DE29906706U1 - Schweißvorrichtung, insbesondere robotergeführte Rollennaht-Schweißzange - Google Patents

Description

K0630/VIII

NIMAK - Automatisierte Schweißtechnik GmbH
Werkstraße, D-57537 Wissen (Sieg)

Schweißvorrichtung, insbesondere
robotergeführte Rollennaht-Schweißzange

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schweißvorrichtung, insbesondere eine robotergeführte Rollennaht-Schweißzange, mit einem Paar von gegenläufig drehbaren, scheibenförmigen Rollenelektroden und mit einem motorischen Drehantrieb für mindestens eine der Rollenelektroden.

Eine solche Schweißvorrichtung ist in der EP 0 705 657 Al beschrieben. Die bekannte Vorrichtung dient dazu, Kraftfahrzeugkarossen und -teile miteinander zu verschweißen. Sie weist als Antrieb für die Rollenelektroden einen Elektromotor auf, der über ein Getriebe mindestens auf eine Spindel wirkt, die eine scheibenförmige Rollenelektrode trägt. Der Motor kann des weiteren auch über das Getriebe bzw. über eine Reibradvorrichtung zwischen dieser Spindel und einer zweiten, ebenfalls eine Rollenelektrode tragenden Spindel, auf die zweite Rollenelektrode des Elektrodenpaares wirken. Die Rollenelektroden sind jeweils auf einer Seite der Spindeln angeordnet, während der Antrieb auf der anderen Spindelseite erfolgt. Die Rollenelektroden sind zangenartig in einem Kopf angeordnet, der von einem selbständig angetriebenen Roboterarm geführt wird. Die Kontaktfläche zu den zu verschweißenden Teile entsteht bei

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dieser bekannten Einrichtung nicht direkt durch die Schweißrollen, sondern durch einen in den Rollen geführten mitlaufenden Kupferdraht. Eventuell entstehende Ablagerungen setzen sich an diesem Draht ab und werden auf diese weise abgeführt. Der Draht kann nach seiner Verwendung zerkleinert und wiederaufbereitet werden.

Beim Schweißen mit Schweißvorrichtungen der eingangs genannten Art besteht, insbesondere dann, wenn die Schweißvorrichtung von einem Roboter - wie z.B. von einem sechsachsigen Knickarm-Roboter - geführt ist, eine dringende Notwendigkeit darin, die Verfahrgeschwindigkeiten des Roboters mit der Geschwindigkeit des Schweißrollensystems bzw. mit der Geschwindigkeit eines gegebenenfalls vorhandenen Antriebsrollensystems für das zu verschweißende Gut mit hoher Genauigkeit zu synchronisieren und diese Synchronisation konstant zu halten. Bei unterschiedlichen Geschwindigkeiten der beiden Systeme werden unkontrollierbare Kräfte auf ein beispielsweise aus mehreren Blechen bestehendes zu verschweißendes Werkstück ausgeübt, was zu weiteren technischen Problemen, wie Störungen im Fertigungsprozeß, führen kann. Um die gewünschte Synchronisation herbeizuführen, scheidet ein alleiniger Antrieb des Roboters ebenso aus, wie ein alleiniger Antrieb der Rollenelektroden, da in beiden Fällen ein unzulässiger und unterschiedlicher Schlupf von den Rollenelektroden zum Blech entstehen kann.

Aus der DE 196 37 759 Al ist eine Nahtschweißvorrichtung der eingangs genannten Art ohne Roboterführung und ein Verfahren zum Schutz von Schweißelektroden bekannt. Gemäß der genannten Patentanmeldung soll insbesondere das Problem, daß sich während des Rollennahtschweißens an den Rollenelektroden Schweißrückstände absetzen, einer Lösung

zugeführt werden. Dieses Problem tritt generell auf, jedoch insbesondere beim Schweißen von Streifen, die zuvor einer Oberflächenbehandlung, wie einem Plattieren, unterzogen wurden. Die Schweißrückstände beeinträchtigen sowohl die elektrische als auch die Wärmeleitfähigkeit der Schweißelektroden, was zu einer Verschlechterung der Qualität der Schweißarbeit führen kann. Die Schweißelektroden werden daher durch Aufbringen eines Elektrodenschutzmittels auf ihre Oberflächen vor oder während des Schweißvorgangs geschützt. Die bekannte Nahtschweißmaschine weist einen Schlitten auf, der in einer Richtung beweglich ist, die rechtwinklig zu der Richtung verläuft, in der die miteinander zu verschweißenden Streifen zugeführt werden. Weiterhin umfaßt die Vorrichtung ein Paar drehbarer, scheibenartiger Schweißelektroden, die zum Verschweißen der Streifen an dem Schlitten angeordnet sind. Die Elektroden dienen auch dazu, die Streifen an Oberflächenbereichen derselben gegeneinanderzudrücken, entlang derer die Streifen miteinander verschweißt werden sollen, während sich der Schlitten bewegt. Zum Aufbringen des Elektrodenschutzmittels auf die sich drehenden Oberflächen der Schweißelektroden sind Applikatorrolleneinrichtungen mit einer umfangsgemäßen Schaumstoffschicht vorgesehen, die mittels eines Linearantriebes an die Schweißelektroden gedrückt werden können, wobei das Elektrodenschutzmittel mittels Pumpen von Behältern zugeführt wird. Außerdem können am Schlitten analog an die Elektroden anstellbare Abnahmerolleneinrichtungen angeordnet sein, um verbliebenes Elektrodenschutzmittel zu entfernen. Die Applikatorrolleneinrichtungen und die Abnahmerolleneinrichtungen können einen selbständigen Drehantrieb aufweisen, der vom Drehantrieb der Rollenelektroden unabhängig ist.

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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schweißvorrichtung der eingangs genannten Art herzustellen, mit der das vorstehend beschriebene Problem der Synchronisation der Verfahrgeschwindigkeit der gesamten Schweißvorrichtung mit der Drehgeschwindigkeit des Schweißrollensystems mit hoher Funktionssicherheit einer Lösung zugeführt werden kann. Dabei soll trotz der beim Schweißen unvermeidlich ablaufenden Vorgänge, wie Elektrodenabbrand oder Bildung von Schweißrückständen auf der Elektrodenoberfläche, außerdem mit konstruktiv einfachen Mitteln ein langzeitlich stabiler Betrieb der Schweißvorrichtung gesichert werden.

Erfindungsgemäß wird dies durch eine Vorrichtung der eingangs beschriebenen Art erreicht, bei der der motorische Drehantrieb und die Rollenelektroden in und gegen die Drehrichtung federelastisch miteinander gekoppelt sind. Diese federnde Kopplung kann einerseits indirekt, z.B. durch ein zwischen den motorischen Drehantrieb und den Rollenelektroden geschaltetes Drehfederglied, wie einen elastisch tordierbaren Wellenbschnitt oder vorzugsweise direkt, z.B. dadurch, daß als motorischer Drehantrieb ein pneumatischer Antrieb eingesetzt wird, realisiert werden. Es erfolgt auf diese Weise hinsichtlich der Priorität der beiden beim Schweißvorgang ablaufenden Hauptbewegungen eine Unterordnung der Drehbewegung der Rollenelektroden unter die (beispielsweise an einem Roboter) fest eingestellte Verfahrbewegung der gesamten Schweißvorrichtung und es wird ein akkurater Gleichlauf der beiden Systeme erzielt.

Im zweiten Fall wird in konstruktiv vorteilhafter Weise das Spezifikum eines pneumatischen Antriebs ausgenutzt, daß durch den Einsatz eines kompressiblen Mediums als Antriebsmittel eine federnde (elastische) Wirkung entsteht, durch

die kurzzeitige Geschwindigkeitsschwankungen gepuffert werden können. Das federelastische Verhalten ist dem Antrieb vorteilhafterweise immanent, so daß keine zusätzlichen Federteile verwendet werden müssen. In bestimmten Kurvenbereichen von beim Schweißen zu fahrenden Linien vorübergehend auftretende Schwankungen der Relativgeschwindigkeiten werden dabei außerdem durch die Nachgiebigkeit (Energiedissipation im sich verdichtenden Medium) des pneumatischen Antriebs ausgeglichen (gedämpft).

Dabei ist es von Vorteil, wenn jede Rollenelektrode über einen separaten Drehantrieb antreibbar ist, so daß die Geschwindigkeiten jeder Rolle mit hoher Funktionssicherheit individuell synchronisiert werden können.

In bevorzugter Ausführung der Erfindung kann jeweils zur Kraftübertragung vom Drehantrieb auf die Rollenelektrode ein mit dem Antrieb verbundenes Reibrad am Umfang der Rollenelektrode angreifen. Auf diese Weise wird immer auch bei Abbrand der Schweißelektroden an ihrem Umfang eine gleichbleibende Umfangsgeschwindigkeit der Rollenelektroden aufrechterhalten. Die Drehzahl des Reibrades bleibt dabei konstant, während sich die Drehzahl der Rollenelektrode verändert, insbesondere mit kleiner werdendem Durchmesser der Rollenelektrode ansteigt.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungsmerkmale der Erfindung sind in den Unteransprüchen sowie der folgenden Beschreibung enthalten.

Anhand eines in der Zeichnung dargestellten, bevorzugten Ausführungsbeispiels soll im folgenden die Erfindung näher erläutert werden. Dabei zeigen:

Fig. I und 2

in der Vorder- und Seitenansicht eine erfindungsgemäße Schweißvorrichtung, insbesondere eine robotergeführte Schweißzange,

Fig. 3

in einer gegenüber den Fig. 2 vergrößerten Darstellung, die in Fig. 2 dargestellte untere Rollenelektrode und das daran angreifende Reibrad.

In den verschiedenen Figuren der Zeichnung sind gleiche Teile mit denselben Bezugszeichen versehen, so daß sie in der Regel auch jeweils nur einmal beschrieben werden.

Wie Fig. 1 und 2 in verschiedenen Ansichten zeigen, weist eine erfindungsgemäße Schweißvorrichtung, insbesondere eine von einem Roboterarm geführte, mittels eines Pneumatik-Zylinders 1 um den Drehpunkt X zu öffnende und zu schließende Schweißzange 2, ein Paar von gegenläufig drehbaren (Drehrichtung im Sinne der Pfeile Sl, S2) , scheibenförmigen Rollenelektroden 3a, 3b auf. Die Rollenelektroden 3a, 3b können vorzugsweise aus Kupfer bestehen und sind jeweils an gegeneinander verschwenkbaren Zangenarmen 4a, 4b befestigt, so daß die gesamte Schweißzange 2 mittels des Pneumatik-Zylinders 1 aus einer Grundstellung 2G (strichpunktiert gezeichnet) , in der die Rollenelektroden 3a, 3b einen Grundabstand zueinander einnehmen, in eine Arbeitsstellung 2A verfahren werden kann, in der die Rollenelektroden 3a, 3b nahezu aneinander anliegen.

In der Arbeitsstellung 2A befindet sich nur das zu verschweißende Gut, im dargestellten Fall zwei dünne Bleche 5a, 5b, zwischen den Rollenelektroden 3a, 3b. Die Elektro-

den werden beim Schweißen beispielsweise mit einem Druck von bis zu etwa 6500 N gegen das Schweißgut gepreßt. Die gesamte Schweißzange 2 wird in der Arbeitsstellung 2A dabei mittels eines Roboterarmes (nicht dargestellt) beispielsweise in der Verfahrrichtung Z bewegt, wobei Verfahrgeschwindigkeiten von bis zu etwa 3,7 m/min erreicht und in geeigneter Weise fest vorprogrammiert werden können. Unter dem Einfluß des durch die Rollenelektroden 3a, 3b in das Schweißgut eingebrachten elektrischen Stromes können dabei auch durch Kurvenbereiche verlaufende Dichtnähte hergestellt werden.

Die erfindungsgemäße Schweißvorrichtung weist, wie Fig. 2 zeigt, einen motorischen Drehantrieb für die Rollenelektroden 3a, 3b auf, der für jede Rollenelektrode 3a, 3b als separater pneumatischen Antrieb 6a, 6b ausgeführt ist. Als Antrieb 6a, 6b eignet sich insbesondere ein pneumatischer Antriebsmotor, der bauartbedingt kontinuierlich mit einstellbarer Drehgeschwindigkeit ein definiertes Drehmoment in eine oder zwei Drehrichtungen aufbringen kann. Wie bereits vorstehend ausgeführt, kann dadurch eine optimale Synchronisation der Drehgeschwindigkeit der Rollenelektroden (im Sinne der Pfeile Sl, S2) und der Verfahrgeschwindigkeit des Roboters mit der Schweißzange (im Sinne des Pfeiles Z) erfolgen. Ein unzulässiger und unterschiedlicher Schlupf von den Rollenelektroden 3a, 3b zu den Blechen 5a, 5b wird dabei dadurch wirkungsvoll ausgeschlossen, daß sich die pneumatischen Schweißrollenantriebe der Verfahrgeschwindigkeit des Roboters unterordnen.

Zur Kraftübertragung vom Drehantrieb 6a, 6b auf jede Rollenelektrode 3a, 3b ist jeweils ein mit dem Drehantrieb 6a, 6b verbundenes Reibrad 7a, 7b vorgesehen, das am Umfang

der Rollenelektrode 3a, 3b angreift. Das Reibrad 7a, 7b treibt jeweils mit etwa konstanter Eingangs-Drehzahl (Drehrichtung Rl, R2), wodurch langzeitlich über die Dauer des Schweißprozesses hinweg eine konstante Umfangsgeschwindigkeit der Rollenelektroden 3a, 3b erreicht wird. Die Rollenelektroden 3a, 3b können beispielsweise dabei zu Beginn des Schweißvorganges einen Durchmesser von etwa 135 mm aufweisen, der sich durch den Elektrodenabbrand bis auf etwa 110 mm verringern kann, ohne daß in den technologischen Prozeß korrigierend eingegriffen werden müßte.

Wie die vergrößerte Darstellung in Fig. 3 in anschaulicher Weise zeigt, kann in bevorzugter Weise das Reibrad 7b (in analoger Weise auch das Reibrad 7a) eine im wesentlichen V-förmige Umfangskontur 8 aufweisen, mit der es die Umfangskontur 9 der jeweiligen Rollenelektrode 3b (bzw. 3a) beidseitig umgreift. Die jeweilige Rollenelektrode 3b (bzw. 3a) kann in komplementärer Weise eine im wesentlichen umgekehrt V-förmige Umfangskontur 9 aufweisen, mit der sie in die Umfangskontur 8 des Reibrades 7b (bzw. 7a) eingreift. Durch die konische Ausbildung der Umfangskonturen 8, 9 erfolgt eine sichere Führung der Rollenelektroden 3a, 3b in den Reibrädern 7a, 7b und eine wirkungsvolle Kraftübertragung vom jeweiligen Drehantrieb 6a, 6b auf die Rollenelektroden 3a, 3b.

Zusätzlich ist es dabei von Vorteil, wenn das Reibrad 7a, 7b im Umfangsbereich, insbesondere an den Innenseiten der V-förmigen Umfangskontur 8, eine Rändelung 10 aufweist. Die einzelnen Rillen der Rändelung 10 bewirken durch ein seitliches Eindrücken in die jeweilge Rollenelektrode 3a, 3b ein Abbrechen und eine wirkungsvolle Entfernung der sich ansetzenden Schweißrückstände. Es sind daher weder Unter-

brechungen des Schweißprozesses nötig, um in bestimmten Wartungsintervallen, die Schweißrückstände von den Rollenelektrode 3a, 3b zu entfernen, noch muß eine konstruktiv aufwendige Applikation eines Elektrodenschutzmittels vorgesehen werden.

Darüber hinaus können mit Vorteil auch die Rollenelektroden 3a, 3b in ihrem Umfangsbereich, insbesondere an den Außenseiten der umgekehrt V-förmigen Umfangskontur 9, eine Rändelung 11 aufweisen. Dadurch wird ein formschlüssiger Eingriff der Rändelung 10 der Reibräder 7a, 7b in diese Rändelung 11 der Rollenelektroden 3a, 3b ermöglicht und so der zwischen Reibrädern 7a, 7b und Rollenelektroden 3a, 3b auftretende Schlupf minimiert bzw. der Wirkungsgrad der Kraftübertragung weiter verbessert. Das Material der Rollenelektroden 3a, 3b ist in der Regel Kupfer, während die Reibräder 7a, 7b aus einem härteren Material gefertigt sind, so daß es auch möglich ist, daß die Rollenelektroden 3a, 3b zunächst ohne Rändelung 11 eingesetzt werden und letztere erst während des Betriebs der erfindungsgemäßen Schweißvorrichtung durch eine Einprägung der Kontur der Rändelung 10 der Reibräder 7a, 7b in die Rollenelektroden 3a, 3b entsteht.

Die Erfindung ist nicht auf das dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt, sondern umfaßt auch alle im Sinne der Erfindung gleichwirkenden Ausführungen. Beispielsweise können anstelle der Verwendung eines pneumatischen Antriebs geeignete Federglieder zwischen einen herkömmlichen elektromotorischen Antrieb und die Rollenelektroden geschaltet bzw. montiert werden. Weiterhin sind im Rahmen der erfindung vielfältige Modifikationen möglich. So kann die Form der Umfangskonturen 6, 8 der Reibräder 7a, 7b und der

Rollenelektroden 3a, 3b auch von der zeichnerisch dargestellten abweichen und bedarfsweise ballig bzw. konkav ausgeführt werden. Außerdem versteht es sich, daß zur Aufrechterhaltung eines ausreichenden Anpreßdruckes der Reibräder 7a, 7b an die Rollenelektroden 3a, 3b beispielsweise geeignete federnde oder pneumatische Nachstellvorrichtungen für die Reibräder 7a, 7b vorzusehen sind, die den Achsabstand (in Fig. 3 mit A bezeichnet) der Reibräder 7a, 7b und der Rollenelektroden 3a, 3b bei abnehmendem Durchmssser der Rollenelektroden 3a, 3b verringern.

Ferner ist die Erfindung nicht auf die im Anspruch 1 definierte Merkmalskombination beschränkt, sondern kann auch durch jede beliebige andere Kombination von bestimmten Merkmalen aller insgesamt offenbarten Einzelmerkmale definiert sein. Dies bedeutet, daß grundsätzlich praktisch jedes Einzelmerkmal des Anspruchs 1 weggelassen bzw. durch mindestens ein an anderer Stelle der Anmeldung offenbartes Einzelmerkmal ersetzt werden kann. Insofern ist der Anspruch 1 lediglich als ein erster Formulierungsversuch für eine Erfindung zu verstehen.

Claims (9)

K0630/VIII NIMAK - Automatisierte Schweißtechnik GmbH Werkstraße, D-57537 Wissen (Sieg) Ansprüche

1. Schweißvorrichtung, insbesondere robotergeführte Rollennaht-Schweißzange (2) , mit einem Paar von gegenläufig drehbaren, scheibenförmigen Rollenelektroden (3a, 3b) und mit einem motorischen Drehantrieb (6a, 6b) für mindestens eine der Rollenelektroden (3a, 3b) ,

dadurch gekennzeichnet, daß der motorische Drehantrieb (6a, 6b) und die Rollenelektroden (3a, 3b) in und gegen die Drehrichtung (Sl, S2) der Elektroden federelastisch miteinander gekoppelt sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß zur Herstellung der federelastischen Kopplung der motorische Drehantrieb (6a, 6b) ein pneumatischer Antrieb ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem motorischen Drehantrieb (6a, 6b) und den Rollenelektroden (3a, 3b) ein Drehfederglied, bespielsweise ein elastisch tordierbarer Wellenabschnitt, angeordnet ist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, daß jede Rollenelektrode (3a, 3b) über einen separaten Antrieb (6a, 6b) antreibbar ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, daß jeweils zur Kraftübertragung vom Drehantrieb (6a, 6b) auf die Rollenelektrode (3a, 3b) ein mit dem Drehantrieb (6a, 6b) verbundenes Reibrad (7a, 7b) am Umfang der Rollenelektrode (3a, 3b) angreift.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5,

dadurch gekennzeichnet, daß das Reibrad (7a, 7b) eine im wesentlichen V-förmige Umfangskontur (8) aufweist, mit der es die Umfangskontur (9) der Rollenelektrode (3a, 3b) beidseitig umgreift.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6,
dadurch gekennzeichnet, daß die Rollenelektrode (3a, 3b) jeweils eine im wesentlichen umgekehrt V-förmige Umfangskontur (9) aufweist, mit der sie in die Umf angskontur (8) des Reibrades (7a, 7b) eingreift.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7,
dadurch gekennzeichnet, daß das Reibrad (7a, 7b) im Umfangsbereich, insbesondere an den Innenseiten der V-förmigen Umfangskontur (8) , eine Rändelung (10) aufweist.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8,

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dadurch gekennzeichnet, daß die Rollenelektrode (3a, 3b) im Umfangsbereich, insbesondere an den Außenseiten der umgekehrt V-förmigen Umfangskontur (9), eine, insbesondere durch Einprägung der Kontur der Rändelung (10) der Reibräder (7a, 7b) in die Rollenelektroden (3a, 3b) erzeugte, Rändelung (11) aufweist.