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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Kurzzeit-Lichtbogenschweißen von
Elementen, insbesondere Metallbolzen, auf Bauteile, insbesondere Metallbleche,
mit einer Positioniereinrichtung, an der ein Schweißkopf gehalten
und relativ zu einem Bauteil positionierbar ist, wobei der Schweißkopf eine Spanneinrichtung
zum Halten eines Elementes, eine Hubeinrichtung zum Zu- und Rückstellen
der Spanneinrichtung relativ zum Schweißkopf und einen Zuführkanal
zur Zuführung
von zu verschweißenden Elementen
in die Spanneinrichtung aufweist, und wobei die Spanneinrichtung
radial bewegliche Spannelemente aufweist, die über ein Spannmittel zwischen einer
Offenstellung, die einen axialen Durchtritt eines Elementes aus
dem Zuführkanal
durch die Spanneinrichtung erlaubt, und einer Spannstellung, in
der ein Element zwischen den Spannelementen gespannt ist, beweglich
sind, wobei die Spanneinrichtung ein axial bewegliches Klemmundstück aufweist,
das mit den Spannelementen zusammenwirkt, um diese zwischen der
Offenstellung und der Spannstellung zu bewegen, wobei das Klemmundstück und die
Spannelemente über
Schrägflächen miteinander
gekoppelt sind.
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Die
Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Kurzzeit-Lichtbogenschweißen von
Elementen, insbesondere Metallbolzen, auf Bauteile, insbesondere
Metallbleche, bei dem ein zu verschweißendes Element durch einen
Zuführkanal
in eine Spanneinrichtung und von dieser zu einem Bauteil gefördert wird,
wobei das Element gespannt wird und dann mit dem Bauteil verschweißt wird.
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Eine
derartige Vorrichtung und ein derartiges Verfahren sind aus der
DE 32 18 886 C2 bekannt.
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Gemäß der bekannten
Vorrichtung und gemäß dem bekannten
Verfahren gelangt ein zu verschweißendes Element durch einen
Zuführkanal
in eine Bolzenspannzange und von dieser gegen Anschlaghebel. Bei
einem anschließenden
Vorschieben der Bolzenspannzange mit eingespanntem Bolzen in eine
Anschweißposition
werden die Anschlaghebel von der Bolzenspannzange nach außen weggeschwenkt,
wonach die Spannbacken die Anschlaghebel passieren können und
der zu verschweißende
Bolzen gegen die Oberfläche
des zu verschweißenden
Werkstückes
in Anlage kommt.
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Nachteilig
ist hierbei, daß das
zu verschweißende
Element zunächst
gegen die Anschlaghebel gefördert
wird, die sich anschließend
beim weiteren Vorschieben zurückziehen.
Außerdem
muß bei
einem Wechsel des Bolzendurchmessers die gesamte Spannzange ausgetauscht
werden.
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Eine ähnliche
Vorrichtung und ein ähnliches Verfahren
sind aus der
DE 37
39 944 C1 bekannt.
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Hierbei
werden Bolzen, die mit einem Bauteil verschweißt werden sollen, durch einen
Zuführkanal in
eine elastisch ausgebildete Spannzange mittels Druckluft gefördert. In
einem zweiten Kanal, der in einem spitzen Winkel in den ersten Kanal
mündet,
ist ein flexibler Stößel vorgesehen,
mittels dessen ein mittels Druckluft zur Spannzange zugeführter Bolzen in
die Spannzange eingedrückt
werden kann. Anschließend
wird der Stößel zurückgezogen,
so daß der
Zuführkanal
frei für
die Zuführung
eines nächsten Bolzens
nach dem Anschweißen
des in der Spannzange befindlichen Bolzens an das Bauteil ist.
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Als
nachteilig wird bei dem bekannten Verfahren der bekannten Vorrichtung
der relativ komplizierte Aufbau infolge eines flexiblen Stößels angesehen.
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Im
Stand der Technik wird die Schweißhubbewegung beim Kurzzeit-Lichtbogenschweißen in der
Regel von einem Linearmotorantrieb ausgeführt, während die Zustellbewegung des
gesamten Schweißkopfes
auf das Bauteil in der Regel von einem pneumatischen Antrieb, wie
einem Zylinder, übernommen
wird. Nachteilig ist hierbei, daß zum einen keinerlei Regelung
stattfinden kann und zum anderen, daß Leitungen für die Druckluft
durch das Schlauchpaket und durch den Schweißkopf geführt werden müssen.
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Der
Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Vorrichtung
und ein verbessertes Verfahren zum Kurzzeit-Lichtbogenschweißen von Elementen auf Bauteile
zu schaffen, womit eine einfache und zuverlässige Zuführung von zu verschweißenden Elementen
in eine Spanneinrichtung gewährleistet
ist. Insbesondere soll eine präzise
Zuführung
der zu verschweißenden
Elemente bis an eine Oberfläche
des Bauteils ermöglicht
werden, auch soll eine gewisse Variation bezüglich des Durchmessers der
zu verschweißenden
Elemente möglich
sein.
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Diese
Aufgabe wird bei einer Vorrichtung gemäß der eingangs genannten Art
dadurch gelöst,
daß das
Element bis unmittelbar auf eine Bauteiloberfläche zuführbar und dort präzise positionierbar
ist, und daß ein
Antrieb vorgesehen ist, der eine Axialverschiebung des Klemmundstückes erlaubt,
um ein Verspannen des Klemmundstückes
gegen die Spannelemente für
ein Spannen der Spannelemente oder ein Lösen des Klemmundstückes für ein Lösen der Spannelemente
derart zu bewirken, daß zum
Verspannen das Klemmundstück
axial in Richtung auf die Spannelemente bewegbar ist, wobei das
Element durch die Spannelemente zentriert und gespannt wird und
unmittelbar auf der Bauteiloberfläche aufliegt.
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Die
Aufgabe der Erfindung wird ferner bei einem Verfahren gemäß der eingangs
genannten Art dadurch gelöst,
daß in
der Spann einrichtung der Durchmesser des Elementes erkannt wird,
und dass das Element bis auf eine Oberfläche des Bauteils gefördert wird
und erst dann gespannt wird.
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Die
Aufgabe der Erfindung wird auf diese Weise vollkommen gelöst.
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Da
das zu verschweißende
Element gegen die Spannelemente gefördert wird, die über eine
Axialverschiebung des Klemmundstückes
ein Verspannen oder ein Lösen
des Klemmundstückes
für ein Spannen
oder ein Lösen
der Spannelemente erlauben, können
zu verschweißende
Elemente mit verschiedenen Durchmessern zugeführt werden, die über eine
entsprechende Positionierung des Klemmundstückes gegen die Spannelemente
laufen, so daß eine
Durchmessererkennung ermöglicht
wird. So ist eine Anpassung der Spannelemente auf verschiedene Durchmesser
von zu verschweißenden Elementen
ermöglicht
und eine Durchmesserkontrolle gewährleistet. Auch können die
zu verschweißenden
Elemente unmittelbar bis an die Oberfläche eines Werkstückes gefördert werden,
ohne daß hierbei mit
nachteiligen Effekten gerechnet werden muss.
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Da
die zu verschweißenden
Elemente bis unmittelbar an die Bauteiloberfläche gefördert werden und erst dann
gespannt werden, wird ferner erfindungsgemäß eine deutlich verbesserte
Genauigkeit bei der Positionierung des zu verschweißenden Elementes
in Bezug auf das Bauteil gewährleistet. Da
das zu verschweißende
Element beim Beginn des Schweißprozesses
unmittelbar auf der Bauteiloberfläche aufliegt, ist auf diese
Weise eine Nullposition unmittelbar vorgegeben, von der aus die
weitere Position des Elementes während
des Schweißprozesses
gesteuert werden kann.
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Auf
einen Stützfuß, wie dieser
bei herkömmlichen
Kurzzeit-Lichtbogenschweißvorrichtungen notwendig
ist, kann vollständig
verzichtet werden. Da das zu verschweißende Element beim Beginn des Schweißvorgangs
an der Bauteiloberfläche
anliegt, ist auf diese Weise eine Nullinie vorgegeben, von der ausgehend
der Schweißprozeß gesteuert
werden kann.
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Ferner
kann durch die axiale Bewegbarkeit des Klemmundstückes bewirkt
werden, daß das Klemmundstück durch
die Spannbewegung von der Oberfläche
des Bauteils entfernt wird und somit ein versehentliches Anschweißen des
Klemmundstückes
an das Bauteil ausgeschlossen wird.
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Gemäß einem
weiteren Merkmal der Erfindung wirkt das Klemmundstück mit einer
konusartig ausgebildeten Innenfläche
auf äußere Schrägflächen an
den Spannelementen.
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Hierzu
sind die Spannelemente vorzugsweise selbstzentrierend ausgebildet.
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Auf
diese Weise wird eine höhere
Genauigkeit des Schweißprozesses
infolge der Selbstzentrierung gewährleistet.
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In
zusätzlicher
Weiterbildung der Erfindung laufen die Spannelemente etwa keilförmig in
Richtung auf das Klemmundstück
hin zu und sind an ihrer dem Klemmundstück abgewandten Seite durch
eine Überwurfmutter
beweglich gehalten.
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Auf
diese Weise wird eine besonders einfache und zuverlässige Befestigung
erreicht.
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In
weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist ein Antrieb, vorzugsweise
ein Linearmotor, zum Verspannen des Klemmundstückes gegen die Spannelemente
vorgesehen.
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Auf
diese Weise kann z. B. über
den Verfahrweg die Klemmkraft dosiert bzw. bestimmt werden. Andererseits
kann der Verfahrweg des Antriebs aus der Offenstellung bis in die
Spannstellung zur Durchmessererkennung der gespannten Elemente ausgewertet
werden. Schließlich
können
die Elemente weitgehend unabhängig
von ihrer Länge
gespannt werden.
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In
alternativer Weise kann zum Verfahren des Klemmundstückes auch
ein Fluidzylinder als Antrieb vorgesehen sein.
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Hierdurch
wird eine besonders kostengünstige
Ausführung
erreicht.
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Zum
Zu- und Rückstellen
der Spanneinrichtung ist in bevorzugter Weiterbildung der Erfindung ein
Motorantrieb, vorzugsweise ein Linearmotor vorgesehen.
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Insbesondere
bei Verwendung eines Linearmotors als Antrieb für das Klemmundstück und eines weiteren
Linearmotors für
das Zu- und Rückstellen der
Spanneinrichtung läßt sich
eine besonders große Variabilität beim Schweißprozeß erreichen,
womit eine optimale Anpassung der Schweißparameter ermöglicht wird.
So kann z. B. die Dicke des zu verschweißenden Elementes über den
Verfahrweg des Linearmotors erfaßt werden und beim Schweißprozeß berücksichtigt
werden.
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In
weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist ein Drucksensor zur Kontrolle
des Druckes innerhalb der Spanneinrichtung vorgesehen, dessen Signal
einer Auswerteeinrichtung zur Auswertung zugeführt ist, um ein Signal auszugeben,
das charakteristisch für
eine Zuführung
eines Elementes an die Bauteiloberfläche ist.
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Auf
diese Weise kann bei kontinuierlicher Gaszufuhr in den Zuführkanal
die Druckveränderung abgetastet
werden, die sich beim Austreten eines zugeführten Elementes aus dem Zuführkanal
und beim Auftreffen auf der Bauteiloberfläche ergibt, um hieraus ein
Signal abzuleiten, das die Ankunft eines Elementes kennzeichnet.
Auf diese Weise wird die Zuverlässigkeit
des Schweißprozesses
verbessert.
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Gemäß einer
alternativen Ausführung
der Erfindung wird zwischen der Spanneinrichtung und dem Bauteil
eine Meßspannung
angelegt, die einer Auswerteeinrichtung zur Auswertung zugeführt ist, um
ein Signal auszugeben, das charakteristisch für eine Zuführung eines Elementes an die
Bauteiloberfläche
ist.
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Auch
auf diese Weise kann ein Signal erhalten werden, das die Ankunft
eines zu verschweißenden
Elementes auf der Bauteiloberfläche
anzeigt, da das Spannungssignal beim Auftreffen eines Elementes
auf der Bauteiloberfläche
kurzzeitig beeinflußt wird.
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In
zusätzlicher
Weiterbildung der Erfindung ist der Zuführkanal über einen Zwischenspeicher
mit einer Speichereinrichtung gekoppelt, aus der zu verschweißende Elemente
zugeführt
werden.
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Hierbei
ist der Zwischenspeicher vorzugsweise in einem Abstand von höchstens
einem Meter, vorzugsweise von höchstens
0,5 m, von der werkstückseitigen
Mündung
der Spanneinrichtung entfernt.
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Auf
diese Weise wird gewährleistet,
daß sich nicht
infolge eines zu großen
Abstandes zwischen der Speichereinrichtung und der Bauteiloberfläche eine
zu hohe kinetische Energie eines zugeführten Elementes ergibt, die
zu bleibenden Verformungen des Bauteils führen könnte.
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Gemäß einer
weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist der Zwischenspeicher
eine Kammer zur Aufnahme eines zu verschweißenden Elementes auf, die an
beiden axialen Enden jeweils durch einen Pneumatikverschluß abgeschlossen
ist.
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Hierbei
kann in der Kammer mindestens ein Sensor zur Bolzenlängenerkennung
vorgesehen sein.
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Ferner
können
gemäß einem
weiteren Merkmal der Erfindung in die Kammer jeweils eine Zuführleitung
zur Zuführung
von Gas in die Kammer und eine Entlüftungsleitung zur Abfuhr von
Gas aus der Kammer münden,
die jeweils über
ein Ventil steuerbar sind.
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Auf
diese Weise läßt sich
eine einfache Zufuhr und Abfuhr einzelner Elemente in den Zwischenspeicher
gewährleisten.
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Durch
die Bolzenlängenerkennung
wird gewährleistet,
daß nicht
versehentlich Elemente mit abweichender Länge auf das Bauteil aufgeschweißt werden.
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Je
nach Anforderung an den Schweißprozeß kann über die
Zuführleitung
zur Zuführung
von Gas auch Schutzgas zugeführt
werden, sofern eine besonders hochwertige Schweißung erwünscht ist. Im Fall einer Schutzgasschweißung kann
zusätzlich
ein weiteres Mundstück
vorgesehen sein, das das Klemmundstück von außen umschließt. Auf
diese Weise wird ein gewisser Hohlraum erzielt, der die Schweißstelle
umgibt und der unter Schutzgaseinfluß steht.
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In
zusätzlicher
Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens
wird das Element durch einen in die Spanneinrichtung mündenden
Zuführkanal
mittels Gasdruck bis zur Bauteiloberfläche gefördert und das Element gespannt,
während
der Gasdruck weiter aufrechterhalten wird.
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Auf
diese Weise ist eine einfache und sichere Zufuhr gewährleistet,
und ein Zurückprallen
des Elementes wird durch das weitere Anstehen des Gasdrucks vermieden.
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Hierbei
kann der Gasdruck im Bereich der Mündung des Zuführkanals
in die Spanneinrichtung während
eines Zuführvorgangs überwacht
und ausgewertet werden, um eine Zuführung und Anlage eines zu verschweißenden Elementes
an der Bauteiloberfläche
zu detektieren. Alternativ kann zwischen der Spanneinrichtung und
dem Bauteil eine Meßspannung
angelegt werden, die ausgewertet wird, um eine Zuführung und
Anlage eines zu verschweißenden
Elementes an der Bauteiloberfläche
zu detektieren.
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In
vorteilhafter Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das zu
verschweißende Element
während
des Schweißvorgangs
in einer mechanisch gespannten Spannzange behandelt.
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Gemäß einem
weiteren Merkmal der Erfindung wird die Spannzange nach Beendigung
des Spannvorgangs mit einer Prüfkraft
beaufschlagt.
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Auf
diese Weise kann unmittelbar nach Beendigung eines Schweißvorgangs
sofort eine Prüfung
der Festigkeit der hergestellten Schweißung durchgeführt werden.
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Es
versteht sich, daß die
vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale
nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in
anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind.
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Weitere
Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden
Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele
unter Bezugnahme auf die Zeichnung. Es zeigen:
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1 eine
Gesamtansicht der erfindungsgemäßen Vorrichtung
in stark vereinfachter schematischer Darstellung;
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2 einen
vergrößerten Längsschnitt durch
einen erfindungsgemäßen Schweißkopf gemäß 1;
und
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3 einen
vergrößerten Längsschnitt durch
einen Zwischenspeicher gemäß 1.
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In 1 ist
eine erfindungsgemäße Vorrichtung
zum Kurzzeit-Lichtbogenschweißen stark
vereinfacht dargestellt und insgesamt mit der Ziffer 10 bezeichnet.
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Die
Vorrichtung 10 weist einen Schweißkopf 28 auf, der
an einem Tragarm 16 einer schematisch mit der Ziffer 14 angedeuteten
Positioniereinrichtung aufgenommen ist. In der Regel handelt es
sich hierbei um einen Roboter, der beispielsweise einen um seine
Vertikalachse verschwenkbaren Roboterarm aufweist, der zusätzlich in
mehrere Schwingen aufgeteilt ist, die gelenkig miteinander gekoppelt
sind. Gegebenenfalls können
auch Linearführungen
zur Bewegung des Roboters vorgesehen sein. Insgesamt kann der Roboter
innerhalb eines vorgegebenen Bewegungsbereiches Bewegungen in allen
drei Koordinatenrichtungen ausführen.
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Vom
Schweißkopf 28 beabstandet
ist eine Leistungs- und Steuereinrichtung 18 vorgesehen, über die
die Schweißvorrichtung 28 mit
Energie versorgt und gesteuert wird. Mit der Leistungs- und Steuereinrichtung 18 kann
eine Speichereinrichtung 20 gekoppelt sein, aus der über eine
geeignete Vereinzelungsvorrichtung (nicht dargestellt) darin aufgenommene
zu verschweißende
Elemente 26 (Bolzen) über
eine Leitung 22 über
einen Zwischenspeicher 24 zum Schweißkopf 28 zugeführt werden.
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Ist
der Schweißkopf 28 in
geeigneter Weise in Bezug auf ein Bauteil 12 positioniert,
so kann ein darin aufgenommenes Element durch das bekannte Kurzzeit-Lichtbogenschweißverfahren
mit dem Bauteil verschweißt
werden.
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Der
Schweißkopf 28 weist
gemäß 2 eine Spanneinrichtung 32 zum
Spannen von zu verschweißenden
Elementen 26 auf, in den ein Zuführkanal 30 mündet, durch
den die zu verschweißenden Elemente 26 mittels
Gasdruck zugeführt
werden. Die Spanneinrichtung 34 besitzt sechs etwa keilförmig in Richtung
auf das Bauteil 12 zulaufende Spannelemente 34,
an derem äußeren Ende
jeweils ein nach innen hin vorstehender zungenartiger Vorsprung 36 vorgesehen
ist. Die Spannelemente 34 sind an ihrem hinteren, den Vorsprüngen 36 gegenüberliegenden Ende
an einem nach außen
hervorstehenden umlaufenden Bund 52 mittels einer Überwurfmutter 54 gehalten,
die in ein Gewinde 56 eines Aufnahmerings 70 eingeschraubt
ist. Die Spannelemente 34 wirken mit einem Klemmundstück 38 zusammen,
das eine konusförmige
Innenfläche 40 aufweist,
die mit den äußeren Schrägflächen 42 der
Spannelemente 34 kooperieren. Da die Innenkonusfläche 40 des
Klemmundstückes 38 eine
größere Steigung
als die Schrägflächen 42 der
Spannelemente 34 aufweist, können die Spannelemente 34 durch
ein axiales Verschieben des Klemmundstückes 38 in Richtung
auf die Spannelemente 34 an ihren äußeren Enden oder zungenartigen
Vorsprüngen 36 radial
nach innen bewegt werden, während
sie am inneren Ende in der Überwurfmutter 54 gehalten
sind. Ein zwischen den Spannelementen 34 aus dem Zuführkanal 30 zugeführtes Element 26 kann
somit durch axiales Bewegen des Klemmundstückes 38 in einer von
der Bauteiloberfläche 13 weg
gerichteten Richtung gespannt werden.
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Zur
Bewegung des Klemmundstückes 38 ist ein
Linearmotor 66 vorgesehen. Das Klemmundstück 38 ist über eine Überwurfmutter 44,
die in ein Gewinde 46 eines Aufnahmerings 48 eingeschraubt
ist und das Klemmundstück 38 gegen
eine Scheibe 50 beaufschlagt, am Anker 68 des
Linearmotors 66 festgelegt. Auf diese Weise kann das Klemmundstück 38 durch
Bewegen des Ankers 68 des Linearmotors 66 in Axialrichtung
vor- und zurückgefahren
werden. Der Korpus des Linearmotors 66 ist einstückig mit
dem Korpus oder Läufer 64 eines
weiteren Linearmotors 58 ausgebildet, dessen Anker 60 an
einem Basiselement 71 aufgenommen ist. Der die Wicklung 62 des Linearmotors 58 umschließende Läufer ist
bis in den Linearmotor 66 hinein fortgeführt und
bildet in diesem Bereich den Korpus des Linearmotors 66.
Die den Korpus 64 in diesem Bereich umschließende Wicklung 65 ist
vom Anker 68 des Linearmotors 66 umschlossen.
Dieser kann sich somit relativ zum Korpus 64 bewegen, womit
gleichzeitig das Klemmundstück 38 in
Axialrichtung bewegt wird.
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Die
beiden Linearmotoren 58, 66 bilden gemeinsam einen
doppelt wirkenden Linearmotor, der einerseits ein Spannen und Entspannen
der Spanneinrichtung 32 und andererseits ein Zustellen
und Rückstellen
der Spanneinrichtung 32 in bezug auf die Bauteiloberfläche 13 erlaubt.
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Der
Aufnahmering 70, an dem die Überwurfmutter 54 festgelegt
ist, ist mit dem stirnseitigen Ende des Korpus 64 verschraubt.
Somit sind die Spannelemente 64 an ihrem inneren Ende am
Korpus 64 beweglich festgelegt, während das Klemmundstück 38 relativ
dazu mittels des Linearmotors 66 bewegt werden kann.
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Zur
Führung
des Klemmundstückes 38 und der
Spannelemente 34 ist eine Gleitlagerführung 76 mit Abstreifern
vorgesehen. Diese ist zwischen einem inneren Zylinder 74,
der mit dem Basiselement 71 starr verbunden ist und die
beiden Linearmotoren 58, 66 von außen umschließt, und
einem äußeren Zylinder 75 vorgesehen
ist, der mit dem Anker 68 des Linearmotors 66 starr
verbunden ist.
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Der
Schweißkopf 28 ist
an seinem Basiselement 78 mit dem Tragarm 60 der
Positioniereinrichtung 14 bzw. des Roboters verbunden.
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Der
gesamte Schweißkopf 28 wird
von dem Zuführkanal 30 in
Axialrichtung durchsetzt, der sich bis in die Spanneinrichtung 32 erstreckt
und ungefähr im
vorderen Drittel der Längserstreckung
der Spannelemente 34 oder mündet.
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Somit
können
Elemente 26 durch den Zuführkanal 30 mittels
Gasdruck durch die Spanneinrichtung 32 hindurch bis an
die Bauteiloberfläche 13 gefördert werden.
In 2 ist ein derartiges Element in Form eines Bolzens
dargestellt, der mit seinem Kopf 27 an der Bauteiloberfläche 13 anliegt.
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Zu
Beginn eines Schweißvorgangs
wird der Schweißkopf 28 zunächst mittels
des Tragarms 16 in Bezug auf das Bauteil 12 positioniert.
Hierzu kann beispielsweise der Schweißkopf 28 mit der in
Offenstellung befindlichen Spanneinrichtung 32 bis an die Bauteiloberfläche 13 herangefahren
werden, so daß die
Stirnfläche
des Klemmundstückes 38 auf
der Oberfläche 13 des
Bauteils 12 anliegt. Gegebenenfalls kann zusätzlich ein
federbelasteter Stützfuß, der bei
herkömmlichen
Kurzzeit-Lichtbogenschweißsystemen
bekannt ist, verwendet werden, um eine Positionierung zu unterstützen. Jedoch
kann auch auf einen solchen Stützfuß vollständig verzichtet
werden. Nunmehr kann ein zu verschweißendes Element 26 durch
den Zuführkanal 30 mittels
Gasdruck bis unmittelbar an die Bauteiloberfläche 13 zugeführt werden und
sodann die Spanneinrichtung 32 gespannt werden. Dabei steht
vorzugsweise der Gasdruck weiter an, um ein Zurückprallen es Elementes zu verhindern.
Zum Spannen wird das Klemmundstück 38 in Richtung
auf den Aufnahmering 70 verschoben, so daß sich die äußeren Zungen 36 der
Spannelemente 34 nach innen bewegen und das Element 26 zwischen
den zungenartigen Elementen 36 gespannt und gleichzeitig
zentriert wird.
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Um
die Zuführung
eines Elementes 26 bis auf die Bauteiloberfläche 13 zu
kontrollieren, kann zwischen dem Klemmundstück 38 und dem Bauteil 12 eine
Meßspannung 77 angelegt
werden, die über eine
Auswerteeinrichtung 78 ausgewertet wird. Befindet sich
das Klemmundstück
zunächst
in Kontakt mit der Oberfläche 13 des
Bauteils 12, so ergibt sich beim Auftreffen eines zugeführten Elementes 26 ein kurzer
Impuls, der über
die Auswerteeinrichtung 78 ausgewertet werden kann, um
für die
Leistungs- und Steuereinrichtung 18 ein Kontrollsignal
zu erzeugen, daß ein
Element 26 zugeführt
wurde und an der Bauteiloberfläche 13 anliegt
(”stud
arrival signal”).
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Alternativ
kann ein Sensor 72 vorgesehen sein, der den Gasdruck innerhalb
der Spanneinrichtung 32 überwacht und die Druckveränderung
erfaßt, die
sich durch den Austritt eines Elementes 26 aus der Mündung des
Zuführkanals 30 und
den Aufprall auf der Bauteiloberfläche 13 ergibt. Das
Meßsignal des
Drucksensors 72 ist wiederum einer Auswerteeinrichtung 73 zugeführt, um
ein ”stud
arrival signal” auszugeben.
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Da
während
des Spannvorgangs das Klemmundstück 38 von
der Bauteiloberfläche 13 weg
bewegt wird, ergibt sich in jedem Fall ein gewisser Abstand zwischen
der Mündung
des Klemmundstückes 38 und
der Bauteiloberfläche 13,
wodurch es ausgeschlossen ist, daß das Klemmundstück 38 im
Falle einer Fehlfunktion mit dem Bauteil 12 verschweißt werden
kann.
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Die
Spannkraft der Spanneinrichtung 32 kann über den
Verfahrweg des Linearmotors 66 kontrolliert werden bzw.
gesteuert werden. Ferner kann durch die Überwachung des Verfahrweges
des Linear motors 66 eine Erkennung des Durchmessers der zu
verschweißenden
Elemente 26 erreicht werden.
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Da
sich das zu verschweißende
Element 26 in seiner Ausgangsposition unmittelbar auf der
Bauteiloberfläche 13 befindet,
ist für
den späteren Schweißvorgang
eine präzise
Positionierung gewährleistet,
da alle Verfahrwege ausgehend von dieser Position gesteuert werden
können.
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Der
eigentliche Bolzen-Schweißvorgang
erfolgt in an sich bekannter Weise. Dabei wird – gegebenenfalls nach Abtrennen
der Meßspannung 77 – ein Pilotstrom
an das Element 26 angelegt. Anschließend wird das Element 32 gegenüber dem
Bauteil 12 angehoben, so daß ein Lichtbogen gezogen wird. Nachdem
eine bestimmte Höhe
erreicht ist, wird der eigentliche Schweißstrom zugeschaltet, durch
den die Energie des Lichtbogens so erhöht wird, daß der Kopf 27 des
Elements 26 und die zugeordnete Stelle des Bauteils 12 angeschmolzen
werden. Im folgenden stellt der Linearmotor 58 das Element 26 wieder auf
das Bauteil 12 zu. Sobald wieder der elektrische Kontakt
erzielt ist, wird der Lichtbogen kurzgeschlossen und der Schweißstrom wird
abgeschaltet.
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Im
allgemeinen erfolgt der Zustellvorgang etwas unter die Oberfläche des
Bauteils 34, so daß eine
gute Durchmischung der wechselseitigen Schmelzen erfolgt. Die Gesamtschmelze
erstarrt und der eigentliche Schweißvorgang ist abgeschlossen.
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Anschließend kann
gegebenenfalls im noch gespannten Zustand die Spanneinrichtung 32 durch den
Linearmotor 58 mit einer Kraft in einer dem Bauteil 12 entgegengesetzten
Richtung beaufschlagt werden, um die Festigkeit der hergestellten
Verschweißung
sogleich zu prüfen.
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Anschließend wird
die Spanneinrichtung 32 wieder in die Offenstellung bewegt
und gegebenenfalls der Schweißkopf 28 durch
den Roboter an eine andere Schweißstelle bewegt, an die ein
zu verschweißendes
Element zugeführt
werden kann.
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Um
zu vermeiden, daß infolge
einer zu hohen kinetischen Energie eines zugeführten Elementes 26 Beschädigungen
am Bauteil 12 auftreten können, sollte gewährleistet
werden, daß die
Länge des Zuführkanals 30 eine
gewisse Maximallänge
nicht überschreitet.
Hierzu wird beispielsweise ein Maximalwert von 0,5 m als geeignet
angesehen.
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In
dieser Entfernung kann nunmehr ein Zwischenspeicher 24 angeordnet
sein, in den einzelne Elemente 26 aus der Speichereinrichtung 20 zugeführt werden
und von dieser aus dann in den Zuführkanal 30 gefördert werden.
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Eine
mögliche
Ausführung
für einen
derartigen Zwischenspeicher 24 wird im folgenden anhand von 3 näher erläutert.
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Der
Zwischenspeicher 24 weist eine Kammer 80 auf,
die zur Aufnahme jeweils eines einzelnen Elementes 26 ausgebildet
ist. Die Kammer 80 wird von einem zylindrischen Gehäuse 81 umschlossen, das
an beiden Enden von Aufnahmebacken 82 bzw. 84 abgeschlossen
ist. Der Zuführkanal 30 mündet in den
Aufnahmebacken 84, während
der Aufnahmebacken 82 über
eine Zuführleitung 90 mit
der Speichereinrichtung 20 verbunden ist, aus der über eine
Vereinzelungsvorrichtung Elemente 26 zugeführt werden.
Die Kammer 80 ist an beiden Enden jeweils durch einen gasdichten
Verschluß 86, 88 abgeschlossen,
der in dem jeweiligen Aufnahmebacken 82 bzw. 84 beweglich
ist. In die Kammer 80 mündet ferner
seitlich eine Zuführleitung
zur Durchführung von
Gas ein, die über
eine Ventileinrichtung 96 gesteuert ist. Ferner mündet in
die Kammer 80 seitlich ein Entlüftungskanal 98 ein,
der über
eine Ventileinrichtung 100 gesteuert wird.
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Der
Zwischenspeicher 24 funktioniert nun so, daß zunächst bei
geöffnetem
Verschluß 86 über die
Leitung 90 bei geöffnetem
Entlüftungskanal 98 ein
Element 26 zugeführt
wird, das auf dem Verschluß 88 auftrifft.
Anschließend
wird der Verschluß 86 geschlossen,
die Entlüftungsleitung 98 geschlossen
und über
die Zuführleitung 94 Gas
in die Kammer 80 gefördert,
wodurch das Element 26 infolge des Gasdrucks durch den
Zuführkanal 30 zum
Schweißkopf 28 gefördert wird.
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Zusätzlich kann,
wie in 3 dargestellt, in der Wandung des Gehäuses 81 ein
Sensor 92 zur Längenerkennung
vorgesehen sein. Dadurch kann gewährleistet werden, daß Elemente 26 mit
vorgegebener Länge
in den Zuführkanal 30 gefördert werden.
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Falls
gewünscht,
kann über
die Zuführleitung 94 Schutzgas
zugeführt
werden, um Schutzgasschweißungen
zu ermöglichen.
In diesem Fall wird vorzugsweise zusätzlich ein Schutzgasmundstück verwendet,
das das Klemmundstück 32 von
außen umschließt und bis
etwa an die Bauteiloberfläche 13 heranreicht,
um so saubere Schutzgasschweißungen
zu ermöglichen.
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Da
im Gegensatz zu herkömmlichen
elastischen Spannzangen die Spanneinrichtung 32 während der
Zuführung
von Elementen 26 ge öffnet
ist und somit einen praktisch ungehinderten Durchlaß von Elementen
bis auf die Bauteiloberfläche 13 erlaubt,
ist der Verschleiß der
Spanneinrichtung 32 gegenüber herkömmlichen Spannzangen deutlich
geringer. Falls notwendig, kann das Klemmundstück 38 von Zeit zu
Zeit mit einem zapfenartigen Bauteil gereinigt werden, um Verunreinigungen
zu entfernen.