DE2905784C2 - Antrieb zum Schwenken und Axialverschieben eines mit einem Widerstands-Schweißwerkzeug versehenen Auslegers in einem Handhabungsgerät - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Antrieb zum Schwenken und Axialverschieben eines mit einem Widerstands-Schwcißwerkzeug versehenen Auslegers in einem Handhabungsgerät, bei dem der Ausleger in einem Zentralgelenk axial verstellbar und um die Achse des Zentralgelenks schwenkbar ist.

Mit solchen Handhabungsgeräten wird angestrebt, den Werkzeughalter innerhalb eines bestimmten räumlichen Arbeitsbereiches genau positionieren und dort auf das Werkzeug die erforderliche Kraft ausüben zu können.

Durch die DE-OS 27 17 453 ist es bekannt, eine Punktschweiß-Halbzange drehbar und schwenkbar an einem Ausleger zu lagern und den Ausleger in einem Traggestellt anzuordnen, das oberhalb des zu bearbeitenden Werkstückes in allen drei Dimensionen verstell bar geführt ist und außerdem ein Zentralgelenk aufweist, in dem der Ausleger entlang seiner Achse verschiebbar und um die Achse des Zentralgelenkes schwenkbar ist.

Die beim Punktschweißen aufzuwendende Schweißkraft muß vom Ausleger aufgenommen werden, der bei der bekannten Anordnung einer erheblichen Biegebeanspruchung und damit Durchbiegung unterliegt Aus dieser Durchbiegung resultiert ein Verrutschen (Radie ren) der Elektrodenspitze, was eine übermäßige Abnutzung der Elektrode sowie eine Minderung der Schweißqualität zur Folge hat Man ist daher gezwungen, den Ausleger besonders biegesteif und daher gewichtsaufwendig zu gestalten. Dadurch ist auch eine massive und einen großen Raum beanspruchende Bauweise des Traggestelles erforderlich. Die linearen Führungen des Traggestelles und des Auslegers können nicht spielfrei gestaltet werden und der Abstand zum Führungsende verändert sich, wodurch sich zusätzliche Durchbiegungen und eine Ungenauigkeit in der Positionierung ergeben.

Ausgehend von einem Antrieb nach dem Oberbegriff des Hauptanspruches liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die Versteilbarkeit des Auslegers auf eine andere Weise zu ermöglichen, bei der punktförmige Belastungen des Werkzeuges zu keinen schädlichen Durchbiegungen des Auslegers oder seines Traggestelles führen können und bei der die Belastungen über eine leichter bauende und besser bewegliche Konstruktion aufgefangen werden können.

Diese Aufgabe wird im Sinne der Erfindung dadurch gelöst, daß die Axialverschiebung des Auslegers durch zwei am Ausleger drehbar gelagerte Koppeln erfolgt die jeweils mit Kurbeln verbunden find, und daß für die Schwenkbewegung des Auslegers mindestens ein der Axialbewegung des Auslegers folgender Antriebsteil vorgesehen ist

Mit der Erfindung wird die Möglichkeit geschaffen. Werkzeuge verschiedener Art, z. B. Punktschweißgerä te in Form von Haitizangen oder Punktschweißzylin dern auf einfachere Weise dreidimensional zu hantieren, genau in Position zu bringen und die beim Arbeiten entstehenden Belastungen und Momente einwandfrei abzufangen, ohne schädliche Verformungen inkauf nehmen zu müssen. Dies gelingt durch die Verzweigung der Belastungen über die Koppeln und Kurbeln und durch das Auffangen der Kräfte in einem Zentralgelenk, das spielfrei ebenso wie die Gelenke am Koppelgetriebe einstellbar ist Mit den Kurbeln kann nämlich der Ausleger entlang seiner Längsachse auf einfachste Weise verstellt und außerdem um die Achse des Zentralgelenkes verschwenkt werden, wobei es sich als vorteilhaft erweist, die Kurbeln jeweils mit für sich steuerbaren Antrieben zu verbinden, so daß dadurch auch die Schwenkbewegung des Auslegers erzeugt werden kann. Dabei empfiehlt es sich, die Schwenkachsen der Kurbeln koaxial zur Drehachse des Zentralgelenks anzuordnen. Allerdings bietet die Erfindung auch die Möglichkeit, die Schwenkachsen der Kurbeln abseits der Drehachse des Zentralgelenkes vorzusehen, wodurch zwischen ihnen konstruktiv verwertbarer Freiraum geschaffen wird. Indem das Zentraltfelenk über ein Traggestell am

Handhabungsgerät verstellbar angeordnet werden kann, sind große Bewegungen des Werkzeuges in mehreren Dimensionen ausführbar.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den UnteranspriJchen und der Zeichnung. In ihr ist die Erfindung schematised und beispielsweise dargestellt Es zeigt

Fig. 1 eine Seitenansicht eines an einem Koppelgetriebepaar geführten Auslegers,

Fig.2 einen Schnitt nach der Linie II —II durch die Anordnung gemäß F i g. 1,

Fig,3 einen Schnitt nach der Linie III —III durch ein Zentralgelenk gemäß F i g. 2,

Fig.4 einen Längsschnitt nach der Linie IV^-IV durch den unteren Teil des Auslegers gemäß F i g. 1 und

F i g. 5 und 6 Prinzipdarstellungen von zwei Varianten der Anordnung gemäß Fig. 1.

Im Aüsführungsbeispiel der F i g. 1 und 2 ist ein Ausleger 30 in Verbindung mit einem Koppelgetriebepaar dargestellt, das als pyramidenförmige Viergelenkkonstruktion gestaltet ist und ein schwenk- sowie drehbar angeordnetes Werkzeug, beispielsweise in Form einer Schweißelektrode 6, trägt Mit 1 ist allgemein das Antriebssystem für die Eigenbewegung des Werkzeuges 6 und mit 2 das Antriebssystem für die Positionierung der Viergelenkkonstruktion bezeichnet Das Antriebssystem 1 vermittelt dem Werkzeug 6 eine Schwenk- sowie Drehbwegung. Das Antriebssystem 2 vermag das Werkzeug 6 anzuheben und seitwärts zu bewegen. Zusätzlich kann die Viergelenkkonstruktion drehbar, schwenkbar oder/und linear verschiebbar in einer ortsfesten Tragkonstruktion eingegliedert sein, so daß innerhalb eines räumlichen Bereiches jede Positionierung des Werkzeuges 6 erreichbar ist.

Beim Ausführungsbeispiel sind zwei zur Bewegung des Viergelenksystems 2 vorgesehene Antriebsaggregate 3, 4 sowie ein weiteres Antriebsaggregat 5 zur eigenständigen Bewegung der Schweißelektrode 6 vorgesehen. In diesem Antriebsaggregat 5 sind mindestens zwei Tinzelantriebe enthalten, deren einer zum Schwenken der Schweißelektrode 6 um eine Drehachse

7 und deren anderer zum Drehen um die Gelßnksystemachse Wdient. Ein dritter Einzelantrieb zum Schwenken der Elektrode um den Schnittpunkt der Achse 7 mit der Gelenksystemachse VVwäre denkbar. Außerdem deutet ein Pfeil X&n, daß — wie bereits erwühnt — die gesamte Vorrichtung um mindestens einen Freiheitsgrad erweiterbar ist und zwar durch Schwenken um einen Zapfen

8 eines Traggestelles 9, wodurch der Arbeitsbereich vergrößert wird. Wie oben bereits erwähnt, kann auch linear in Richtung Yverfahren werden, wenn die Zapfen 8 durch geeignete Geradführungen (Rollen, Buchsen etc.) ersetzt sind.

Eine weitere Möglichkeit einen zusätzlichen Freiheitsgrad zu erhalten, ergibt sich durch die Anordnung eines Drehkranzes 10, dessen Außenring stationär angeordnet ist und auf dessen Innenring die Vorrichtung als Ganzes mittels einer Konsole 11 um die Achse W drehbar gelagert ist Diese Anordnung ergibt ähnlich den mit X oder Y bezeichneten Freiheitsgraden einen Freiheitsgrad U, der in F i g. 2 durch einen, die Drehung andeutenden doppelseitigen Pfeil angedeutet ist. Diese Drehrichtung wird durch eine Antriebseinheit die aus Motor, Bremse, Getriebe. Drehzahlgeber und Weggeber besteht, angetrieben. Mit dieser Anordnung ergibt sich somit als geometrische Form des Arbeitsbereiches eine Kreisfläche.

Es soll noch explizit darauf hingewiesen werden, daß die durch die Bewegungsrichtungen U, X, Y angegebenen Möglichkeiten für einen ergänzenden Freiheitsgrad in erster Linie Alternativvorschläge sind. Bei entsprechender Dimensionierung lassen sich diese Freiheitsgra- s de auch so realisieren, daß sie sich überlagern können.
Der Aufbau des Gelenksystems ist folgender:
Das erwähnte Viergelenk-Antriebssystem 2 besteht aus zwei Kurbeln 12, 13, die mittels der genannten Antriebsaggregate 3, 4 um ein beim Ausführungsbeispiel festliegendes Zentralgelenk 14, 29 schwenkbar sind. Die genannten Kurbeln 12, 13 sind an ihren freien Enden bei 19, 20 je mit einer Koppel 15, 16 gelenkig verbunden, die ihrerseits mit ihren freien Enden ein Gelenk 17 bilden, an dem der Ausleger 30 aufgehängt ist Dieser Ausleger 30 ist außerdem im Zentralgelenk 14, 29 entlang der Auslegerlängsathse linear bewegbar geführt Das Gelenk 17 kann au·! Fertigungs- und Montagegründen selbstverständlich auch teilbar realisiert werden. Am Ausleger 30 ist über die Drehachse 7 ein Punktschweißzylinder 38 aufgehängt der demzufolge auch mit den Bewegungen dieses der Spitze des pyramidenförmigen Gelenksystems entsprechenden Gelenkpunktes 7 im Raum bewegt wird. Wie bereits erwähnt, verfügt der Punktschweißzylinder 38, der auch durch andere Werkzeuge ersetzbar ist über ein eigenes Antriebsaggregat 5, das zur Drehung und Schwenkung der Schweißelektrode 6 vorgesehen ist

Die Wirkungsweise bzw. Arbeitsweise des Gelenksystems basiert auf den Bewegungsabläufen, denen die Kurbeln 12,13 unterworfen werden. Auszugehen ist von der in F i g. 1 gezeigten Grundstellung mit bezogen auf die festliegende Schwenkachse 14 gleichen Winkelstellungen. Bei dieser Grundstellung ergeben sich relativ zur Schwenkachse zwei kongruente Dreiecke, deren gemeinsame Basis durch den Ausleger 30 realisiert ist und mit der Systemachse W zusammenfällt Die Basis wird von dem Gelenkpunkt 17' bzw. 17 und der Schwenkachse 14 begrenzt Die drehbewe^lichen Verbindungspunkte der Kurbeln 12,13 und Koppeln 15, 16 sind als Raumpunkte 19 und 20 bezeichnet.

-Verden die beiden Kurbeln 12, 13 nun gegenläufig, aber gleichmäßig nach oben oder unten bewegt so bewegen sich die genannten Raumpunkte 19 und 20 auf Kreisbogen um die Schwenkachse 14, wobei die Spitze des Gelenksystems linear längs der Systemachse W geführt wird. Die resultierenden oberen Endpunkte der Gelenke 17, 19, 20 sind mit den Bezugszeichen 17', 19' bzw. 20' angedeutet

Bewegt man beide Kurbeln 12, 13 gleichsinnig und

so gleichmäßig, dann ergibt sich eine Schwenkbewegung des Auslegers 30 um die Schwenkachse 14, wobei der Ausleger 30, ausgehend von der Anordnung gemäß Fί g. .(,immer die Winkelhalbierende der Kurbeln 12,13 und Koppeln 15,16 bildet. Befindet sich das Gelenk 20 im Punkt 20' und hat sich die Kurbel 12 gleichsinnig um den gleichen Winkel und die Kurbel 13 nach Punkt 18 gedreht, dann ergibt sich für das Gelenk 17 eine seitliche Verlagerung in den Punkt 17".

Die Kurbeln 12,13 können aber auch ungleich große Schwenkwege, gleichsinnig oder in entgegengesetzter Richtung ausführen, was zur Überlagerung von Schwenk- und Hubbewegungen am Gelenit 17 führt.

Der Vollständigkeit halber ist in Fig. 1 und 2 noch eine Schweißeinrichtung allgemein dargestellt Die Schweißelektrode 6 iat mit dem einen Anschluß eines Schweißtransformators 21 und dessen zweiter Anschluß ist mit einem sogenannten Unterkupfer 22 als gegendruckerzeugendes Element verbunden. Zwischen

der Spitze der Schweißelektrode 6 und diesem Unierkupfer 22 liegen dann die zu verschweißenden Werkstückteile 23. Außerdem sei noch erwähnt, daß das Gelenksystem statisch in bekannter Weise ausgeglichen werden kann durch geeignete Anordnung ζ. B. eines pneumalischen Ciewichtsausglcichsystems.

In Γ'ig. 3 ist die konstruktive Ausgestaltung der Antriebsaggregate 3 und 4. sowie deren Verbindung mit einem Traggestell 9 und den Kurbeln 12, 13 dargestellt. Kernstück der Antriebsaggregate 3, 4 ist jeweils der t/cvorzugl als (Motor) Einheit 24 ausgebildete, aus Motor. Drehzahlgeber und Weggeber bestehende eigentliche Antrieb. Diese Motor-I.inheit 24 wirkt ;inf ein Getriebe 25. dem eine Bremse 2h vorgelagert ist Damit wird zumindest ein Teil des Drehmoment ν das durch Hinwirken von Kräften auf die Spitze des Gclcnksystems zu der Schwenkachse 14 einsieht, vom Cietricbe ferngehalten.

Die beiden Kurbeln 12, Π sind je mit einer Motorl'inheit 24 fest verbunden und an einem mit dieser Motor-lünheit und der Trageinheit verflanschten Rohr 27 über Kugellager 28 abgestützt

Zentraler Mittelpunkt der beschriebenen, aus den Antriebsaggregate!! 3 und 4 bestehenden Antriebseinheil für die Kurbeln 12, I) isi ein Schiebe- und Drehgelenk 29. dessen Rotationsachse mit der Schwenkachse 14 der Kurbeln 12. 13 zusammenfällt und das zur Abstützung des Gclenks\ stems dient. Durch dieses Schiebe und Drehgelenk 29 isl der Ausleger 30 linear beweglich geführt. In der l'achspraihe wird der Ausleger 30oft auch als Haunt bezeichet.

F-" ig. 4 zeigt die Prinzipausführung ties Antriebsaggregat 5 für die Bewegungen der Schweißelektrode 6 Das Antriebsaggregat 5 besieht im wesentlichen aus zwei Motor-lünhciten 31. die ,ms Motor. Drehzahlgeber. Wcggcbcr und Bremse bestehen und milIeIs Konsolen 32, 33 am Ausleger 30 befestigt sind Die Schwenkbewegung der Schweißelektrode 6 um die Achse 7 wird entsprechend dem dargestellten Ausfüh rungsbcispicl über einen auf eine Welle 35 wirkenden Zahnriemen 34 vermittelt. Diese Welle 35 führt über ein Untersetzungsgetriebe auf eine Kcgclradpaarung. wolitiii'ii ici/iiuii clic .-».itwi-incrK-Mrotie β um cue Achse 7 geschwenkt wird.

Die rolalorische Bewegung der Schweißelektrode 6 wird über einen Zahnradantrieb 36 vermittelt, der über ein Untersetzungsgetriebe auf eine Welle 37 wirkt. Diese Welle 37 ist an ihrem Fndc als Lager zur Aufnahme der Schwenkachse 7 ausgebildet. Mit dieser Schwenkachse 7 ist der PunktsehweiBzylinder 38 verbunden, dessen Energiezuführung (Schweißstrom, Druckenergie. Kühlwasser) in bekannter Weise über im Bild nicht dargestellte integrierte Schleifkontakte und Drehanschliisse erfolgt.

In Fig. 5 ist ein zweites Ausführungsbeispiel eines pyramidenförmigen Gclenksystems dargestellt. Der prinzipielle Unterschied zu dem vorher beschriebenen und anhand der F i g. 2 gezeigten pyramidalen Antriebs-

in system besteht darin, daß das Zentralgelenk 14, 29 (in F i g. 2), aufgespulte! ist. Das Zenlralgelenk ist praktisch auseinandergebogen und durch das Schiebe Drehgelenk 29' sowie durch zwei im Raum festliegende Gelenk punkte 141, 142 realisiert Um jeden dieser separierten

is Gelenkpunkte 14t, 142 ist eine Kurbel 12, 13 schwenkbar geführt. Mit dem freien l'ndc dieser Kurbeln isl je eine Koppel 15, 16 gelenkig verbunden. Beide Koppeln führen dann zum gemeinsamen Gelenk punkt. der letztlich Spitze des kompletten Gclenks\-

χι stems ist. Dieser gemeinsame Gelcnkpunki ist im dargestellten Prinzip entsprechend der obenerwähnten Möglichkeit in zwei Gclcnkpiinklc 171, 172 atifgesplii let. Werden nun die auch bei diesem Beispiel unabhängig voneinander steuerbaren Kurbeln 12, 13

?^r> bewegt, so können damit die Gelenkpunkic 171, 172 einsprechend dem Richtungspfeil S in vertikaler Richiiirig und entsprechend dem Richtungspfeil 7 auf einem Kreisbogen bewegt werden. Zentraler Punkt des gesamten Gclenksystcms ist in diesem lalle ein

in Schiebe- und Drehgelenk 29'. durch welches der Ausleger 30 linear bewegbar geführt isl.

Das in Γ i g. b gezeigte Ausführiingsbeispiel unter scheidet sich von denjenigen gemäß I i g. 1 und ~> dadurch, daß die beiden Kurbeln 12. 13 nicht

\ί unabhängig voneinander antreibbar sind. Beide Kurbeln 12, 13 werden über ein und dieselbe Antriebseinheit bewegt, wobei durch Zwischcnkopplung, z. B. eines die Drehrichtung ändernden Zahnrades, die symmetrische Bewegung der Kurbeln 12, 13 realisiert isl. Über die

ic Kurbeln 12, 13 können bei diesem Beispiel somit nur Vcrlikalbcwcgungen .S" des Gclenkpunkles 17 ausgeführt werden.

i im ciicscn Gcicnkpunkt i/ auch auf einem Kreisbogen T führen zu können, ist eine gesonderte

'Ί Aniricbscinhcit 40 vorgesehen, die relativ zum Zentral gelenk 14, 29" ortsfest liegt. Über ein Antriebsclemcnl. wie z. B. eine Gewindespindel 41. greift die Antriebseinheit am Ausleger 30 des Gclenksystems an und bewegt dieses somit kreisförmig um die Schwenkachse 14

Hierzu 4 Blall Zeichnungen

Claims (9)

Patentansprüche;

1. Antrieb zum Schwenken und Axialverschieben eines mit einem Widerstands-Schweißwerkzeug versehenen Auslegers in einem Handhabungsgerät, bei dem der Ausleger in einem Zentralgelenk axial verstellbar und um die Achse des Zentralgelenks schwenkbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Axialverschiebung des Auslegers (30) durch zwei am Ausleger (30) drehbar gelagerte Koppeln (15, 16) erfolgt, die jeweils mit Kurbeln (12, 13) verbunden sind, und daß für die Schwenkbewegung des Auslegers (30) mindestens ein der Axialbewegung des Auslegers (30) folgender Antriebsteil (41; 12,13) vorgesehen ist

2. Antrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Kurbeln (12,13) jeweils mit für sich steuerbaren Antrieben (3,4) verbunden sind und als Antriebsteile für die Schwenkbewegung des Auslegers (30) dienen.

3. Antrieb nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwenkachsen (14) der Kurbeln (12, 13) koaxial zur Drehachse des Zentralgelenks (14,29) angeordnet sind.

4. Antrieb nach Anspruch 1 oder folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Längsachse des Auslegers (30) in der Winkelhalbierenden der Kurbeln (12,13) bzw. Koppeln (15,16) geführt ist

5. Antrieb nach Anspruch 1 oder folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß das Zentralgelenk (14, 29) über ein 1 raggestellt (9) am Handhabungsgerät verstellbar ist.

6. Antrieb nach Anspruch I oder einem der folgenden, dadurch gekennzeich- ;t, daß die Kurbeln (12, 13) gegenüber einem am Handhabungsgerät angeordneten Traggestell (9) durch zwischengefügte Bremsen (26) abstützbar sind.

7. Antrieb nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Koppeln (15, 16) an beidseits der Längsachse des Auslegers (30) angeordneten Lagern (171, 172) angelenkt sind.

8. Antrieb nach Anspruch 1 oder folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß an der dem Zentralgelenk (14, 29) abgekehrten Seite des Auslegers (30) ein Antriebsaggregat (5) für eine Drehung und Verschwenkung des Schweißwerkzeuges (6) angeordnet ist.

9. Antrieb nach Anspruch 1 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß ein auf den Ausleger (30) quer zu seiner Längsachse einwirkender Schwenkantrieb (40,41) vorgesehen ist.