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Die Erfindung betrifft eine Widerstandsschweißmaschine, umfassend einen Grundkörper, zwei mit dem Grundkörper verbundene sich gegenüberliegende Schweißwerkzeuge und einen Werkzeugantrieb, wobei mindestens ein Schweißwerkzeug an dem Grundkörper beweglich gelagert und mittels des Werkzeugantriebs in Richtung des anderen Schweißwerkzeugs in eine Schweißposition bewegbar angetrieben ist, wobei durch den Werkzeugantrieb eine auf mindestens ein Schweißwerkzeug wirkende Schweißkraft erzeugbar ist.
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Im Bereich der Widerstandsschweißtechnik finden die Zustellbewegung und die Erzeugung der Schweißkraft oftmals in einem Antriebselement statt. Dabei stehen unterschiedliche Anforderungen im Widerspruch. Während der Zustellbewegung ist ein dynamischer und schneller Aktor gefordert, dessen Hub relativ groß ist, insbesondere im Bereich von mehreren Zentimetern liegt, wobei im Vergleich zur Schweißkraft nur eine relativ geringe Kraft, die lediglich für die Bewegung der Schweißelektroden ausreichen muss, verwendet wird, um die Schweißelektroden an die zu verschweißenden Werkstücke heranzufahren. Bei der Erzeugung der Schweißkraft, durch die die zu verschweißenden Werkstücke während des Schweißvorgangs mittels der Schweißelektroden zusammengedrückt werden, ist das Gegenteil gefordert. Der Arbeitshub zur Erzeugung der Schweißkraft ist um ein Vielfaches kürzer als bei der Zustellbewegung, insbesondere liegt er im Bereich von wenigen Millimetern, während die erforderliche Schweißkraft ein Vielfaches der Zustellkraft beträgt.
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Um diesen gegensätzlichen Anforderungen gerecht zu werden, verwenden bekannte Widerstandsschweißmaschinen zum Beispiel pneumatische Antriebe mit doppelwirkenden Pneumatikzylindern. Diese bestehen meistens aus einem komplexen Aufbau mit mehreren Kammern, wobei jedoch aufgrund der speziellen Anforderungen nicht auf Standardzylinder zurückgegriffen werden kann. Stattdessen werden speziell entwickelte Pneumatikzylinder verwendet. Zudem entstehen auf die Lebensdauer betrachtet bei der Verwendung von Pneumatikzylindern durch die Bereitstellung der Druckluft relativ hohe Energiekosten. Ein weiterer Nachteil der Pneumatikzylinder ist die eingeschränkte Regelbarkeit, um zum Beispiel ein sanftes Aufsetzen der Werkzeuge auf den zu schweißenden Werkstücken zu ermöglichen. Die Schweißkraft kann bei derartigen Widerstandsschweißmaschinen nur eingeschränkt geregelt werden, wobei sich aufgrund eines Setzens des Bauteils eine geringe, jedoch undefinierbare Kraftschwankung während des Schweißprozesses ergibt. Zudem entsteht durch die Pneumatikantriebe eine relativ hohe Lärmbelästigung beim Entlüften der Pneumatikzylinder.
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Alternativ werden für Widerstandsschweißmaschinen auch Antriebe basierend auf Servomotoren zusammen mit Kugelgewindespindeln und Führungssystemen verwendet. Dabei wandelt die Spindel die Drehbewegung des Motors in eine lineare Bewegung für den Antrieb der Werkzeuge um. Die Servomotoren ermöglichen dabei eine dynamische Einstellung des Kraftaufbaus, jedoch ist die Verzögerung eines derartigen Antriebs für spezielle Aufgaben zu groß.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Widerstandsschweißmaschine zu schaffen, die eine möglichst schnelle Zustellbewegung ermöglicht und gleichzeitig eine ausreichend hohe Schweißkraft zur Verfügung stellen kann, wobei die Betriebskosten und die Lärmbelastung reduziert werden.
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Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass der Werkzeugantrieb einen Exzenterantrieb zum Erzeugen einer Zustellbewegung für mindestens eines der Schweißwerkzeuge und eine von dem Exzenterantrieb getrennt angetriebene Nachsetzeinheit zum Erzeugen der Schweißkraft an mindestens einem der Schweißwerkzeuge umfasst.
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Durch die Aufteilung des Werkzeugantriebs in einen Exzenterantrieb und eine Nachsetzeinheit können eine besonders schnelle Zustellbewegung und gleichzeitig eine ausreichend hohe Schweißkraft realisiert werden.
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Dabei ist es besonders vorteilhaft, wenn der Exzenterantrieb eine Antriebseinheit und einen mit mindestens einem Schweißwerkzeug verbundenen Exzenterhebel umfasst und die Antriebseinheit als ein elektrischer Antrieb ausgebildet ist. Dadurch kann insbesondere auf die betriebskostenintensive Nutzung von Druckluft verzichtet werden, wodurch auch die Lärmbelästigung im Arbeitsumfeld reduziert wird.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform ist die Nachsetzeinheit elektromagnetisch angetrieben. Dies ermöglicht eine besonders unkomplizierte und platzsparende Nachsetzeinheit, wobei ebenfalls insbesondere auf die betriebskostenintensive Nutzung von Druckluft verzichtet werden kann, wodurch auch die Lärmbelästigung im Arbeitsumfeld reduziert wird.
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In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung begrenzt eine Klemmeinheit die Zustellbewegung. Die Klemmeinheit dient zur Entlastung des Exzenterantriebs während der Erzeugung der Schweißkraft, da die Klemmeinheit den Exzenterantrieb festklemmt und die relativ hohen durch die Nachsetzeinheit erzeugten Schweißkräfte aufnehmen kann.
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Weitere vorteilhafte Ausführungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie der folgenden Beschreibung und den Zeichnungen.
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Es zeigen:
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1 einen schematischen Aufbau einer ersten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Widerstandsschweißmaschine ohne Klemmung,
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2 einen schematischen Aufbau einer zweiten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Widerstandsschweißmaschine mit Klemmung.
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In den verschiedenen Figuren der Zeichnung sind gleiche Teile stets mit denselben Bezugszeichen versehen.
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Zu der anschließenden Beschreibung wird beansprucht, dass die Erfindung nicht auf die Ausführungsbeispiele und dabei nicht auf alle oder mehrere Merkmale von beschriebenen Merkmalskombinationen beschränkt ist, vielmehr ist jedes einzelne Teilmerkmal des/jedes Ausführungsbeispiels auch losgelöst von allen anderen im Zusammenhang damit beschriebenen Teilmerkmalen für sich und auch in Kombination mit beliebigen Merkmalen eines anderen Ausführungsbeispiels von Bedeutung für den Gegenstand der Erfindung.
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1 zeigt einen schematischen Aufbau einer ersten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Widerstandsschweißmaschine, umfassend ein oberes und ein unteres Schweißwerkzeug 3, 5, die an einem Grundkörper 8 angeordnet sind und mittels eines Werkzeugantriebs angetrieben werden.
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Der Grundkörper 8 kann insbesondere als U-förmiger Zangengrundkörper zur Befestigung an einem Rahmen einer Schweißanlage oder als Standkonsole ausgebildet sein. An dem Grundkörper 8 ist vorzugsweise ein Transformator 7 zur Bereitstellung des Schweißstromes angeordnet. Zudem sind an dem Grundkörper 8 ein oberer Sekundärkreis mit einem oberen Schweißwerkzeug 3 und ein unterer Sekundärkreis mit einem unteren Schweißwerkzeug 5 angeordnet. Zwischen dem oberen Schweißwerkzeug 3 und dem unteren Schweißwerkzeug 5 werden während des Schweißvorgangs die zu verschweißenden Werkstücke 4 positioniert. Der Schweißstrom wird durch den Transformator 7 über den oberen und den unteren Sekundärkreis und die entsprechenden Schweißwerkzeuge 3, 5 in die Schweißstelle der Werkstücke 4 eingeleitet.
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Der Werkzeugantrieb dient dazu, die Schweißwerkzeuge 3, 5 mittels einer Zustellbewegung möglichst nah an die zu verschweißenden Werkstücke 4 in eine Schweißposition zu fahren und während des Schweißvorgangs mittels einer Arbeitsbewegung zwischen den Schweißwerkzeugen 3, 5 mit der dadurch erzeugten Schweißkraft aneinander zu drücken. Erfindungsgemäß umfasst der Werkzeugantrieb mindestens zwei getrennte Antriebe, und zwar einen Exzenterantrieb 1 zum Erzeugen der Zustellbewegung für mindestens eines der Schweißwerkzeuge 3, 5 und eine von dem Exzenterantrieb 1 getrennt angetriebene Nachsetzeinheit 2 zum Erzeugen der Schweißkraft an mindestens einem der Schweißwerkzeuge 3, 5. Der Exzenterantrieb dient insbesondere ausschließlich zur Erzeugung der Zustellbewegung in die Schweißposition und die Nachsetzeinheit dient insbesondere ausschließlich zur Erzeugung der Schweißkraft nachdem die Schweißposition erreicht ist.
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In der dargestellten Ausführungsform ist das obere Schweißwerkzeug 3 in Richtung der Zustellbewegung und in Richtung der Schweißkraft beweglich an dem Grundkörper 8 gelagert und das untere Schweißwerkzeug 5 fest an dem Grundkörper 8 befestigt. Erfindungsgemäß sind jedoch auch Ausführungsformen möglich, bei denen umgekehrt das untere Schweißwerkzeug 5 am Grundkörper 8 entsprechend beweglich gelagert ist und das obere Schweißwerkzeug 3 fest am Grundkörper 8 befestigt ist oder bei dem beide Schweißwerkzeuge 3, 5 beweglich gelagert, insbesondere dass eine Schweißwerkzeug 3, 5 in Richtung der Zustellbewegung und das andere Schweißwerkzeug 3, 5 in Richtung der Schweißkraft beweglich gelagert sind.
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In der dargestellten Ausführungsform umfasst der Exzenterantrieb 1 insbesondere eine Antriebseinheit 6 mit Getriebe, einen Exzenterhebel 10 und eine Schubstange 9. Insbesondere ist die Antriebseinheit 6 als ein elektrischer Motor ausgebildet. Da für die Zustellbewegung keine so hohen Kräfte wie die Schweißkraft erzeugt werden müssen, wird lediglich eine relativ niedrige Leistung benötigt. Dadurch kann der Exzenterantrieb 1 sehr kompakt und kostengünstig hergestellt werden. Die Schubstange 9 ist an dem Grundkörper 8 in Richtung der Zustellbewegung verschiebbar gelagert. Die Schubstange 9 ist an einem Ende mit dem Exzenterhebel 10 und an dem anderen Ende mit der Nachsetzeinheit 2 fest verbunden. Die Nachsetzeinheit 2 ist mit dem oberen Schweißwerkzeug 3 beweglich verbunden und dient als Antrieb des oberen Schweißwerkzeuges 3 zur Erzeugung der Schweißkraft bei der Arbeitsbewegung.
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Zur Erzeugung der Zustellbewegung bewegt der Exzenterantrieb 1 die Schubstange 9, wobei er die an der Schubstange 9 befestigte Nachsetzeinheit 2 und das mit der Nachsetzeinheit 2 verbundene obere Schweißwerkzeug 3 mitbewegt, bis die Schweißposition des oberen Schweißwerkzeuges 3 erreicht ist. Eine derartige Anordnung ermöglicht eine besonders schnelle und gleichzeitig besonders genaue Zustellbewegung, wobei mittels eines dynamischen Kraftaufbaus des Exzenterantriebs 1 mit einer als elektrischer Motor ausgebildeten Antriebseinheit 6 in der Endphase der Zustellbewegung ein sanftes Aufsetzen des Schweißwerkzeuges 3 auf das eingesetzte Werkstück 4 ermöglicht wird.
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Nach abgeschlossener Zustellbewegung erzeugt die Nachsetzeinheit 2 die erforderliche Schweißkraft, um die Werkstücke 4 zwischen den Schweißwerkzeugen 3, 5 während des Schweißvorgangs zusammenzudrücken. Durch die Aufteilung des Werkzeugantriebs in eine getrennt angetriebene Zustellbewegung und eine getrennt angetriebene Erzeugung der Schweißkraft können die Schweißwerkzeuge vor dem Erzeugen der Schweißkraft sehr genau in die Schweißposition gefahren werden. Die Nachsetzeinheit 2 ist insbesondere als eine elektromagnetische Nachsetzeinheit 2 ausgebildet, die die Schweißkraft durch einen Elektromagneten erzeugt. Dies hat den Vorteil, dass die Schweißkraft mit sehr geringen Verzögerungszeiten geregelt werden kann. Zudem kann die Schweißkraft insbesondere durch eine externe Einheit gemessen werden. Außerdem kann auf Druckluft verzichtet werden, wodurch sowohl Betriebskosten eingespart als auch eine hohe Lärmbelästigung vermieden werden.
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In einer nicht dargestellten alternativen erfindungsgemäßen Ausgestaltung treiben der Exzenterantrieb 1 und die Nachsetzeinheit 2 unterschiedliche Schweißwerkzeuge 3, 5 an. So könnte zum Beispiel für die Zustellbewegung der Exzenterantrieb 1 über die Schubstange 9 direkt mit dem oberen Schweißwerkzeug 3 verbunden sein. Die Nachsetzeinheit 2 wäre dann mit dem unteren Schweißwerkzeug 5 verbunden und würde dieses in Richtung der Arbeitsbewegung antreiben. Es wäre auch eine umgekehrte Anordnung denkbar, bei der der Exzenterantrieb 1 das untere Schweißwerkzeug 5 für die Zustellbewegung antreibt, und die Nachsetzeinheit 2 das obere Schweißwerkzeug für die Arbeitsbewegung antreibt.
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Außerdem wäre es auch möglich, jeweils eine Nachsetzeinheit 2 pro Schweißwerkzeug 3, 5 zu verwenden, so dass die Erzeugung der Schweißkraft auf zwei Nachsetzeinheiten 2 verteilt wäre, wodurch zwei unterschiedliche Nachsetzeinheiten 2 mit unterschiedlichen Schweißkräften verwendet werden könnten. So könnte zum Beispiel bei der Ausführungsform gemäß 1 eine zweite unterschiedliche Nachsetzeinheit 2 zwischen dem unteren Schweißwerkzeug 5 und dem Widerlager am Grundkörper 8 angeordnet sein.
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Zudem ist es auch möglich, dass die Nachsetzeinheit 2 an dem Grundkörper 8 befestigt und indirekt über eine Kupplung zum Entkoppeln der Zustellbewegung von der Schweißkraft mit der Schubstange 9 des Exzenterantriebs 1 verbunden ist, wobei in diesem Fall das obere Schweißwerkzeug 3 direkt mit der Schubstange 9 verbunden wäre.
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Erfindungsgemäß kann die Antriebseinheit 6 des Exzenterantriebs 1 und/oder die Nachstelleinheit 2 auch anstatt eines elektrischen oder elektromagnetischen Antriebs einen pneumatischen oder hydraulischen Antrieb umfassen.
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In 2 ist eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Widerstandsschweißmaschine dargestellt. Diese unterscheidet sich von der Widerstandsschweißmaschine gemäß 1 durch eine zusätzliche Klemmeinheit 11, die insbesondere an dem Grundkörper 8 befestigt ist, und den Exzenterantrieb 1 und insbesondere die Schubstange 9 festklemmt oder festrastet. Dadurch kann die Zustellbewegung durch die Klemmeinheit 11 begrenzt werden. Dies hat den Vorteil, dass die durch die Nachsetzeinheit 2 während des Schweißvorgangs erzeugte relativ hohe Schweißkraft nicht vollständig von dem Exzenterantrieb 1 aufgenommen werden muss, sondern von der Klemmeinheit 11 aufgefangen wird. Dabei ist es besonders vorteilhaft, wenn die Klemmeinheit 11 mit Hilfe eines Fail-Safe-Prinzips, insbesondere nur bei Anliegen einer Antriebsenergie an dem Exzenterantrieb 1, gelöst werden kann.
