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Verfahren und Vorrichtung zum Aufsetzen der Elektrode einer
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Widerstandsschweißmaschine auf das Werkstück.
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Aufsetzen der Elekrt>)(3
einer Widerstandsschweißmaschine auf das Werkstück sowie die zur Durchführung des
Verfahrens erforderliche Vorrichtunq.
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Widerstandsschweißmaschinen sind üblicherweise zum Aufsetzen der Elektrode
auf das Werkstück mit einer Elektrodenkrafteinheit ausgerüstet, die in den meisten
Fällen pneumatisch betätigt wird, wobei vorzugsweise spezielle Druckluftzylinder
7tlm Einsatz kommen.
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Bei allen seither bekannten Ausführungsformen ist die Schweißelektrode
selbst direkt mit dem Betätigungszylinder mechaniscll
verbunden,
woraus indessen die nachfolgend aufgefuhrten Nachteile resultieren: (1) Bei dem
Aufsetzen der Elektroden kommt es, aufgrund der beschleunigten Massen, zu einer
unkontrolliert hohen Schlagenergie.
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(2) Beim Rufsetzen der Elektroden ist durch den gegebenen Aufprall
eine sehr hohe Lärmbelästigung unvermeidbar.
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(3) Die unkontrolliert hohe lufsetzkraft führt zur Kaltverformung
und zum Verschleiss der Elektroden.
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(4) Die zu verschweissenden Werkteile werden zumeist in unzulässiger
Weise verformt und gefährden so das gesicherte Schweissergebnis.
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Man hat bereits versucht, diese Mängel durch Zuordnen von Dämpfungs-
und Drosselventilen, vorzugsweise in der Abluftleitung der Elektrodenkrafteinheit,
zu beheben. Ein wirklich gutes Ergebnis konnte indessen nur durch entsprechende
Taktzeitminderung erreicht werden, wodurch wiederum die Wirtschaftlichkeit der Schweissmaschine
wesentlich beeinträchtigt wird.
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Man hat auch durch den Einsatz von Doppelhub- und Zustellhubeinheiten
eine Besserung angestrebt. Tatsächlich verbleibt aber das unkontrollierte Aufsetzen
im Bereich des eigentlichen Arbeitshubes der Elektrode bestehen.
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Bs ist nunmehr Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum
Aufsetzen der Elektrode einer Widerstandsschweissmaschine auf das Werkstück zu schaffen,
bei dem die vorerwähnten Nachteile nicht auftreten und mit dem das 4ufsetzen im
wesentlichen drucklos erfolgt und ein Ilektrodenkraftaufbau ohne kinetische Verfälschung
sichergestellt wird.
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Gelöst wird diese erfindungsgemässe Aufgabe dadurch, dass die Ilektrodenbewegung
durch aufeinanderfolgende Beaufschlagung
zweier in Reihe angeordneter
Kolben, d.h. eines Vorhubkolbens und eines Arbeitskolbens mit dem Arbeitsmedium
erfolgt.
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Über den Vorhubkolben wird die an dem Arbeitskolben befestigte Elektrode
bis nahe an das Werkstück herangefahren und dann, nachdem der Vorhubkolben seine
Xndste.lung- erreicht hat, durch Betätigen des Arbeitskolbens die Elektrode auf
das Werkstück aufgesetzt.
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Auf diese Weise kann die Elektrode mit relativ grosser Gesejiwin digkeit
durch Betätigen des Vorhubkolbens nahe an das ñerks tilek herangefahren werden,
ohne dass die dadurch hervorgerufene kinetische Energie der Elektrodeneinheit zu
den vorstehend geschilderten unangenehmen Nebenwirkungen führt. Vielmehr wird die
Ilektrodeneinheit abgestoppt, sobald der Vorhubkolben ~#lri' Endstellung erreicht
hat und erst dann wird die Elektrode d'irch Beaufschlagung des Arbeitskolbens mit
dem Druckmedium all das Werkstück aufgesetzt.
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Da die Werkstückdicke häufig variiert, wird gemäss einer vorteilhaften
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die J3ewegung des Vorhubkolbens mittels
einem vorwählbaren Anschlag: begrenzt.
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Auf diese Weise wird sichergestellt, dass die Bewegung des Vorhubkolbens,
die in der Regel mit grosser Geschwindigkeit »3urehgeführt wird, in jedem Falle
auch bei unterschiedlich dick Werkstftcken stets vor Erreichen des Werkstückes abgestoppt
wird, so dass dann durch Beaufschlagung des Arbeitskoibens die Elektrode aufgesetzt
werden kann.
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Es hat sich gemäss einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung als zweckmässig erwiesen, wenn der Vorhubkolben und/oder
der Arbeitskolben zumindest während eines Teiles des Arbeitsweges durch einen Gegendruck
gebremst wird
Bin solcher Gegendruck kann entweder dadurch erzeugt
werden, dass beispielsweise der in einem Zylinder eingeschlossene Vorhubkolben während
seiner Bewegung ein gasförmiges Medium komprimiert oder dass der Kolben direkt mit
einem vorgewählten Gegendruck beaufschlagt wird. Auf diese Weise werden die hohen
kinetischen Energien abgefangen und es kann unsbesondere die Bewegung des Arbeitskolbens
lediglich durch den Differenzdruck zwischen Arbeitsdruck und Gegendruck des Mediums
bewirkt werden.
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Obgleich an sich bei dem erfindungsgemässen Verfahren beliebige Druckmedien
wie Hydrauliköl oder komprimierte Gase Anwendung finden können, so hat es sich doch
aus praktischen #rwägungen heraus als besonders vorteilhaft erwiesen, wenn die Ilektrodenbewegung
durch Beaufschlagung der Kolben mit Druckluft erfolgt.
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Die Steuerung des Druckmediums erfolgt dabei zweckmässig iiber elektrisch
gesteuerte Magnetventile.
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Die Vorrichtung zur Durchführung des vorstehend geschilderten Verfahrens
weist eine durch unter Druck stehendes Fluid betätigte trafteinheit auf, die gekennzeichnet
ist durch zwei hintereinander angeordnete Zylinder-Kolben-Elemente, welche tber
wegabhängige Schaltungsmittel nacheinander mit dem Druckmedium beaufschlagbar sind.
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Es hat sich dabei als besonders vorteilhaft erwiesen, wenn die Krafteinheit
aus im gleichen Zylinder angeordnetem Vorhubkolben und Arbeitskolben besteht, die
über wegabhängige Schaltungsmittel nacheinander mit dem Druckmedium beaufschlagbar
sind.
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Die Krafteinheit besteht somit im wesentlichen aus einem Doppelhubzylinder,
bei dem der Vorhubkolben schwimmend gelagert wird und für die Einstellung der Hublänge
des Vorhubkolbens ein verstellbarer Anschlag vorgesehen ist. Es hat sich dabei als
besonders zweckmässig erwiesen, wenn die Vorhublänge einer eine
zugeordnete,feingängige
Stellspindel mittels Handrad erfolgt.
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Die Endlage des vorgewählten Vorhubes wird zweckmässig durch einen
eingebauten, berührungslosen, elektrischen Kontakt iiberwacht und über diesen Kontakt
auch die anschliessende Druckbeaufschlagung des Arbeitskolbens eingeleitet. Bs ist
somit möglich, beispielsweise beim Buckelschweissen von Feinteilen, die Vorhublänge
so vorzuwählen, dass die Elektrode nach dem Start der Anlage zügig ohne Zeit verzögerung
bis unmittelbar über oder an das Werkstück herangeführt wird. Die dabei auftretende
Massenbeschleunigung wird über die vorgegebene Vorbegrenzung mechanisch abgefangen.
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Der übliche Aufpralleffekt wird gemäss einer vorteilhaften Ausführungsform
der erfindungsgemässen Vorrichtung dadurch vermieden, dass eine Gegendrucksteuerung
vorgesehen ist. Der Vorhubkolben und/oder der Arbeitskolben werden zumindest während
eines Teiles des Hubweges mit einem Gegendruck beaufschlagt, der in seiner Grösse
vorwählbar ist und bei dem Vorhubkolben den Aufpralleffekt eliminiert und bei dem
Arbeitskolben ein im wesentlichen druckloses Aufsetzen der Elektrode auf das Werkstück
ermöglicht.
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Da gemäss einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung als Druckmedium Druckluft Anwendung findet, ist bei der erfindungsgemässen
Vorrichtung zweckmässig ein Gegenluftkreis vorgesehen, der über einen Druckluftregler
mit Manometer auf einen vorgewählten Druckwert eingestellt werden kann und der somit
eine stufenlose Druckvorwahl von null bis zur maximalen Elektrodenkraft ermöglicht.
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Entsprechend dem geforderten Nachsetzverhalten, abhängig von der gestellten
Schweissaufgabe, können für die Zylinder-?colben-Einheit alle bekannten Dichtungselemente
Anwendung finden, ganz besonders ist tedoc6/mt Ro- membramen und Kugelrollenfahrllng
der Kolbenstange sowie mit Verdrehsicherung ausgerüstet.
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Anhand der in der anliegenden Zeichnung schematisch dargestellten
beispielsweisen Ausführungsform der erfindungsgemässen Vorrichtung wird nachfolgend
die Erfindung im einzelnen näher erläutern.
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In der Zeichnung ist schematisch eine Krafteinheit für die Elektrode
einer Widerstandsschweissmaschine dargestellt, die aus einem Zylinder 1 mit darin
angeordnetem Arbeitshubkolben 2 und schwimmend gelagertem Vorhubkolben 3 besteht.
Ein über die Spindel 4 einstellbarer Begrenzungsanschlag 5 begrenzt den Weg des
Vorhubkolbens 3. Nach Erreichen seiner Endlage schliessen sich die elektrischen
Kontakte 6, die zur Steuerung des Druckmediums, in diesem Falle Druckluft, herangezogen
werden.
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Die über die Leitung 7 von einer zentralen Anlage gelieferte Druckluft
gelangt über ein Druckluftfilter 8 mit Wasserabscheider 9 in die erfindungsgemässe
Vorrichtung und bildet über den Druckluftregler 10 mit Manometer 11 den Hauptluftkreis
und über den Druckluftregler 12 mit Manometer 13 den Gegenluftkreis.
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Die Steuerung des Hauptluftkreises und des Gegenluftkreises erfolgt
über die Magnetventile Y1, Y2, Y3, Y4 und Y5. Die tntlüftung erfolgt über den Filter-Schalldämpfer
14.
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Die Funktion der erfindungsgemässen Vorrichtung ist wie folgt: In
Ruhestellung ist das Magnetventil Y1 von Eingang P nach Ausgang B durchgeschaltet
und somit die Rückhubkammer des Arbeitshubkolbens 2 mit dem vorgewählten Druck des
Hauptluftkreises beaufschlagt.
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Beim Start der erfindungsgemässen Vorrichtung wird zunächst das Magnetventil
Y2 geschaltet und eine Verbindung von P nach A hergestellt. Dadurch wird die Vorhubkammer
des Vorhubkolbens 3 mit dem Druck des Hauptluftkreises beaufschlagt.
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Durch entsprechend differenzierte Auslegung der [olbenwirkflächen
wird der Arbeitshubkolben 2 durch den Vorhubkolben 3
zügig nach
unten gefahren und nach Erreichen des Vorhubanschlages 5 die Schliessbewegung beendet.
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GLeichzeitig wird mit Erreichen des Anschlages 5 der vorgesehen 6
ne Schaltkontakt/,der zweckmässig als induktiver Näherungsschalter ausgebildet ist,
geschlossen und über die zugehörige elektrische Schaltung über einen vorwählbaren
Zeitkreis die Magnetventile Y1, Y3, Y1 und Y5 umgeschaltet. Daraus resultiert folgende
Funktion: Über den Anschluss A beim Magnetventil Y1 wird die Vorhubkammer des Arbeitshubkolbens
2 mit dem am Druckluftregler 10 vorgewählten Arbeitsdruck beaufschlagt. Gleichzeitig
gibt das Magnetventil Y3 über die Schaltverzögerungsdrossel 15 die Beaufschlagung
der Druckkontaktüberwachung 16 frei.
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Parallel hierzu schaltet das Magnetventil Y1 von P nach A url(l das
Pneumatikventil Y5 ebenfalls von P nach A. Durch diese Umschaltung wird die Riickhubkamlnel
des Arbeitshubkolbens 2 mit dem über den Druckluftregler 12 vorgewählten Arbeitsdruck
des Gegenluftkreises beaufschlagt. Der Arbeitshubkolben 2 und in Verbindung damit
die Schweisselektrode setzen somit mit dem vorgewählten Differenzdruck auf dem Werkstflck
auf.
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Nach Ablauf des an der separat zugeordneten Steuerung vorgewählten
Schweissprogrammes werden alle Ventile Y1 bis Y5 umgeschaltet und somit iiber Y1
bei Durchgang von P nach B und bei Y5 von R nach A die Rückhubkammer des Arbeitshubkolbens
2 beaufschlagt. Die Vorhubkammer des Arbeitshubkolbens 2 wird ber das Magnetventil
Y1 silber den Durchgang A nach R entlfiftet.
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Ebenso wird die Vorhubkammer des Vorhubkolbens 3 über das Alagnetventil
Y2 bei Durchgang A nach R entlüftet. Die Abluft wird durch den zugeordneten Filter-Schalldämpfer
1.1 ins Freie geführt.
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Die Schweisselektrode kehrt dadurch in die obere Ruhe lage zurück.