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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung
zur Drehzahlerkennung an Fräsköpfen beim
mechanischen Entfernen von Ablagerungen gemäß Oberbegriff des Anspruches
1.
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Widerstandsschweißungen werden in einer Vielzahl
von Anwendungen im Bereich der Fertigungstechnik eingesetzt und
dienen üblicherweise dazu,
dünnwandige
Metallteile oder dergleichen wie etwa Blechteile miteinander zu
verbinden. Hierfür werden
von Hand oder etwa auch von mechanisierten oder automatisierten
Einrichtungen wie beispielsweise Schweißrobotern entsprechende Schweißzangen
an die Verbindungsstellen der Werkstücke heran gebracht und dort
so miteinander auf Kontakt gefahren, daß die Werkstücke zu mindestens
punktförmig aufeinander
liegen. Durch den über
die Schweißzangen
auf die Werkstücke
aufgebrachten Schweißstrom
wird das Material des Werkstückes
punktuell sehr stark erhitzt und verschweißt bleibend miteinander.
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Durch das Schweißverfahren kommt es unweigerlich
dazu, daß die
Schweißelektroden
im Bereich der Berührung
mit den Werkstücken
im Laufe der Zeit eine Verände rung
erfahren, und zwar eine Veränderung
sowohl der Form als auch der Materialeigenschaften. Üblicherweise
werden für
derartige Schweißzangen
im Bereich der Berührung
mit dem Werkstück
Materialien in Form von Elektrodenkappen aus Kupfer und Kupferlegierungen
benutzt, die beim Schweißen
einem sogenannten Abbrand, also einer Abtragung von Material der
Elektroden im Bereich der Berührung
mit dem Werkstück
unterliegen. Ebenfalls werden die Oberflächen der Elektroden im Bereich
der Berührung
mit dem Werkstück
sich dadurch verändern,
daß Material
aus den Werkstücken oder
durch die Verschweißung
entstehender Rückstände wie
etwa Schlacken oder dergleichen sich dort anlagern und auch dadurch
die Geometrie der entsprechenden Oberflächen der Elektroden verändern. Veränderungen
der Elektroden können
auch durch Anlegierungen an den Elektrodenoberflächen erfolgen. Derartige Ablagerungen,
die beim Schweißen
entstehen und sich an der Schweißelektrode vornehmlich im Berührungsbereich
ablagern, müssen aber
periodisch entfernt werden. Denn für die Erzielung qualitativ
hochwertiger Schweißpunkte
ist es wichtig, daß die
Schweißelektroden
besonders in ihrem Kontaktbereich, der mit dem zu schweißenden Werkstück in Berührung kommt,
plan oder definiert geformt sind.
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Im Bereich etwa der Automobiltechnik
oder sonstiger Fertigungsbereiche, in denen eine hohe Zahl von Schweißungen in
kurzer Zeit durchgeführt werden
muß, ist
es von zentraler Bedeutung, daß die Schweißzangen
durch die Elektroden in ihrem Kontaktbereich möglichst immer identische Berührung mit
den Werkstücken
haben und dadurch gleichbleibende Schweißungen ausführen können. Durch die Veränderungen
der Schweißzangen
in ihrem Kontaktbereich wie vorstehend beschrieben wird aber unweigerlich
eine Veränderung
der Schweißungen einhergehen,
die möglichst
zu vermeiden ist. Daher ist es schon seit langem bekannt, anstelle
von massiven Schweißelektroden
aus dem vorstehend genannten Material Schweißzangen zu verwenden, bei denen
im Bereich der Berührung
mit den Werkstücken
sogenannte Kappen aufgesetzt sind, die aus dem genannten Material
bestehen und relativ leicht nach Erreichen einer nicht mehr zulässigen Länge bzw.
Wandungsdicke ausgetauscht werden können, um die Reproduzierbarkeit,
Zuverlässigkeit
und Festigkeit der Schweißpunkte
zu gewährleisten.
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Derartige Kappen sind häufig näpfchenartige Hohlteile,
die über
einen entsprechenden Konus auf den Träger der Schweißzangen
aufgesetzt werden und somit fest mit der Schweißzange, gleichzeitig aber lösbar verbunden
sind. Das Wechseln der Kappen ist ein relativ aufwendiger Vorgang,
der darüber hinaus
mit einer beträchtlichen
Stillstandszeit der Schweißanlage
einher geht und daher nur dann vorgenommen werden soll, wenn die
Kappe nicht mehr innerhalb des zulässigen Toleranzbereichs liegt.
Zur Vermeidung dieser übermäßigen Stillstandszeiten
ist es bekannt, die Kappen statt sie auszuwechseln einer formgebenden
Bearbeitung zu unterziehen, bei der die den Werkstücken nahen
Bereiche der Kappe ähnlich
wie bei einem Anspitzer eines Bleistiftes spanend nachbearbeitet
werden und daher nach dieser Bearbeitung wieder die geforderten
Toleranzen hinsichtlich der Form und der Oberfläche einhalten. Dieses Nachbearbeiten
der Kappen erfolgt üblicherweise
mit spanenden Werkzeugen, die durch eine Relativbewegung zwischen
der Kappe und dem Werkzeug genau wie beim Anspitzer eines Bleistiftes
die Oberfläche
der Kappe definiert abtragen und dabei Verunreinigungen beseitigen
sowie die Ausgangsgeometrie der Kappe in dem Bereich der Schweißpunkte
wieder herstellen. Hierzu ist eine Vielzahl von Werkzeugen bekannt,
die durch entsprechende Formgebung oder Zusammenwirken mehrerer
entsprechender Werkzeuge die Geometrie der Schweißkappe wieder
einstellen. Üblicherweise
werden Werkzeuge eingesetzt, die als Schneidplatten mit oder ohne
Radiusschneide ausgeführt
sind.
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Das Nachbearbeiten der Kappen erfolgt
in Bearbeitungsstationen, die im Arbeitsbereich der Schweißroboter
angeordnet sind und die durch die Schweißzangen des Schweißroboters
in vorgebbaren Abständen
angefahren werden. Die Schweißzangen
mit den daran angeordneten Kappen fahren in diese Bearbeitungsstation
ein und die Schweißzangen
drücken
eine oder beide Kappen gegen die Fräsköpfe in der Bearbeitungsstation,
die sich angetrieben von elektrischen oder pneumatischen Antrieben mit
einer vorgebbaren Drehzahl drehen. Dieses Andrücken der Kappen gegen die Fräsköpfe muß aufgrund
technologischer Vorgaben während
einer sehr genau einzuhaltenden Zeit und mit einem entsprechenden
Anpreßdruck
erfolgen, damit die Bearbeitung der Kappen bestimmungsgemäß ausgeführt wird.
Es ist in diesem Zusammenhang von großer Bedeutung, daß zur Einhaltung
der technologischen Randbedingungen bei dem Nachbearbeiten der Kappen
die Drehzahl des Fräskopfes
möglichst
genau eingehalten wird und darüber
hinaus auch erkannt wird, ob durch Fehlfunktionen sich der Fräskopf nicht dreht
oder möglicherweise
in einem unzulässigen Drehzahlbereich
dreht. Daher ist es erforderlich, die Drehbewegung des Fräskopfes
laufend zu überwachen
und bei Fehlfunktionen oder Abweichungen entsprechend reagieren
zu können.
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Es sind an derartigen Bearbeitungsstationen schon
Einrichtungen bekannt geworden, mit denen die Drehzahl des Fräskopfes
indirekt überwacht
wird, indem beispielsweise die Drehzahl des für den Antrieb des Fräskopfes
zuständigen
Antriebsmotors oder auch indem die Drehung eines zwischen den Antriebmotor
und den Fräskopf
geschalteten Getriebes abgefragt wird. Derartige Einrichtungen haben den
Nachteil, daß durch
Schlupf oder sonstige Fehlereinflüsse die Drehzahl des Fräskopfes
nicht genau derjenigen Drehzahl entspricht, die am Antrieb oder am
Getriebe erfaßt
wird und daher die Aussagen über
die hieraus zu ermittelnde Drehzahl des Fräskopfes nur sehr ungenau sind.
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Aus der
DE 297 24 590 U1 bzw. der
EP 0 958 092 B1 ist
eine Einrichtung zur direkten Erfassung der Drehzahl eines Fräskopfes
bekannt, die über
einen Näherungsschalter
und eine an der Unterseite des Fräskopfes angeordnete Stufe bzw.
rampenartige Gestaltung eines Ansatzes eine Erfassung der Drehung
des Fräskopfes
selbst ermöglicht.
Diese Einrichtung hat den Nachteil, daß der Fräskopf in seiner Geometrie wesentlich
verändert
werden muß und die
Anordnung des Näherungsschalters
an dem Fräskopf
eine weitere Erhöhung
der Baugröße der Einrichtung
mit sich bringt. Auch ist die Erfassung der Drehung des Fräskopfes
aufgrund von Verschmutzungen durch die Späne, die von den Kappen der Schweißzangen
abgespant werden, nicht von der Zuverlässigkeit, die üblicherweise
gefordert wird. Darüber
hinaus ist der Näherungsschalter
in einer Absaugeinrichtung angeordnet, die zur Montage und Demontage
des Näherungsschalters
demontiert werden muß und
gibt eine getrennte Information über
die Drehzahl, die aber zur Auswertung einen weiteren Eingang bei
der auswertenden übergeordneten
Steuerung erfordert.
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Es ist daher Aufgabe der vorliegenden
Erfindung, eine Vorrichtung zur direkten Erfassung von Informationen über die
Drehung eines Fräskopfes
an einer Bearbeitungsstation zum mechanischen Entfernung von Ablagerungen
vorzuschlagen, mit der die Erfassung sicher und einfach und darüber hinaus
gegen Umgebungseinflüsse
geschützt
ausgeführt
werden kann.
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Die Lösung der erfindungsgemäßen Aufgabe
ergibt sich aus den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 1 in
Zusammenwirken mit den Merkmalen des Oberbegriffes. Weitere vorteilhafte
Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Die Erfindung geht aus von einer
Vorrichtung zur Drehzahlerkennung an Fräsköpfen beim mechanischen Entfernen
von Ablagerungen, insbesondere beim mechanischen Entfernen von Ablagerungen
an Schweißelektroden
für das
Widerstandsschweißen, die
einen mittels eines Antriebes um eine Drehachse rotierbaren Fräskopf zur
Bearbeitung der Oberfläche einer
Schweißzange
oder daran angeordneter Schweißelemente
aufweist. Eine derartige gattungsgemäße Vorrichtung wird dadurch
weiterentwickelt, daß an
dem oder in dem aus einem im wesentlichen antimagnetischen Werkstoff
bestehenden Fräskopf mindestens
ein elektrisch und/oder magnetisch berührungslos detektierbares Element
angeordnet ist, das während
der Rotation des Fräskopfes
mindestens einen im Umgebungsbereich des Fräskopfes angeordneten, für Eigenschaften
des detektierbaren Elementes empfindlichen Sensor passiert und der Sensor
damit eine dem Vorliegen einer Rotation und/oder eine der Drehzahl
der Rotation und/oder eine der Drehrichtung der Rotation des Fräskopfes entsprechende
Information erfaßt.
Die Erfassung der Drehung des Fräskopfes
durch ein elektrisch und/oder magnetisch berührungslos detektierbares Element
hat den Vorteil, daß dies
einerseits berührungslos
und zum anderen weitgehend unbeeinflußt von Umgebungseinflüssen erfolgen
kann. Hierzu muß lediglich
gesichert sein, daß im
Erfassungsbereich des Sensors keine weiteren, die elektrische und/oder
magnetische Erfassung störenden
Einflüsse
vorhanden sind, wie dies beispielsweise bei magnetisch wirksamen
Werkstoffen für
die Gestaltung des Fräskopfes
der Fall wäre.
Daher wird der Fräskopf
aus einem im wesentlichen magnetisch nicht wirksamen Werkstoff,
einem schwachmagnetischen Werkstoff oder einem antimagnetischen
Werkstoff (diese verschiedenen Ausprägungen werden im weiteren der
Einfachheit halber als antimagnetischer Werkstoff bezeichnet) hergestellt,
der derartige Einflüsse
nicht hervorruft. An einem derartig gestalteten Fräskopf kann
dann das elektrisch und/oder magnetisch berührungslos detektierbare Element
derart angeordnet werden, daß es
besonders gut zu erfassen ist und gleichzeitig die Funktion des
Fräskopfes
und seine Baugröße nicht
oder nicht wesentlich verändert.
Als zu erfassende Größen kommen
zum einen die Informationen über
das Vorliegen einer Rotation an sich oder eine der Drehzahl der
Rotation bzw. eine entsprechende Impulsfolge aufgrund der an dem Sensor
vorbei rotierenden detektierbaren Elemente in Frage, ebenfalls ist
es denkbar, Informationen über die
Drehrichtung bei der Rotation des Fräskopfes hieraus zu gewinnen.
Selbstverständlich
können
aus diesen Grundgrößen auch
abgeleitete Größen ermittelt
werden.
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Von Vorteil ist es, wenn das elektrisch und/oder
magnetisch berührungslos
detektierbare Element ein magnetisch wirksames Element und der für Eigenschaften
des detektierbaren Elementes empfindliche Sensor ein magneto-empfindlicher
Sensor ist. Hierbei kann in weiterer Ausgestaltung das magnetisch
wirksame Element ein Permanentmagnet oder ein Elektromagnet sein.
Für die
Gestaltung des Sensors ist es denkbar, daß der für ein magnetisch wirksames
Element empfindliche Sensor ein Hall-Sensor, ein magneto-restriktiver
Sensor oder ein magneto-resistiver Sensor ist. Derartige Ausgestaltungen
mit magnetisch wirksamen Elementen und magneto-empfindlichen Sensoren sind aus anderen Anwendungen
grundsätzlich
bekannt und in ihrer Technik und Zuverlässigkeit erprobt. Es ist daher möglich, mit
zukaufbaren Komponenten ein für
die hier vorliegende Anwendung speziell zugeschnittenes Erfassungssystem
aufzubauen, das gleichzeitig kostengünstig und sicher die vorliegenden
Anforderungen erfüllt
und an spezifische Anforderungen jedes Kunden angepaßt werden
kann. Auch kann durch die Kombination der verschiedenen Ausprägungen von
magnetisch wirksamem Element und Sensor eine Anpassung an unterschiedliche
Einsatzfälle
vorgenommen werden. Weiterhin ist es dabei denkbar, daß das magnetisch
wirksame Element mit einer sensorseitig angeordneten Spule einen
Generator bildet.
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In anderer Ausgestaltung ist es auch
denkbar, daß der
für Eigenschaften
des detektierbaren Elementes empfindliche Sensor ein induktiver
Sensor oder auch ein kapazitiver Sensor ist. Auch derartige Technik
ist ebenfalls grundsätzlich
bekannt und soll hier nicht weiter erläutert werden.
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Von besonderem Vorteil hinsichtlich
der Baugröße des Fräskopfes
ist es, wenn das detektierbare Element in den Fräskopf eingelassen ist. Dies kann
beispielsweise dadurch erreicht werden, daß das detektierbare Element
in einen Schlitz oder eine Vertiefung des Fräskopfes eingelassen ist. Hierdurch benötigt das
detektierbare Element keinen zusätzlichen
Bauraum und der Fräskopf
kann ohne Veränderungen
hin sichtlich seiner Form bzw. seiner Aufnahme weiterbenutzt werden.
Das detektierbare Element kann beispielsweise als zylinderförmiges Bauteil
in eine entsprechende Bohrung in dem Fräskopf eingesetzt und dort verklebt
oder eingegossen werden, so daß eine
sichere Befestigung und eine einfache Herstellung der entsprechenden
Aufnahme in dem Fräskopf
gewährleistet
ist.
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In weiterer Ausgestaltung ist es
denkbar, daß das
detektierbare Element flächenbündig in
die Stirnfläche
und/oder in die Umfangsfläche
des Fräskopfes eingelassen
ist. Hierdurch steht das detektierbare Element gegenüber der
entsprechenden Funktionsfläche
des Fräskopfes
nicht vor und liegt auch nicht gegenüber dieser vertieft in einer
Kavität
und kann daher auch nicht störend
etwa bei der Bearbeitung oder dem Abfluß der Späne aufgrund der Bearbeitung
der Kappen wirken.
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Weiterhin ist es denkbar, daß mindestens zwei
detektierbare Elemente in Umfangsrichtung versetzt zueinander an
dem Fräskopf
angeordnet sind. Derartige zwei oder mehr detektierbare Elemente können dazu
dienen, mögliche
Einflüsse
auf die elektrische und/oder magnetische Abfrage des detektierbaren
Elementes zu verbessern und Fehlereinflüsse zu vermeiden. Hierdurch
kann ebenfalls die Sicherheit der Erkennung verbessert werden, da
zwei oder mehr Impulse durch die detektierbaren Elemente von dem
Sensor bei jeder Umdrehung des Fräskopfes erfaßt werden
und daher auch schon während
der Umdrehung des Fräskopfes
entsprechende Abweichungen erkannt werden.
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Es ist weiterhin denkbar, daß der Versatz
der mindestens zwei detektierbaren Elemente in Umfangsrichtung ungleichmäßig ist.
Ein derartiger Versatz, beispielsweise ein Winkelversatz der beiden detektierbare
Elemente ungleich 180 Grad, kann dazu genutzt werden, um durch die
Abfolge der von den detektierbaren Elementen an dem Sensor erzeugten
Impulse nicht nur die Drehung an sich oder deren Geschwindigkeit,
sondern auch die Drehrichtung zu erfassen. Sind die beiden detektierbaren
Elemente nicht um 180 Grad zueinander versetzt, so erzeugt eine
Linksdrehung des Fräskopfes
eine andere Impulsfolge als eine Rechtsdrehung bei gleichbleibender
Drehzahl und daher kann diese Differenz zwischen den Impulsen für die Bestimmung
der Drehrichtung des Fräskopfes
ausgenutzt werden.
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Ebenfalls ist es denkbar, mindestens
zwei detektierbare Elemente in radialer Richtung versetzt zueinander
an dem Fräskopf
anzuordnen. Hierdurch können
unterschiedliche Abstände
der detektierbaren Elemente von dem Sensor hervorgerufen werden,
die beispielsweise die Größe von elektrischen oder
magnetischen Impulsen an dem Sensor beeinflussen, die proportional
zu dem Abstand zu den jeweiligen detektierbaren Elementen sind.
Auch hierdurch kann eine weitere Verbesserung und Absicherung der
Meßwerte
erreicht werden.
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Von Vorteil ist es, wenn das mindestens
eine magnetisch wirksame Element derart an dem Fräskopf angeordnet
ist, daß der
magneto-empfindliche Sensor das von dem magnetisch wirksamen Element abgegebene
Magnetfeld im Umfangsbereich gleichmäßiger Magnetfeldlinien erfaßt. Ein
beispielsweise zylindrisch ausgestaltetes magnetisch wirksames Element
weist üblicherweise
im Bereich der Stirnflächen
der zylindrischen Form den Nord- bzw. Südpol auf, wohingegen im Bereich
der Zylinderfläche
die Magnetfeldlinien vom Nord- zum Südpol verlaufen und dabei eine
Toroid-Form aufweisen.
In diesem Bereich können
die Magnetfeldlinien weitgehend ungestört verlaufen und haben eine
definierte Feldstärke, die
sich durch den magneto-empfindlichen
Sensor gut detektieren läßt.
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Weiterhin ist es denkbar, daß der magneto-empfindliche
Sensor und das mindestens eine magnetisch wirksame Element derart
an dem Fräskopf angeordnet,
daß der
magneto-empfindliche Sensor das Magnetfeld im wesentlichen parallel
zur Drehachse des Fräskopfes
erfaßt.
Hierdurch ist es möglich,
daß der
Sensor das Magnetfeld in immer gleicher Weise erfaßt, da eine
Rotationsbewegung des Fräskopfes
keine Änderung
der magnetischen Wirkung des magnetisch wirksamen Elementes hervorruft.
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In einer anderen Ausgestaltung wird
vorgeschlagen, daß das
Signal über
das Vorliegen einer Drehbewegung des Fräskopfes und/oder die Information über die
Drehzahl des Fräskopfes
und/oder die Information über
die Drehrichtung des Fräskopfes von
dem für
Eigenschaften des detektierbaren Elementes empfindlichen Sensor
an eine übergeordnete Auswerteeinheit
weiterleitbar ist. Die Weiterleitung der Information über die
Drehung des Fräskopfes
ist für
die Fehlerkontrolle an der Bearbeitungsstation und damit auch für die Kommunikation
mit einem die Fräszange
hantierenden Industrieroboter von Bedeutung, da Abweichungen vom
Sollwert hinsichtlich der Ro tation möglicherweise Fehler in der
Bearbeitung der Kappen und damit hinsichtlich der Qualität der Punktschweißungen hervorrufen
können.
Daher muß der
Industrieroboter bzw. eine übergeordnete
Steuerung von derartigen Fehlern unterrichtet werden, die beispielsweise
in einer lokalen Steuerung der Bearbeitungsstation vorverarbeitet
werden können.
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In weiterer Ausgestaltung ist es
dabei denkbar, daß das
Signal über
das Vorliegen einer Drehbewegung des Fräskopfes und/oder die Information über die
Drehzahl des Fräskopfes
und/oder die Information über
die Drehrichtung des Fräskopfes
in ein einziges Signal zusammengefaßt an die übergeordnete Auswerteeinheit
weitergeleitet werden, so daß etwa
an einer übergeordneten
Steuerung der Bearbeitungsstation nur ein Eingang für ein entsprechendes
Signal und auch nur ein Kabel sowie ein Steckplatz in entsprechenden
Verteilern für
die Übertragung
des Signals benötigt
wird. Ebenfalls ist es denkbar, daß das Signal über das
Vorliegen einer Drehbewegung des Fräskopfes und/oder die Information über die
Drehzahl des Fräskopfes
und/oder die Information über
die Drehrichtung des Fräskopfes
nur dann an die übergeordnete
Auswerteeinheit weitergeleitet werden, wenn die geforderte Drehzahl
des Fräskopfes
vorliegt. Damit muß sich
die übergeordnete
Auswerteeinheit erst dann mit dem Signalzustand befassen, wenn der
Fräskopf
auch tatsächlich zur
Bearbeitung bereit ist.
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Eine erste konstruktive Durchgestaltung sieht
vor, daß der
für Eigenschaften
des detektierbaren Elementes empfindliche Sensor im Bereich des Deckels
einer Anordnung zum mechanischen Entfernen von Ablagerungen, insbesondere
beim mechanischen Entfernen von Ablagerungen an Schweißelektroden
für das
Widerstandsschweißen,
angeordnet ist. Eine Anbringung des Sensors im Bereich des Deckels
hat den Vorteil, daß der
Sensor sehr prozeßnah an
dem Fräskopf
angeordnet werden kann und damit nur sehr kleine zu überbrückende Entfernungen
zwischen den detektierbaren Elementen und dem Sensor vorliegen.
Auch ist die Anordnung im Bereich des Deckels insofern von Vorteil,
daß der
Sensor unmittelbar zugänglich
ist und nicht wie bei anderen bekannten Vorrichtungen versteckt
im Inneren der Bearbeitungsstation bzw. hinter dem Fräskopf liegt.
Daher können
Wartungsarbeiten oder Einstellarbeiten besonders einfach ausgeführt werden.
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Hierbei ist es in einer ersten Ausgestaltung denkbar,
daß der
für Eigenschaften
des detektierbaren Elementes empfindliche Sensor im Bereich des Deckels
einer Anordnung zum mechanischen Entfernen von Ablagerungen eingelassen
angeordnet ist. Der Sensor wird hierbei durch den Deckel verdeckt angeordnet
und kann daher gegen Umgebungseinflüsse besonders gut und ohne
zusätzliche
Teile gekapselt eingebaut werden. Daher ist die Abdichtung des Sensors
bei dieser Anordnung unproblematisch.
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Es ist in anderer Ausgestaltung aber
auch denkbar, daß der
für Eigenschaften
des detektierbaren Elementes empfindliche Sensor in einem separat an
dem Deckel der Anordnung zum mechanischen Entfernen von Ablagerungen
festlegbaren Gehäuse angeordnet
ist. Ein derartiges zusätzliches
und den Sensor und gegebenenfalls auch die zugehörige Elektronik aufnehmendes
Gehäuse
hat den Vorteil, daß der
Sensor besonders gut austauschbar an dem Deckel der Bearbeitungsstation
gehaltert werden kann und daher Wartungsarbeiten oder auch einfache
Austauscharbeiten simpel ausgeführt
werden können.
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In weiterer Ausgestaltung ist denkbar,
daß der
für Eigenschaften
des detektierbaren Elementes empfindliche Sensor verschmutzungssicher
und spritzwassergeschützt
in dem Gehäuse,
insbesondere vergossen angeordnet ist. Damit bilden Sensor und Gehäuse eine
Einheit, in die Verschmutzungen, Kühlwasser oder dergleichen gar
nicht erst eindringen kann und daher entsprechende Fehler durch
diese Einflüsse
auch nicht auftreten können.
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Von besonderem Vorteil für die typischen Einsatzfälle an Bearbeitungsstationen
zum mechanischen Entfernen von Ablagerungen ist es, wenn das den
Sensor aufnehmende Gehäuse
derart im seitlichen Umfangsbereich des Fräskopfes angeordnet ist, daß der Fräskopf ohne
Demontage des Gehäuses
oder des Sensors von der Anordnung zum mechanischen Entfernen von
Ablagerungen lösbar
und wieder in diese einsetzbar ist. Da der Fräskopf aufgrund des Verschleißes der
Schneiden regelmäßig überprüft bzw.
ausgetauscht werden muß,
kann mit einer derartigen Anordnung der Fräskopf völlig unabhängig von der Anordnung des
Sensors an dem Deckel aus seiner Drehaufnahme entnommen und wieder
in diese eingesetzt werden. Hierdurch ist ein wesentlicher Vorteil
bei der Wartung entsprechender Bearbeitungsstationen festzustellen,
da die zusätzlichen
Montage- und Demontagearbeiten des Sensors entfallen können.
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Eine weitere Vereinfachung hinsichtlich
der Wartung oder Überprüfung des
Sensors läßt sich
dadurch erreichen, daß das
Gehäuse
des Sensors werkzeuglos an dem Deckel festlegbar und von dem Deckel
entfernbar gehaltert ist, beispielsweise indem das Gehäuse über eine
Kugeldruckstückbefestigung in
einer bajonettartigen Halterung an dem Deckel festlegbar ist. Hierdurch
läßt sich
der Sensor mit dem Gehäuse
komplett und ohne Werkzeug und aufwendige Montagearbeiten von dem
Deckel lösen
und wieder an diesem festlegen und gleichzeitig in eine geometrisch
definierte Zuordnung zu dem Fräskopf bringen.
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Von Vorteil ist es weiterhin, wenn
der dem Fräskopf
zugewandte Abschnitt des Gehäuses
auf der der Stirnfläche
des Fräskopfes
zugeordneten Fläche
des Deckels angeordnet ist. Hierdurch kann der Sensor besonders
nahe an den Fräskopf
heran positioniert werden und dadurch kann die magnetische und/oder
elektrische Abfrage der detektierbaren Elemente durch den Sensor
mit besonders geringen Feldstärken
der detektierbaren Elemente realisiert werden. Auch ist es in weiterer
Ausgestaltung denkbar, daß die
Anordnung des Sensors bezogen auf den Fräskopf an verschiedene Abmessungen
des Fräskopfes
anpaßbar
ist, indem beispielsweise entsprechende verschiebbare Montagepositionen
des Sensors relativ zu dem Fräskopf
und seinen jeweiligen Abmessungen eingestellt werden können.
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Hinsichtlich der Belastung des Fräskopfes durch
Späne oder
Kühlflüssigkeit
ist es von Vorteil, wenn der dem Fräskopf zugewandte Abschnitt
des Gehäuses,
in dem der Sensor angeordnet ist, durch eine dünne und insbesondere metallische
Wandung von der Aufnahme für
den Fräskopf
getrennt ist. Damit können
Späne oder
Kühlflüssigkeit
in diesem Bereich auch gar nicht erst eindringen und den Sensor daher
auch nicht negativ beeinflussen. Eine metallische Gestaltung der
Wandung hat den Vorteil, daß durch
die nahe dieser Wandung anfallenden Späne bei der Bearbeitung der
Elektroden diese Wandung nicht oder nicht unzulässig mechanisch belastet werden
kann.
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Eine besonders bevorzugte Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Vorrichtung
zeigt die Zeichnung.
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Es zeigen:
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1 – eine perspektivische
Darstellung einer Erkennungsvorrichtung gemäß der hier vorliegenden Erfindung
angeordnet an dem Deckel einer Einrichtung zum Entfernen von Ablagerungen
an Schweißelektroden
für das
Widerstandsschweißen,
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2 – eine Einzelteilzeichnung
in perspektivischer Darstellung der Erkennungsvorrichtung und ihrer
Zuordnung zu dem Fräskopf,
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3a-3d – verschiedene
Ansichten des Gehäuses
der Erkennungsvorrichtung gemäß 2,
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4a-4c – verschiedene
Schnitte durch einen Fräskopf
einer Einrichtung zum Entfernen von Ablagerungen gemäß 1,
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5 – eine vergrößerte Darstellung
des Fräskopfes
gemäß 4 mit Aufnahmen für die elektrisch
und/oder magnetisch berührungslos
detektierbaren Elemente.
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In der 1 ist
das Oberteil einer Einrichtung zum Entfernen von Ablagerungen an
Schweißelektroden
für das
Widerstandsschweißen
grundsätzlich
bekannter Bauart dargestellt, bei der durch eine nicht dargestellte
Antriebseinheit, beispielsweise eine elektrische oder pneumatische
Antriebseinheit, und über
eine Getriebestufe 12 ein Fräskopf 5 angetrieben
wird, in den ein Messer 10 eingesetzt ist, durch das nicht
dargestellte Kappen der Schweißelektroden
in ihrer Geometrie und Oberfläche
bearbeitet werden. Hierzu wird der Fräskopf 5 um die Drehachse 22 in
Drehrichtung 24 angetrieben und dreht sich dabei mit relativ
hohen Drehzahlen.
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Der in den 4 und 5 noch
näher dargestellte
Fräskopf 5 wird
hierbei durch einen Führungsbund 21 in
einer entsprechenden Drehaufnahme 11 in dem Deckel 6 geführt und über Mitnehmer 20 von dem
Getriebe 12 in Drehung versetzt. Hierbei taucht in den
Bereich der Fräsaufnahme 19 die
entsprechende, hier nicht weiter dargestellte Schweißzange ein
und wird durch das mit der Rotation des Fräskopfes 5 ebenfalls
rotierende Messer 10 bearbeitet. Dies ist grundsätzlich bekannt
und soll hier nicht näher
erläutert
werden.
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Zur Erfassung der Drehung des Fräskopfes 5 sind
in den Fräskopf 5 insgesamt
zwei detektierbare Elemente 4 in noch näher beschriebener Weise eingelassen,
die sich im Bereich des äußeren Umfanges des
Fräskopfes 5 in
entsprechenden Aufnahmen 18 befinden. Diese detektierbaren
Elemente 4 können beispielsweise
kleine Permanentmagnete sein, die etwa zylindrische Außenform
haben und deren Stirnflächen
die Pole des Permanentmagneten bilden. Dadurch rotieren diese detektierbaren
Elemente 4 mit dem Fräskopf 5,
der selbst aus einem antimagnetischen oder schwachmagnetischen Material
gefertigt ist, so daß die
detektierbaren Elemente 4 von einem Sensor 3,
der im Umfangsbereich des Fräskopfes 5 angeordnet
ist, erkannt werden können.
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Die Erkennungsvorrichtung 1 ist
hierbei in ein Gehäuse 2 eingesetzt,
das noch näher
zu den 2 und 3 beschrieben wird. Es handelt
sich dabei um eine im wesentlichen stufenförmige Formbildung des Gehäuses 2,
das im wesentlichen quaderförmig gestaltet
ist und in eine Nut 16 in dem Deckel 6 eingeschoben
werden kann. Hierzu weist die Nut 16 eine derartige Breite
auf, daß das
Gehäuse 2 mit
den zugeordneten Kanten sich leicht in die Nut 16 einschieben
läßt. Das
Gehäuse 2 wird
hierbei etwa durch Kugeln 15 einer nicht genauer dargestellten Kugeldruckstückbefestigung
in der Nut 16 so verriegelt, daß das Gehäuse 2 nicht mehr ohne
Kraftaufwand aus der Nut 16 heraus rutschen kann. Die Positionierung
des Gehäuses 2 erfolgt
hierbei durch ein Anschlagen am Ende der Nut 16 an eine
entsprechend gestaltete Funktionsfläche, die in den Figuren nicht
weiter dargestellt ist.
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Im Bereich einer metallischen Trennwand 9, die
unmittelbar benachbart dem Außenumfang
des Fräskopfes 5 und
entsprechend gekrümmt
zum Außendurchmesser
des Fräskopfes 5 ausgebildet
ist, ist ein Aufnahmeraum 23 für einen nicht genauer dargestellten
Sensor 3 vorgesehen, der unmittelbar hinter der Trennwand 9 angeordnet
ist und als ein magneto-empfindlicher Sensor 3 ausgebildet
ist. Derartige Sensoren 3 sind grundsätzlich bekannt und können in
verschiedener Bauform dazu genutzt werden, um magnetische und/oder
elektrische Felder der detektierbaren Elemente 4 zu erkennen
und an eine hier im Bereich eines Aufnahmeraumes 7 in dem
Gehäuse 2 angeordnete,
nicht weiter dargestellte Auswerteelektronik weiter zu melden. Es
sind hierbei verschiedene Ausbildungen derartiger Sensoren 3 als magneto-restriktive,
magneto-resistive, Hallsensoren oder sonstige Technologien denk bar.
Ist das Gehäuse 2 aus
einem nicht-magnetischen Material wie etwa einem Leichtmetall gebildet,
so wird durch die Trennwand 9 auch keine Verfälschung
der Signale der detektierbaren Elemente 4 hervorgerufen.
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Die Funktion der Erkennungsvorrichtung 1 läßt sich
im wesentlichen so beschreiben, daß die an dem Sensor 3 vorbei
rotierenden detektierbaren, hier als Magnetelemente ausgestalteten
Elemente 4 aufgrund ihres Magnetfeldes in dem Sensor 3 eine
entsprechende Reaktion hervorrufen, der daraufhin mit der Auswerteelektronik
ein Signal erstellt, das Auskunft gibt über ein oder mehrere kennzeichnende Größen der
Drehung des Fräskopfes 5.
Dieses Signal kann dann mittels eines nicht dargestellten Kabels,
das durch einen Kabelauslaß 13 aus
dem Gehäuse 2 herausgeleitet
wird, an eine nicht dargestellte, übergeordnete Auswerteeinheit
gemeldet werden, in der dann geprüft wird, ob das Signal einen
Hinweis auf Fehlerzustände
bei der Drehung des Fräskopfes 5 ergibt.
Der Sensor 3 kann hierbei entweder eine Zählung der
Impulse vornehmen, die durch die detektierbaren Elemente 4 beim
Passieren an dem Sensor 3 vorbei erfaßt werden und kann daraus mit
Hilfe der Auswerteelektronik einen Wert für die Geschwindigkeit der Rotation
des Fräskopfes 5 entlang
der Drehrichtung 24 erzeugen. Ebenfalls kann festgestellt werden,
ob sich der Fräskopf 5 überhaupt
dreht, indem überprüft wird,
ob eine entsprechende Impulsfolge durch das Passieren der detektierbaren
Elemente 4 an dem Sensor 3 vorbei überhaupt
erzeugt wird. Hierdurch kann kontrolliert werden, ob der Fräskopf 5 sich
dreht und damit eine Bearbeitung der Kappen der Schweißzangen überhaupt
stattfinden kann. Selbstverständlich
kann mit Hilfe eines Signales, das Aussagen über die Drehgeschwindigkeit
des Fräskopfes 5 erlaubt,
auch eine Regelung der Drehgeschwindigkeit des Fräskopfes 5 aufgebaut
werden, indem die übergeordnete
Auswerteeinheit dem Antrieb des Fräskopfes 5 entsprechende
Vorgabewerte übermittelt,
sollte die Drehzahl bzw. Drehgeschwindigkeit des Fräskopfes 5 von
einem entsprechenden Sollwert abweichen.
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Sind mehr als nur ein detektierbares
Elemente 4 an dem Fräskopf 5 angeordnet,
so kann über eine
entsprechend geschickte Anordnung der detektierbaren Elemente 4 bzw.
der für
die Aufnahme der detektierbaren Elemente 4 vorgesehenen
Aufnahmen 18 dafür
gesorgt werden, daß auch
eine Information über
die Drehrichtung 24 des Fräskopfes 5 gewonnen
werden kann. Sind diese detektierbaren Elemente 4 ver setzt
beispielsweise unter einem Winkelversatz 26 zueinander
in dem Fräskopf 5 angeordnet,
so wird sich eine charakteristische Abfolge der Signale ergeben,
die der Sensor 3 beim Passieren der detektierbaren Elemente 4 aufnimmt.
So wird je nach Drehrichtung 24 eine Abfolge von zwei Impulsen
kurz hintereinander mit einer längeren
Pause kombiniert und durch die Anordnung der detektierbaren Elemente 4 zueinander
kann ermittelt werden, ob eine Rechtsdrehung oder eine Linksdrehung
des Fräskopfes
in Drehrichtung 24 oder gegen Drehrichtung 24 ausgeführt wird.
Dies kann beispielsweise bei Verpolung von Antriebmotoren durchaus
von Nutzen sein.
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Auch können die Aufnahmen 18 für die detektierbaren
Elemente 4 in radialer Richtung bezogen auf die Drehachse 22 des
Fräskopfes 5 versetzt
zueinander angeordnet sein, um unterschiedliche Feldstärken der
detektierbaren Elemente 4 bezogen auf den Sensor 3 hervorzurufen.
Da die Feldstärken
unmittelbar mit dem Abstand zwischen detektierbarem Element 4 und
Sensor 3 zusammenhängt,
wird ein weiter außen
liegendes detektierbares Element 4 eine höhere Signalqualität bei dem
Sensor 3 hervorrufen als ein näher an der Drehachse 22 angeordnetes
detektierbares Element 4. Auch hierdurch können entsprechende
Signale ausgewertet und ermittelt werden, welches der detektierbaren
Elemente 4 gerade den Sensor 3 passiert hat. Dies
kann beispielsweise auch durch unterschiedliche Polrichtungen der Magneten
erreicht werden.
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Die detektierbaren Elemente 4 sind
hierbei vorzugsweise flächenbündig zur
Stirnflächen 25 des Fräskopfes 5 in
Aufnahmen 18 eingelassen, die beispielsweise durch Sacklochbohrungen
in dem Fräskopf 5 hergestellt
werden können.
Sind die detektierbaren Elemente 4 ebenfalls mit entsprechendem Maß zylindrisch
hergestellt, so können
diese detektierbaren Elemente 4 in die Aufnahmen 18 eingesteckt
und dort beispielsweise auf einfache Art verklebt und damit gesichert
werden. Dies hat den Vorteil, daß die detektierbaren Elemente 4 keinen
zusätzlichen
Bauraum an dem Fräskopf 5 benötigen und
der Fräskopf 5 daher
sehr flach bauend ausgebildet sein kann und auch kleinste Abstände der Schweißzangenenden
von z. B. nur 20 mm Öffnungsmaß realisiert
werden können.
Auch behindern die detektierbaren Elemente 4 den Späneabfluß der Späne beim
Fräsen
der Kappen der Schweißzangen nicht
und können
auch nicht wesentlich verschmutzen. Selbstverständlich ist es auch denkbar,
die Aufnahmen 18 beispielsweise schlitzförmig zu
gestalten und damit ent sprechend anders geformte detektierbare Elemente 4 innerhalb
dieser Aufnahmen 18 anzuordnen.
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Wie insbesondere in den 3a bis 3c zu erkennen ist, ist das Gehäuse 2 im
wesentlichen prismatisch aufgebaut, wobei der Aufnahmebereich 23 für den Sensor 3 verkröpft zu dem
Aufnahmeraum 7 für
die Auswerteelektronik angeordnet ist und zwischen diesen beiden
Aufnahmeräumen 23, 7 eine verbindende
Bohrung 17 angeordnet ist, die beispielsweise zum Durchführen von
Kabeln zwischen dem Sensor 3 und der Auswerteelektronik
benötigt wird.
Vorderseitig und zum Fräskopf 5 hin
orientiert ist die metallische Trennwand 9 zu erkennen,
die angepaßt
an den Außendurchmesser
des Fräskopfes 5 gekrümmt ist.
Nach dem Montieren von Sensor 3 und Auswerteelektronik
in den entsprechenden Aufnahmeräumen 23, 7 können die
Aufnahmeräume 7, 23 beispielsweise
mit einem entsprechenden Kleber oder Gießharz vergossen werden, damit
Feuchtigkeit und Späne
oder sonstige Umwelteinflüsse
an die empfindlichen Teile der Auswerteelektronik bzw. des Sensors 3 gar
nicht herankommen können.
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Der in dem Gehäuse 2 integrierte
Sensor 3 weist den besonderen Vorteil auf, daß er einfach
an dem Deckel 6 festgelegt und von diesem wieder entfernt
werden kann, darüber
hinaus ist die seitliche und außerhalb
des Außendurchmessers
des Fräskopfes 5 angeordnete
Anbringung des Gehäuses 2 dazu
geeignet, daß der
Fräskopf 5 unabhängig von der
Montage oder Nichtmontage des Gehäuses 2 aus seiner
Drehaufnahme 11 entnommen und wieder eingesetzt werden
kann. Hierdurch läßt sich
die relativ häufig
durchzuführende
Wartung des Fräskopfes 5,
beispielsweise durch Austausch der entsprechenden Messerbalken 10 unabhängig von
dem Montagezustand des Gehäuses 2 und
damit der Erkennungsvorrichtung 1 ausführen.
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Durch die sehr nahe Anordnung des
Sensors 3 an dem Fräskopf 5 kann
der Sensor 3 hierbei innerhalb des Aufnahmeraumes 23 so
ausgerichtet sein, daß er
optimal bezogen auf die elektrische und/oder magnetische Wirkung
der detektierbaren Elemente 4 ausgerichtet ist. Beispielsweise
kann der Sensor 3 schräg
von oben auf die detektierbaren Elemente 4 ausgerichtet
werden und damit in einem optimalen Bereich der Feldlinien der detektierbaren
Elemente 4 arbeiten. Dadurch, daß der Sensor 3 sehr
nahe der Stirnfläche
des Fräskopfes 5 angeordnet
ist, lassen sich auch unterschiedliche Abmessungen zum Beispiel
hinsichtlich der Längen
von Fräsköpfen
5 ohne Austausch
des Sensors 3 detektieren, indem der Sensor 3 eine
entsprechende Meßlänge zur
Verfügung
stellt.
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Durch die Integration der Erkennungsvorrichtung
1 am Deckel 6 besteht auch die Möglichkeit, schon bestehende
Einrichtungen zum mechanischen Entfernung von Ablagerungen dadurch
nachzurüsten,
daß lediglich
der herkömmliche
Deckel 6, der mit Deckelbohrungen 8 und nicht
dargestellten Schrauben befestigt ist, gegen einen Deckel 6 mit
der Nut 16 ausgetauscht wird und damit eine verbesserte
Funktionalität
erreicht wird.
-
- 1
- Erkennungsvorrichtung
- 2
- Gehäuse
- 3
- Sensor
- 4
- detektierbare
Elemente
- 5
- Fräskopf
- 6
- Deckel
- 7
- Aufnahmeraum/Auswerteelektronik
- 8
- Deckelbohrungen
- 9
- Trennwand
- 10
- Messer
- 11
- Drehaufnahme
- 12
- Getriebe
- 13
- Bohrung
für Kabelausleitung
- 14
- Zwischenbereich
- 15
- Kugel
- 16
- Nut
- 17
- Bohrung
- 18
- Aufnahme
- 19
- Fräsaufnahme
- 20
- Mitnehmer
- 21
- Führungsbund
- 22
- Drehachse
Fräskopf
- 23
- Aufnahmeraum
Sensor
- 24
- Drehrichtung
- 25
- Stirnfläche Fräskopf
- 26
- Versatz