidaktor aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventileinrichtung an einem mit dem Fluidaktor verbundenen Ausgangsanschluss mit einem Versorgungsdrucksensor versehen ist, der zur Bereitstellung eines Versorgungsdrucksignals ausgebildet ist, und dass die Ventileinrichtung einen mit der Zangensteuerung verbundenen Versorgungsdruckregler umfasst, der elektrisch mit dem Versorgungsdrucksensor verbunden ist und der für eine Regelung eines am Ausgangsanschluss bereitgestellten Versorgungsdrucks in Abhängigkeit von den Steuersignalen auf eines von wenigstens zwei vorgegebenen Versorgungsdruckniveaus ausgebildet ist.
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Die Zangenschnittstelle dient zur mechanischen Kopplung der Punktschweißzange mit einem Arm eines Industrieroboters. Alternativ kann die Zangenschnittstelle auch dazu genutzt werden, die Punktschweißzange an einem stationären Maschinengestell festzulegen. Vorzugsweise ist die Zangenschnittstelle derart ausgebildet, dass mit der mechanischen Kopplung zwischen Punktschweißzange und Industrieroboter auch ohne weiteres Zutun die Verbindungen zwischen dem Feldbusanschluss, dem Druckluftanschluss und dem Stromanschluss zu den korrespondierenden Anschlüssen am Industrieroboter hergestellt werden. Bei einer derartigen Konfiguration der Zangenschnittstelle und der hierzu korrespondierenden Schnittstelle am Industrieroboter kann ein vollständig automatisiertes Aufnehmen und Ablegen der Punktschweißzange durch den Industrieroboter vorgenommen werden. Die Zangensteuerung ist mit dem Feldbusanschluss und dem Stromanschluss verbunden und dient dazu, aus den über den Feldbusanschluss eintreffenden Feldbussignale die an den Fluidaktor gerichteten Bewegungsbefehle zu ermitteln, um daraus Steuersignale für die Ventileinrichtung zu ermitteln. Ferner ist die Zangensteuerung rein exemplarisch dazu ausgebildet, einen Stromfluss zwischen dem Stromanschluss und den Schweißelektroden in Abhängigkeit von eintreffenden Feldbussignalen zu beeinflussen. Alternativ ist vorgesehen, dass der Schweißstrom von einem separat ausgebildeten Schweißtransformator bereitgestellt wird und von der Zangenschnittstelle unter Auslassung der Zangensteuerung an die Schweißelektroden weitergeleitet wird. Darüber hinaus steht die Zangensteuerung mit der Sensoranordnung in Verbindung und ist zur Verarbeitung von Sensorsignalen der Sensoranordnung, die einen Arbeitsdrucks am Fluidaktor ermitteln kann, ausgebildet um eine geschlossene Regelschleife für die Regelung des Arbeitsdrucks in Abhängigkeit von den eintreffenden Bewegungsbefehlen und den daraus ermittelten Steuersignalen zu bilden. Hierzu umfasst die Zangensteuerung, bei der es sich insbesondere um einen Computer handeln kann, einen Arbeitsdruckregler, mit dessen Hilfe die Arbeitsdruckregelung vorgenommen werden kann.
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Die Ventileinrichtung umfasst wenigstens ein Ventil, das als Schaltventil oder als Stetigventil ausgebildet sein kann und das für eine elektrische Ansteuerung eingerichtet ist. Eine Ansteuerung des Ventils erfolgt durch einen Versorgungsdruckregler, der Bestandteil der Ventileinrichtung ist und der elektrisch mit einem Versorgungsdrucksensor sowie mit der Zangensteuerung verbunden ist. Der Versorgungsdruckregler hat die Aufgabe, in Abhängigkeit von den Steuersignalen der Zangensteuerung ein Versorgungsdruckniveau zu bestimmen, das für die Durchführung des jeweiligen Bewegungsbefehls erforderlich ist und dieses Versorgungsdruckniveau während der Durchführung des Bewegungsbefehls einzuhalten. Hierbei bedient sich der Versorgungsdruckregler des Versorgungsdrucksignals des Versorgungsdrucksensors, der zur Erfassung des Versorgungsdrucks Ausgangsanschluss der Ventileinrichtung ausgebildet ist. Rein exemplarisch kann gesehen sein, dass der Versorgungsdruckregler bei Eintreffen der Bewegungsbefehle „Schweißzange öffnen“ und „Schweißzange schließen“ den Versorgungsdruck auf ein erstes, niedriges Versorgungsdruckniveau regelt und bei Eintreffen des Bewegungsbefehls „Schweißvorgang durchführen“ den Versorgungsdruck auf ein zweites, hohes Versorgungsdruckniveau regelt.
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Vorteilhaft ist es, wenn der Fluidaktor als doppeltwirkender Pneumatikzylinder ausgebildet ist, der einen ersten Arbeitsanschluss aufweist, dem ein erster Drucksensor der Sensoranordnung zugeordnet ist, und der einen zweiten Arbeitsanschluss aufweist, dem ein zweiter Drucksensor der Sensoranordnung zugeordnet ist, wobei der erste Drucksensor und der zweite Drucksensor elektrisch mit der Zangensteuerung verbunden sind. Dabei dient der erste Arbeitsanschluss der Belüftung und Entlüftung eines ersten Arbeitsraums im Pneumatikzylinder, während der zweite Arbeitsanschluss der Belüftung und Entlüftung eines zweiten Arbeitsraums im Pneumatikzylinder dient. Sowohl der am ersten Arbeitsanschluss angeordnete erste Drucksensor als auch der zweiten Arbeitsanschluss angeordnete zweite Drucksensor elektrisch mit der Zangensteuerung verbunden, um in Abhängigkeit von einem ersten Arbeitsdruck am ersten Arbeitsanschluss und in Abhängigkeit von einem zweiten Arbeitsdrucks am zweiten Arbeitsanschluss erste und zweite Arbeitsdrucksignale an den Arbeitsdruckregler in der Zangensteuerung bereitstellen zu können.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Ventileinrichtung ein erstes elektrisch angesteuertes Proportionalventil mit einem ersten Versorgungsdruckregler und einem ersten Versorgungsdrucksensor umfasst, das dem ersten Arbeitsanschluss zugeordnet ist, und dass die Ventileinrichtung ein zweites elektrisch angesteuertes Proportionalventil mit einem zweiten Versorgungsdruckregler und einem zweiten Versorgungsdrucksensor umfasst, das dem zweiten Arbeitsanschluss zugeordnet ist. Bei dieser Ausführungsform der Erfindung kommt sowohl dem ersten Proportionalventil als auch dem zweiten Proportionalventil jeweils eine Doppelfunktion zu, da die beiden Proportionalventile sowohl den Versorgungsdruck wie den Arbeitsdruck unmittelbar beeinflussen. Hierbei ist insbesondere von einer festen Beziehung zwischen dem Versorgungsdruck und dem Arbeitsdruck auszugehen, die insbesondere von den Eigenschaften der Fluidverbindung zwischen dem Ausgangsanschluss der jeweiligen Ventileinrichtung und dem Arbeitsanschluss des jeweiligen Fluidaktors abhängig ist. Das erste elektrisch angesteuerte Proportionalventil und das zweite, elektrisch angesteuerte Proportionalventil sorgen dafür, dass der Netzdruck oder Einspeisedruck, der der Ventileinrichtung zur Verfügung gestellt wird, stets derart beeinflusst wird, dass am jeweiligen Ausgangsanschluss des jeweiligen Proportionalventils ein Versorgungsdruckniveau vorliegt, das möglichst niedrig aber noch so gewählt ist, dass der gewünschte Bewegungsbefehl noch zuverlässig ausgeführt werden kann. Gegebenenfalls kann auch vorgesehen werden, das Versorgungsdruckniveau während der Durchführung des Bewegungsbefehls anzupassen, beispielsweise eine Erhöhung des Versorgungsdruckniveaus vorzunehmen, sofern sich ermitteln lässt, dass die gewünschte Funktion der Punktschweißzange nicht gewährleistet ist.
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Bevorzugt ist vorgesehen, dass die Ventileinrichtung ein mit dem Druckluftanschluss verbundenes, insbesondere als Proportionalventil ausgebildetes, elektrisch angesteuertes Versorgungsdruckventil mit Versorgungsdruckregler und Versorgungsdrucksensor sowie ein zwischen dem Versorgungsdruckventil und dem Fluidaktor angeordnetes, insbesondere als Proportionalventil ausgebildetes, elektrisch angesteuertes Arbeitsdruckventil umfasst, das für eine wahlweise Belüftung und Entlüftung des ersten Arbeitsanschlusses und des zweiten Arbeitsanschlusses ausgebildet ist und das einen Eingangsanschluss aufweist, der mit dem Ausgangsanschluss des Versorgungsdruckventils verbunden ist. Hierbei bilden das Versorgungsdruckventil und das Arbeitsdruckventil eine fluidische Reihenschaltung, die sich zwischen dem Druckluftanschluss der Zangenschnittstelle und dem Fluidaktor erstreckt. Hierbei hat das Versorgungsdruckventil mit dem zugeordneten Versorgungsdruckregler die Aufgabe, in Abhängigkeit von den Steuersignalen der Zangensteuerung während der Durchführung eines Bewegungsbefehls ein anhand der Steuersignale ermitteltes Versorgungsdruckniveau bereitzustellen, während das Arbeitsdruckventil mit dem zugeordneten Arbeitsdruckregler die Aufgabe hat, den Fluidaktor in geeigneter Weise mit dem Arbeitsfluid zu versorgen, um den Bewegungsbefehl durchzuführen. Durch die Auftrennung der Ventileinrichtung in wenigstens ein Versorgungsdruckventil und wenigstens ein Arbeitsdruckventil wird erreicht, dass das wenigstens eine Arbeitsdruckventil, das für die unmittelbare Einflussnahme auf die Fluidströme zum Fluidaktor bzw. vom Fluidaktor eingesetzt wird, in einer Weise angesteuert werden können, die eine optimale Fluidversorgung des Fluidaktors gewährleistet, ohne hierbei Rücksicht auf eine Begrenzung des Versorgungsdrucks nehmen zu müssen, da diese Aufgabe vom Versorgungsdruckventil übernommen wird, um eine möglichst effiziente Ausnutzung des Arbeitsfluids zu gewährleisten.
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Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Arbeitsdruckregler als Regelalgorithmus in einer Verarbeitungseinrichtung, insbesondere einem Mikrocontroller oder Mikroprozessor, der Zangensteuerung ausgebildet ist und für eine Bereitstellung der Steuersignale an die Ventileinrichtung in Abhängigkeit von den Steuersignalen ausgebildet ist und/oder dass der Versorgungsdruckregler als Regelalgorithmus in einer Verarbeitungseinrichtung, insbesondere einem Mikrocontroller oder Mikroprozessor, ausgebildet ist und für eine Bestimmung des jeweils erforderlichen Versorgungsdruckniveaus in Abhängigkeit von den Steuersignalen ausgebildet ist.
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Vorteilhaft ist es, wenn dem Fluidaktor ein Positionssensor zugeordnet ist, der für eine Ermittlung einer Position eines Aktorglieds gegenüber einem Aktorgehäuse und für eine Bereitstellung eines Positionssignals an die Zangensteuerung ausgebildet ist und dass die Zangensteuerung wahlweise für eine Positionsregelung oder eine Kraftregelung des Fluidaktors ausgebildet ist.
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Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt. Hierbei zeigt:
- 1 eine streng schematische Schaltungsdarstellung für eine erste Ausführungsform einer Punktschweißzange, und
- 2 eine streng schematische Schaltungsdarstellung für eine zweite Ausführungsform einer Punktschweißzange.
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Eine in der 1 streng schematisch dargestellte erste Ausführungsform einer Punktschweißzange 1 ist rein exemplarisch zur Durchführung von Punktschweißvorgängen an nicht dargestellten Blechteilen ausgebildet. Typischerweise ist es zur Durchführung der Punktschweißvorgänge vorgesehen, die Punktschweißzange 1 an einem Arm eines nicht dargestellten Industrieroboters anzukoppeln, damit die Punktschweißzange 1 wenigstens eindimensional in einer Raumrichtung, vorzugsweise zweidimensional in zwei zueinander senkrechten Raumrichtungen, besonders bevorzugt dreidimensionalen in drei zueinander senkrechten Raumrichtungen bewegt werden kann. Beispielhaft kann eine derartige Punktschweißzange 1 im Karosseriebau für die Automobilindustrie eingesetzt werden.
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Die Punktschweißzange 1 umfasst eine Zangenschnittstelle 2, die für eine mechanische Kopplung mit dem nicht dargestellten Industrieroboter ausgebildet ist. Exemplarisch ist vorgesehen, dass die Zangenschnittstelle 2 einen Feldbusanschluss 3, einen Stromanschluss 4 sowie einen Druckluftanschluss 5 umfasst. Bevorzugt ist die Zangenschnittstelle 2 derart konfiguriert, dass mit der Ankopplung an den nicht dargestellten Industrieroboter selbsttätig eine Verbindung zwischen dem Feldbusanschluss 3 und einem im Industrieroboter vorhandenen Feldbus, eine Verbindung zwischen dem Stromanschluss 4 und einer im Industrieroboter vorhandenen Stromversorgung sowie eine Verbindung zwischen dem Druckluftanschluss 5 und einer im Industrieroboter vorhandenen Druckluftversorgung hergestellt wird.
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Für einen Gebrauch der Punktschweißzange 1 ist davon auszugehen, dass bei Bereitstellung von Feldbussignalen an den Feldbusanschluss 3, von elektrischer Energie an den Stromanschluss 4 sowie von Druckluft an den Druckluftanschluss 5 eine eigenständige Durchführung der Punktschweißvorgänge durch die Punktschweißzange 1 erfolgt, wobei die räumliche Ausrichtung der Punktschweißzange 1 durch den nicht dargestellten Industrieroboter erfolgt. Ferner erfolgt die Koordination zwischen der räumlichen Ausrichtung der Punktschweißzange 1 mittels des Industrieroboters und die Durchführung der Punktschweißvorgänge, die durch entsprechende Feldbussignale bewirkt werden, durch eine nicht dargestellte Maschinensteuerung, die insbesondere als Robotersteuerung für den Industrieroboter ausgebildet sein kann.
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Die Punktschweißzange 1 umfasst eine Zangensteuerung 6, die mit dem Feldbusanschluss 3 und rein exemplarisch mit dem Stromanschluss 4 verbunden ist. Ferner umfasst die Punktschweißzange 1 ein erstes Proportionalventil 7 und ein zweites Proportionalventil 8, die eine Ventileinrichtung 14 bilden. Einem Fluidaktor 11 der Punktschweißzange 1, der rein exemplarisch als Pneumatikzylinder ausgebildet ist, sind ein erster Arbeitsdrucksensor 9 und ein zweiter Arbeitsdrucksensor 10 zugeordnet, die eine Sensoranordnung 13 bilden. Beispielhaft ist vorgesehen, dass dem Fluidaktor 11 ein Positionssensor 12 zur Erfassung einer Position eines Arbeitskolbens 15 relativ zu einem Aktorgehäuse 16 zugeordnet ist, wobei der Positionssensor 12 in diesem Fall ebenfalls der Sensoranordnung 13 zugehörig ist. Eine mit dem Arbeitskolben 15 verbundene Kolbenstange 17 wirkt über ein Hebelgetriebe 18 auf eine erste Schweißelektrode 19 und eine zweite Schweißelektrode 20 ein, die jeweils schwenkbeweglich am Aktorgehäuse 16 gelagert sind und die eine jeweils gegenläufige Bewegung zur Vergrößerung oder Verkleiner eines Schweißspalts 24 durchführen können.
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Die Zangensteuerung 6 weist einen Kommunikationsbereich 21 und einen Arbeitsdruckregler 22 und gegebenenfalls eine Endstufe 23 auf, die jeweils nur als rein schematische Funktionsblöcke gezeigt sind, wobei die Endstufe bei einer nicht dargestellten Ausführungsform der Punktschweißzange vollständig außerhalb der Zangensteuerung, insbesondere abseits der Punktschweißzange, angeordnet sein kann.
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Der Kommunikationsbereich 21 und der Arbeitsdruckregler 22 können beispielsweise als Algorithmen auf einem Mikrocomputer ablaufen, der in nicht näher dargestellter Weise in der Zangensteuerung 6 aufgenommen ist. Bei den Algorithmen handelt es sich dementsprechend um Computerprogramme, wobei der Kommunikationsbereich 21 zur Auswertung der eintreffenden Feldbussignale sowie zur Ermittlung von Bewegungsbefehlen aus den Feldbussignalen ausgebildet ist. Das Computerprogramm für den Arbeitsdruckregler 22 ist zur Ermittlung von Steuersignalen aus den Bewegungsbefehlen, gegebenenfalls unter Einbeziehung von Sensorsignalen des ersten Arbeitsdrucksensors 9 und des zweiten Arbeitsdrucksensors 10, ausgebildet. Sofern auch ein Positionssensor 12 vorgesehen ist, bezieht der Arbeitsdruckregler 22 gegebenenfalls auch die Sensorsignale des Positionssensors 12 zur Ermittlung der Steuersignale ein. Die Steuersignale werden über Signalleitungen 26, 27 an das erste Proportionalventil 7 und das zweite Proportionalventil 8 bereitgestellt. Während beim ersten Proportionalventil 7 eine weitere Verarbeitung des Steuersignals des Arbeitsdruckreglers 22 vorgesehen ist, erfolgt beim zweiten Proportionalventil 8 eine unmittelbare Umsetzung des Steuersignals des Arbeitsdruckreglers 22 in eine Änderung des Steuerzustands für das zweite Proportionalventil 8. Beispielhaft ist vorgesehen, dass für einen Stellvorgang der Punktschweißzange 1 keine Einbeziehung der Sensorsignale des ersten Arbeitsdrucksensors 9 und des zweiten Arbeitsdrucksensors 10 erfolgt. Vielmehr wird diese Stellbewegung als positionsgeregelter Vorgang (closed loop) unter Verwendung des Positionssignals des Positionssensors 12 vom Arbeitsdruckregler 22 durchgeführt. Demgegenüber kann vorgesehen sein, dass der Arbeitsvorgang der Punktschweißzange 1, also die Durchführung des Punktschweißvorgangs, unter Verwendung der Sensorsignale des ersten Arbeitsdrucksensors 9 und des zweiten Arbeitsdrucksensors 10 kraftgeregelt (closed loop) vorgenommen wird. Hierbei ist davon auszugehen, dass im Arbeitsdruckregler 22 sämtliche zur Ermittlung der jeweiligen Schweißkraft an den Elektroden 19, 20 erforderlichen Parameter wie beispielsweise die Geometrie des Fluidaktors 11 und/oder der ersten und zweiten Schweißelektrode 19, 20 hinterlegt sind.
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Bei einer nicht dargestellten Variante der Zangensteuerung entfallen der Stromanschluss in der Zangenschnittstelle sowie die Endstufe, da diese Komponenten in einer separaten Schweißstromsteuerung ausgebildet sind.
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Das erste Proportionalventil 7 weist einen Eingangsanschluss 29 auf, der über eine Druckluftleitungsanordnung 30 mit dem Druckluftanschluss 5 der Zangenschnittstelle 2 verbunden ist. Das erste Proportionalventil 7 umfasst ferner eine als Mikroprozessor ausgebildete Verarbeitungseinrichtung 32, die über die Signalleitung 26 mit der Zangensteuerung 6 verbunden ist sowie einen mit der Verarbeitungseinrichtung 32 elektrisch verbundenen Versorgungsdrucksensor 33, der fluidisch mit dem Ausgangsanschluss 30 verbunden ist und ein Versorgungsdrucksignal an die Verarbeitungseinrichtung 32 in Abhängigkeit von einem Versorgungsdruck am Ausgangsanschluss 30 bereitstellt. Auf der Verarbeitungseinrichtung 32 läuft ein Computerprogramm ab, das die eintreffenden Steuersignale sowie die eintreffenden Versorgungsdrucksignale auswertet und hieraus Stellsignale für eine elektropneumatische Vorsteuerung 34 eines rein exemplarisch als fluidisch vorgesteuertes 2/2-Wegeventil ausgebildeten Stetigventils 35 ermittelt. Somit bildet die Verarbeitungseinrichtung 32 mit dem zugehörigen Computerprogramm einen Versorgungsdruckregler 36. Die Aufgabe des ersten Proportionalventils 7 besteht darin, in Abhängigkeit von den eintreffenden Steuersignalen der Zangensteuerung 6 ein Versorgungsdruckniveau zu gewährleisten, das am Ausgangsanschluss 30 des ersten Proportionalventils 7 bereitzustellen ist, um der Zangensteuerung 6 unter Verwendung des zweiten Proportionalventils 8 eine fluidische Ansteuerung des Fluidaktors 11 zur Durchführung des jeweils zu erfüllenden Bewegungsbefehls zu ermöglichen.
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Das zweite Proportionalventil 8 ist rein exemplarisch als elektropneumatisch vorgesteuertes 5/3-Wegeventil ausgebildet. Ein Versorgungsanschluss 52 des zweiten Proportionalventils 8 ist über eine Versorgungsleitung 40 mit dem Ausgangsanschluss 30 des ersten Proportionalventils 7 fluidisch verbunden. Ferner ist das zweite Proportionalventil 8 über eine erste Abluftleitung 41 mit einem ersten Schalldämpfer 43 sowie über eine zweite Abluftleitung 42 mit einem zweiten Schalldämpfer 44 verbunden. Darüber hinaus steht das zweite Proportionalventil 8 über eine erste Arbeitsleitung 45 mit einem ersten Arbeitsanschluss 47 des Fluidaktors 11 sowie über eine zweite Arbeitsleitung 46 mit einem zweiten Arbeitsanschluss 48 des Fluidaktors 11 jeweils in fluidisch kommunizierender Verbindung.
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Der erste Arbeitsdrucksensor 9 steht in fluidischer Kommunikation mit der ersten Arbeitsleitung 45 und stellt ein elektrisches Sensorsignal über eine erste Sensorleitung 49 an die Zangensteuerung 6 zur Verfügung. Der zweite Arbeitsdrucksensor 10 steht in fluidischer Kommunikation mit der zweiten Arbeitsleitung 46 und stellt ein elektrisches Sensorsignal über eine zweite Sensorleitung 50 an die Zangensteuerung 6 zur Verfügung. Der Positionssensor 12 ist rein exemplarisch unmittelbar am Aktorgehäuse 16 angeordnet und zur Erfassung eines Magnetfelds eines nicht dargestellten, am Arbeitskolben 15 angebrachten Permanentmagneten ausgebildet und stellt ein von der relativen Position des Arbeitskolbens 15 gegenüber dem Aktorgehäuse 16 abhängiges Sensorsignal über eine dritte Sensorleitung 51 an die Zangensteuerung 6 zur Verfügung.
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Die Funktionsweise der Punktschweißzange 1 kann wie folgt beschrieben werden: zunächst wird von einer nicht dargestellten Maschinensteuerung oder Robotersteuerung eines ebenfalls nicht dargestellten Industrieroboters, an dem die Punktschweißzange 1 mit ihrer Zangenschnittstelle 2 angekoppelt ist, eine Druckluftversorgung über den Druckluftanschluss 5, eine Stromversorgung über den Stromanschluss 4 sowie eine Versorgung mit Feldbussignalen über den Feldbusanschluss 3 bereitgestellt. Die Feldbussignale werden vom Feldbusanschluss 3 an die Zangensteuerung 6 zur Verfügung gestellt und dort im Kommunikationsbereich 21 ausgewertet. Im Zuge dieser Auswertung werden aus den Feldbussignalen diejenigen Befehle entnommen, die auch als Bewegungsbefehle bezeichnet werden und die auf eine Veränderung des Schweißspalts 24 durch Einleitung einer Relativbewegung auf die beiden Schweißelektroden 19, 20 unter Verwendung des Fluidaktors 11 gerichtet sind.
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Beispielhaft kann vorgesehen sein, dass die Bewegungsbefehle vom Kommunikationsbereich 21 an den Arbeitsdruckregler 22 bereitgestellt werden, der die Sensorsignale des ersten Arbeitsdrucksensors 9 und des zweiten Arbeitsdrucksensors 10 einbezieht. Im Arbeitsdruckregler 22 erfolgt in einer geschlossenen Regelschleife (closed loop) eine Umwandlung der Bewegungsbefehle in Steuersignale für das zweite Proportionalventil 8. Dabei ist der Arbeitsdruckregler 22 dazu ausgebildet, die Steuersignale über die zweite Signalleitung 27 an das zweite Proportionalventil 8 bereitzustellen.
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Alternativ kann vorgesehen sein, dass die Bewegungsbefehle vom Kommunikationsbereich 21 an den Arbeitsdruckregler 22 und dort als Stellsignale ohne Einbeziehung der Sensorsignale des ersten Arbeitsdrucksensors 9 und des zweiten Arbeitsdrucksensors 10 verarbeitet werden, um die gewünschte Stellbewegung der Schweißelektroden 19, 20 zu bewirken.
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Ferner werden die Steuersignale über die erste Signalleitung 26 an den Versorgungsdruckregler 36 des ersten Proportionalventils 7 bereitgestellt. Der Versorgungsdruckregler 36 ist als Algorithmus in der Verarbeitungseinrichtung 32 des ersten Proportionalventils 7 ausgebildet. Exemplarisch kann vorgesehen sein, dass der Versorgungsdruckregler 36 anhand der eintreffenden Steuersignale, insbesondere unter Verwendung von Referenzdaten, die in einem nicht näher dargestellten Speicher der Verarbeitungseinrichtung 32 abgelegt sind, ein Versorgungsdruckniveau ermittelt. Dieses Versorgungsdruckniveau ist zur Durchführung des durch die Steuersignale repräsentierten Bewegungsbefehls erforderlich und muss vom ersten Proportionalventil 7, das über den Druckluftanschluss 5 mit einer nicht näher dargestellten Druckluftquelle verbunden ist, an das zweite Proportionalventil 8 und von dort an den Fluidaktor 11 bereitgestellt werden.
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Alternativ kann vorgesehen sein, dass der Versorgungsdruckregler 36 lediglich anhand des eintreffenden Steuersignals eine Information über das bereitzustellende Versorgungsdruckniveau erhält, während eine Ermittlung dieses Versorgungsdruckniveaus, insbesondere unter Verwendung von Referenzdaten aus einem nicht näher dargestellten Speicher der Zangensteuerung 6, in der Zangensteuerung 6 erfolgt.
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Beispielhaft ist vorgesehen, dass über den Druckluftanschluss 5 ein Druckniveau bereitgestellt wird, das auch als Netzdruck oder Einspeisedruck eines Druckluftnetzes, an das der nicht dargestellte Industrieroboter angeschlossen ist, bezeichnet werden kann. Rein exemplarisch beträgt der Netzdruck 6 bar.
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Die Aufgabe des ersten Proportionalventils 7 besteht nunmehr darin, in Abhängigkeit von dem jeweils vorliegenden Bewegungsbefehl ein geeignetes Versorgungsdruckniveau am Ausgangsanschluss 30 bereitzustellen. Beispielhaft kann vorgesehen sein, dass für eine Durchführung eines Bewegungsbefehls, der auf eine Veränderung des Schweißspalts 24, insbesondere eine Vergrößerung oder eine Verkleinerung des Schweißspalts 24 gerichtet ist, ohne dass hierbei eine Kraftausübung von den Schweißelektroden 19, 20 auf ein nicht dargestelltes Werkstück vorgenommen werden soll, ein Versorgungsdruckniveau ausreicht, das mehr als 50 Prozent unterhalb des Netzdrucks liegt. Rein exemplarisch kann vorgesehen sein, dass das Versorgungsdruckniveau für eine derartige Bewegung der Schweißelektroden 19, 20 im Bereich von 2 bar liegt. Dementsprechend führt der Versorgungsdruckregler 36 unter Verwendung von Sensorsignalen des Versorgungsdrucksensors 33 eine Ansteuerung für die elektropneumatische Vorsteuerung 34 des Stetigventils 35 derart durch, dass am Ausgangsanschluss 30 ein Versorgungsdruck von 2 bar bereitgestellt wird.
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Ist hingegen die Durchführung eines Bewegungsbefehls vorgesehen, der auf eine Kraftausübung von den Schweißelektroden 19, 20 auf ein nicht dargestelltes Werkstück gerichtet ist, so kann vorgesehen sein, dass der Versorgungsdruckregler anhand der eintreffenden Steuersignale, insbesondere unter Verwendung von Referenzdaten, die in einem nicht näher dargestellten Speicher der Verarbeitungseinrichtung 32 abgelegt sind, ein Versorgungsdruckniveau am Ausgangsanschluss 30 bereitstellt, das nur geringfügig, beispielsweise nicht mehr als 20 Prozent, kleiner als der Netzdruck ist. Beispielhaft führt der Versorgungsdruckregler 36 unter Verwendung von Sensorsignalen des Versorgungsdrucksensors 33 eine Ansteuerung für die elektropneumatische Vorsteuerung 34 des Stetigventils 35 derart durch, dass am Ausgangsanschluss 30 ein Versorgungsdruck von 5 bar bereitgestellt wird.
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Bevorzugt ist vorgesehen, dass der Versorgungsdruckregler 36 das jeweilige Versorgungsdruckniveau so lange aufrechterhält, bis ein neuer Steuerbefehl von der Zangensteuerung 6 bereitgestellt wird.
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Bei der alternativen Ausführungsform der Punktschweißzange 71 gemäß der 2 werden für funktionsgleiche Komponenten die gleichen Bezugszeichen wie bei der 1 verwendet. Die Punktschweißzange 71 unterscheidet sich von der Punktschweißzange 1 dadurch, dass das erste Proportionalventil 77 und das zweite Proportionalventil 78, die eine Ventileinrichtung 84 bilden, identisch ausgebildet sind und jeweils über zugeordnete Signalleitungen 96, 97 mit der Zangensteuerung 6 elektronisch verbunden sind.
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Sowohl das erste Proportionalventil 77 als auch das zweite Proportionalventil 78 weisen einen ähnlichen Aufbau wie das in der ersten Ausführungsform der Punktschweißzange 1 vorgesehene erste Proportionalventil 7 auf. Die Proportionalventile 77, 78 unterscheiden sich vom Proportionalventil 7 dadurch, dass das jeweilige Stetigventil 105 als elektromagnetisch angesteuertes 3/3-Wegeventil ausgebildet ist. Dementsprechend sind an jedem der Steigventile 105 sowohl ein Eingangsanschluss 99, der mit der Druckluftleitung 31 verbunden ist, ein Ausgangsanschluss 100, der mit dem Arbeitsanschluss 47 bzw. 48 verbunden ist, sowie ein Abluftanschluss 107, der über eine zugeordnete Abluftleitung 111 mit einem Schalldämpfer 113 verbunden ist, vorgesehen.
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Jedes der Proportionalventile 77, 78 steht somit über die Druckluftleitung 101 mit dem Druckluftanschluss 5 in fluidisch kommunizierender Verbindung. Jedes der beiden Proportionalventile 77, 78 umfasst ferner die Verarbeitungseinrichtung 32, den Versorgungsdrucksensor 33 und eine elektromagnetische Ansteuerung 104. Ferner ist in der Verarbeitungseinrichtung 32 das als Versorgungsdruckregler 36 dienende Computerprogramm implementiert.
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Bei der Punktschweißzange 71 dient jedes der beiden Proportionalventile 77, 78 in einer Doppelfunktion sowohl zur Einstellung bzw. Begrenzung des jeweils benötigten Versorgungsdruckniveaus als auch zur Bereitstellung des Fluidstroms, der zur Erfüllung der vom jeweiligen Bewegungsbefehl definierten Bewegungsaufgabe für den Fluidaktor 11 erforderlich ist, wobei dies durch Belüften und Entlüften des jeweiligen Arbeitsanschlusses 47, 48 erfolgen kann.
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Hierbei kommt dem Arbeitsdruckregler die Aufgabe zu, den Arbeitsdruck unter Berücksichtigung des zur Verfügung stehenden Versorgungsdrucks, der vom jeweiligen Proportionalventil 77, 78 zur Verfügung gestellt wird, so zu regeln, dass die gewünschte Bewegungsaufgabe erfüllt werden kann. Der Versorgungsdruckregler 36 im jeweiligen Proportionalventil 77, 78 hat die Aufgabe, den Versorgungsdruck auf das zur Erfüllung der jeweiligen Bewegungsaufgabe erforderliche Versorgungsdruckniveau zu regeln. Dementsprechend findet eine Überlagerung der Regelungsfunktionen des Arbeitsdruckreglers 22 und des Versorgungsdruckreglers 36 für das jeweilige Proportionalventil 77, 78 statt, wobei der Arbeitsdruckregler 22 nur mittelbar mit der elektropneumatischen Vorsteuerung 34 verbunden ist, da der Versorgungsdruckregler 36 zwischen den Arbeitsdruckregler 22 und die elektropneumatische Vorsteuerung 34 geschaltet ist.
