DE3607203A1 - Automatische schweissanlage zur widerstandsschweissung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine automatische Schweißanlage zur Widerstandsschweißung nach dem Oberbegriff des Hauptanspruches, wie sie aus der DE-OS 27 17 453 als bekannt hervorgeht.

In der DE-OS 27 17 453 ist ein Schweißroboter zum Widerstands­ schweißen von Bauteilen, insbesondere von Fahrzeugbaugruppen, dargestellt, bei der die von einer Halbzange gehalterte Schweißelektrode in drei Verschiebungs- und zwei Drehrich­ tungen beweglich ist. Der Schweißstrom wird der Schweiß­ elektrode hierbei in zwei Etappen über Stromkabel zugeführt, wobei das den Schweißstrom vom extern angeordneten Schweiß­ transformator zum Schweißroboter übertragende Stromkabel nach allen drei Verschiebungsrichtungen im Schlepp mitbe­ wegt werden muß. Ebenso wird auch das vom Schweißroboter­ kopf zur Schweißelektrode führende Stromkabel bei Drehung der die Schweißelektrode halternden Halbzange um eine Achse mitbewegt.

Bei Stromstärken, die in der Höhe von etwa 15 000 Ampere liegen, weisen die zur Übertragung des Schweißstromes er­ forderlichen Stromkabel einen großen Querschnitt und da­ durch bedingt ein hohes Gewicht auf, was sich negativ auf die Beweglichkeit und die Bewegungsgeschwindigkeit des Schweißroboters auswirkt. Die Stromkabel sind aus einer Vielzahl einzelner Kupferlitzen aufgebaut und hierdurch flexibel. Zur Ermöglichung einer Beweglichkeit des Schweiß­ roboters werden sie in Girlanden aufgehängt, deren Längen dem jeweils maximalen Verfahrweg des Schweißroboters ange­ paßt sind. Beim Verfahren des Schweißroboters werden die Girlanden gedehnt oder zusammengeschoben und dadurch die Stromkabel ständig auf Biegung beansprucht, wobei die Biegebeanspruchung insbesondere an den Aufhängepunkten der Stromkabel aufgrund der Kabelgewichte besonders hoch sind. Durch trägheitsbedingtes Nachpendeln der Stromkabel bei Stopp der Roboter-Verfahrbewegung wird diese Biege­ beanspruchung in den Aufhängepunkten noch weiter verstärkt und kann mit der Zeit zum Bruch einzelner Kupferlitzen des Stromkabels führen. Aufgrund der dadurch sich ver­ ringernden Querschnittsfläche des Stromkabels erhöht sich sein elektrischer Widerstand im Bereich der Bruchstelle, was bei den vorhandenen Stromstärken unter Umständen zu einem Verschmoren und Unbrauchbarwerden der Stromkabel führen kann. Um dies auszuschließen, müssen die Strom­ kabel in regelmäßigen Abständen ausgetauscht werden, was zu wartungsbedingten Stillstandszeiten führt. Dies zusammen erhöht wiederum die Betriebskosten der Schweißanlage. Da­ rüber hinaus können Pendelbewegungen der Stromkabel auch unerwünschte Kräfte auf den in seine Schweißposition eingefahrenen Schweißroboter übertragen, welchem Umstand durch entsprechend stärkere Dimensionierung des gesam­ ten Schweißroboters Rechnung getragen werden muß. Dieses Erfordernis steht jedoch dem Bemühen entgegen, die ver­ fahrbaren Massen des Schweißroboters möglichst gering zu halten. Ferner ist bei Schweißstromkabeln unbedingt darauf zu achten, daß diese nicht in stromleitende Berüh­ rung mit den zu verschweißenden Werkstücken oder deren Halterung kommen, wodurch ebenfalls die Beweglichkeit des Roboters stark eingeschränkt ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Stromzufüh­ rung in einer automatischen Schweißanlage derart auszuführen, daß sich ihr elektrischer Widerstand während des Dauerbe­ triebes möglichst wenig ändert und daß sie unter Ermög­ lichung einer leichten Ausführung und großen Schnelligkeit des Schweißroboters dessen Beweglichkeit möglichst wenig behindert.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die kennzeichnenden Merkmale des Hauptanspruches gelöst. Durch die Ausgestaltung der lageveränderbaren Stromzuführung in Form einer entlang dem Verfahrweg des Schweißroboters angeordneten ortsfesten Stromschiene und/oder einer um die Drehachse des Schweiß­ roboters herum angeordneten ringförmigen Stromschiene, sowie einer den Strom von den jeweiligen Stromschienen abgreifenden bzw. zwischen ihnen übertragenden Kontaktierungszange am Schweißroboter kann auf die Verwendung von Stromkabeln verzichtet werden. Die mit diesen Stromkabeln verbundenen, zuvor geschilderten Nachteile werden hierdurch vermieden. Die Beweglichkeit des Schweißroboters ist durch Stromkabel nicht weiter eingeschränkt und der Schweißroboter selbst kann baulich leichter ausgeführt werden. Beide Faktoren zusammen bewirken auch eine höhere Schnelligkeit des Schweiß­ roboters. Elektrische Widerstandsänderungen aufgrund von Litzenbrüchen an stark biegebeanspruchten Stellen der Stromkabel treten ebenfalls nicht auf.

Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung können den Unter­ ansprüchen entnommen werden. Im übrigen wird nachfolgend die Erfindung anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispieles noch näher erläutert. Hierbei zeigen:

Fig. 1 die automatische Schweißanlage mit dem entlang mehrerer Arbeitsstationen verfahrbaren Schweiß­ roboter in der Vorderansicht,

Fig. 2 die Schweißanlage aus Fig. 1 in der Seitenan­ sicht, und

Fig. 3 die Kontaktierungszange in teilweise geschnittener Ansicht und vergrößerter Darstellung.

In der in Fig. 1 abgebildeten Schweißanlage ist der Schweiß­ roboter 1 in Führungsschienen 2 eines stationären Tragege­ stelles 3 aufgehängt und entlang mehrerer Arbeitsstationen 4 verfahrbar. Über eine Kabelschleppvorrichtung 5 werden dem Schweißroboter 1 die nötigen Versorgungsleitungen wie Primärstromkabel, Hydraulikölleitungen und gegebenenfalls Kühlmittelleitungen zugeführt. Im Bereich 6 ist der Schweiß­ roboter 1 um eine vertikale Achse drehbar ausgebildet. Der Schweißstrom wird von einem am drehbaren Teil des Schweiß­ roboters 1 befestigten Schweißtransformator 7 einpolig zur Schweißelektrode 8 geleitet. Mit seinem anderen Pol ist der Schweißtransformator 7 über die ringförmige, am dreh­ baren Teil des Schweißroboters 1 befestigte Stromschiene 9, die gestrichelt eingezeichneten Kontaktierungszangen 10, die entlang des Verfahrweges des Schweißroboters verlaufende, ortsfeste Stromschiene 11 und die gleichfalls ortsfesten, zum Boden gerichteten Stromschienen 12 mit den zu schweißenden Werkstücken 13 stromleitend verbunden. Der Schweißroboter 1 ist hierbei derart beweglich ausgebildet, daß seine Schweißelektrode 8 jeden beliebigen Punkt der Werkstücke 13 erreichen kann.

Fig. 2 zeigt gleichfalls den in den Führungsschienen 2 des Tragegestelles 3 aufgehängten Schweißroboter 1, den Bereich 6 des Drehkranzes des Schweißroboters 1, die ringförmige Stromschiene 9, die Kontaktierungszangen 10 (in Fig. 3 vergrößert dargestellt), die ortsfeste Stromschiene 11 und die zum Boden gerichteten und mit den Werkstücken 13 stromleitend verbundenen Stromschienen 12. Darüber hinaus ist in Fig. 2 die als stromleitendes Verbindungsglied zwischen den Stromschienen 9 und 11 dienende und von Kontaktierungszangen 10 betätigbare Stromfeder 14 darge­ stellt.

Dadurch, daß die ringförmige Stromschiene am drehbaren Teil des Schweißroboters angeordnet ist und mit ihm umläuft und daß die zugehörige Kontaktierungszange am nicht drehbaren Teil des Schweißroboters befestigt ist, bietet sich die Mög­ lichkeit zur baulichen Zusammenfassung der Kontaktierungs­ zangen.

Der Schweißtransformator 7 ist vorzugsweise ein Mittel­ frequenztransformator mit nachgeschaltetem Gleichrichter, wodurch zum einen der Schweißtransformator sehr leicht und zum anderen die induktiven Stromverluste gering ge­ halten werden können. Aus dem gleichen Grund der Verringe­ rung induktiver Stromverluste ist im Bereich jeder Arbeits­ station 4 eine zum Werkstück 13 führende Stromschiene 12 verlegt. Hierdurch kann die die Höhe der induktiven Strom­ verluste bestimmende Größe des durch das Fließen des Sekundärschweißstromes gebildeten Sekundärstromfensters reduziert werden. Dadurch, daß der Schweißtransformator am Schweißroboter selbst und nicht etwa stationär am Boden angeordnet ist, bleibt auch beim Verfahren inner­ halb der Schweißanlage die Größe des jeweiligen Sekundär­ stromfensters und damit die Höhe der induktiven Stromver­ luste annähernd gleich groß. Über eine entsprechend lange Ausgestaltung der Schweißanlage und der ortsfesten Strom­ schiene 9 ist es bei gleichbleibender Größe der Sekundär­ stromfenster möglich, mit einem Schweißroboter 1 beliebig viele Arbeitsstationen zu erreichen. Es ist aber auch möglich, daß mehrere Schweißroboter 1 innerhalb der Schweiß­ anlage verfahrbar sind, wobei günstigstenfalls ein Schweiß­ roboter 1 zwei Arbeitsstationen bedient. Wegen ihrer höhen Einsatzflexibilität wäre eine derartige Schweißanlage sinn­ voll quer zu mehreren parallel nebeneinander liegenden Fertigungsstraßen zu plazieren, wobei die jeweiligen Fertigungsstraßen in die einzelnen Arbeitsstationen der Schweißanlage einmünden würden.

Fig. 3 zeigt die in einer am nicht drehbaren Teil des Schweißroboters über die Halterung 15 befestigten und in der Führungsstange 16 in vertikaler Richtung schwimmend gelagerten Kontaktierungszangen 10, deren jeweils zwei Führungsbuchsen 17 über in eine Längsnut 18 der Führungs­ stange 16 eingreifende Schrauben 19 unverdrehbar auf der Führungsstange 16 gleiten. Jede Kontaktierungszange weist einen über die Anschlüsse 20 und 21 zweiseitig mit Hydraulik­ öl beaufschlagbaren Druckzylinder 22 auf, dessen Kolben 23 über die Kolbenstange 24 und das Drehgelenk 25 mit der Klemmbacke 26 verbunden ist. Der Kolben 23 ist mit einem Rückschlagventil 27 zum Austausch des im Druckzylinder 22 befindlichen Hydrauliköls versehen. Die Klemmbacke 26 ist über die Buchse 28 elektrisch gegen das Drehgelenk 25 und damit gegen die Kontaktierungszange 10 isoliert und wirkt mit der ringförmigen Stromschiene 9 des drehbaren Teiles des Schweißroboters 1 bzw. mit der ortsfesten Stromschiene 11 des Tragegestelles 3 zusammen. Auf der anderen, den Klemmbacken 26 abgewandten Seite der beiden Stromschienen 9 und 11 ist die Stromfeder 14 angeordnet und mit den Klemmbacken 29 der Kontaktierungszangen 10 verschraubt. Die Stromfeder 14 besteht hierbei aus einer Vielzahl übereinanderliegender dünner Kupferblättchen und ist da­ durch flexibel ausgebildet. Jede Klemmbacke 29 ist an der jeweiligen Kontaktierungszange 10 drehbar gelagert und über die Buchse 30 elektrisch gegen die Kontaktierungs­ zange 10 isoliert. Unterhalb der Kontaktierungszangen 10 und in geringen Abständen zu diesen weist die Führungs­ stange 16 Anschläge 31 und 32 auf, wobei der jeweilige Abstand der Anschläge zu den Kontaktierungszangen 10 über Justierschrauben 33 einstellbar ist.

Die Funktionsweise der Kontaktierungszangen 10 ist wie folgt:

Zum Verfahren des Schweißroboters 1 auf den Führungsschienen 2 und/oder zum Drehen des Schweißroboters 1 im Bereich 6 um eine vertikale Achse werden die Druckzylinder 22 über die Anschlüsse 21 mit Hydrauliköl beaufschlagt, wodurch der elektrische Kontakt zwischen der Stromfeder 14 und den Stromschienen 9 und 11 geöffnet wird. Die über die Justier­ schrauben 33 einstellbaren Anschläge 31 und 32 gewährleisten in Verbindung mit der schwimmenden und damit Toleranz­ schwankungen ausgleichenden Lagerung ein vollständiges und berührungsfreies Öffnen der Kontaktstellen. Nach Er­ reichen der jeweiligen Schweißposition werden die Druck­ zylinder 22 der Kontaktierungszangen 10 über die Anschlüsse 20 angesteuert, wobei der Kolben 23, die Kolbenstange 24, das Drehgelenk 25 und die Klemmbacke 26 sich nach unten und der die Stromfeder 14 halternde Teil der Kontaktierungs­ zange 10 sich nach oben bewegen. Hierdurch werden die Strom­ schienen 9 und 11 zwischen der Stromfeder 14 und den Klemm­ backen 26 eingeklemmt. In Analogie zum Öffnungsvorgang der Kontaktierungszangen 10 gewährleistet die schwimmende Lage­ rung auch ein sicheres Schließen der Kontaktstellen unter gleichzeitigem Ausgleich von Toleranzschwankungen. Durch die in die Längsnut 18 eingreifenden Schrauben 19 sind die Kontaktierungszangen 10 gegen Verdrehen gesichert.

Das in den Kolben 23 eingebaute Rückschlagventil 27 er­ laubt beim Öffnen der Kontaktierungszangen 10 ein ständiges Entweichen von Hydrauliköl in den über den Anschluß 20 druckbeaufschlagbaren Zylinderraum, so daß nach einer ge­ wissen Anzahl von Hüben ein vollständiger Austausch des im Druckzylinder 22 befindlichen Hydrauliköls erfolgt.

Die Kontaktierungszangen 10 können so angesteuert sein, daß entweder beide Kontaktierungszangen 10 gleichzeitig und gleichartig betätigt werden, oder daß jede Kontaktierungs­ zange 10 abhängig von der vom Schweißroboter 1 ausgeführten Bewegung einzeln betätigt wird. Beim Verfahren des Schweiß­ roboters 1 entlang der Führungsschiene 11 würde in letzterem Falle also die linke Kontaktierungszange 10 und bei Drehung des Schweißroboters 1 mitsamt seiner Stromschiene 9 nur die rechte Kontaktierungszange angesteuert werden. Da beide Kontaktierungszangen jeweils für sich schwimmend gelagert sind, ist diese voneinander unabhängige Ansteuerung möglich. Die Verwendung einer gemeinsamen Führung zur schwimmenden Lagerung vereinfacht hierbei die konstruktive Ausgestaltung. Darüber hinaus ist es vorteilhaft, beide Stromschienen 9 und 11 auf unterschiedlichenHöhenniveaus anzuordnen, da hierdurch zwei baulich völlig gleiche Kontaktierungszangen 10 versetzt zueinander auf einer gemeinsamen Führungsstange 16 angeordnet werden können. Hierbei erlaubt eine vertikale Anordnung der Führungsstange 16, daß die Kontaktflächen der Stromschienen 9 und 11 und der Stromfeder 16 plan ausgeführt werden können, was sich in der Praxis als vorteilhaft für die Ausgestaltung stromübertragender Flächen erwiesen hat.

Um eine möglichst sichere Anlage der Klemmbacken 26 und der von den Klemmbacken 29 gehalterten Stromfeder 14 an den Stromschienen 9 und 11 zu gewährleisten, und um die von den Druckzylindern 22 aufgebrachten Anpreßkräfte auf möglichst die gesamten zur Berührung mit den Strom­ schienen 9 und 11 vorgesehenen Flächen der Klemmbacken 26 und der Stromfeder 14 zu verteilen, sind die Klemm­ backen 26 und 29 drehbar an den Kontaktierungszangen 10 gelagert. Gleichzeitig sind die Kontaktierungszangen über die Isolierbuchsen 28 und 30 vor Stromdurchgang und dessen möglichen schädlichen Folgen geschützt. Es wäre auch mög­ lich, daß die Klemmbacken 26 und 29 pendelnd an den Kontaktierungszangen 10 gelagert sind, wodurch ein nach allen Richtungen hin sicheres Anliegen der Klemmbacken 26 und der Stromfeder 14 an den Stromschienen 9 und 11 erziel­ bar wäre.

Um den Stromübergang weiter zu verbessern, können die aus Kupfer bestehenden Stromschienen 9 und 11 und die Strom­ feder 14 an ihren Kontaktstellen versilbert oder vergoldet werden, wodurch sich die elektrische Leitfähigkeit in diesen Bereichen erhöht.

Claims (16)

1. Automatische Schweißanlage zur Widerstandsschweißung, mit wenigstens einem verfahrbaren und/oder drehbaren Schweißroboter sowie einer Schweißenergie übertragenden lageveränderbaren Stromzuführung, dadurch gekennzeichnet, daß entlang dem Verfahrweg des Schweißroboters (1) wenigstens eine ortsfeste Stromschiene (11) und/oder konzentrisch um die Drehachse des Schweißroboters (1) herum wenigstens eine ringförmige Stromschiene (9) vorgesehen sind, und daß der Schweißroboter (1) wenigstens eine mit der ortsfesten Stromschiene (11) und/oder mit der ringförmigen Strom­ schiene (9) zusammenarbeitende hilfskraftbetätigbare Kontaktierungszange (10) aufweist.

2. Schweißanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die ortsfeste Stromschiene (11) sich entlang mehrerer nebeneinanderliegender Arbeitsstationen (4) erstreckt.

3. Schweißanlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich jeder Arbeitsstation (4) eine stationäre Stromverbindung von der entlang den Arbeitsstationen (4) verlaufenden ortsfesten Stromschiene (11) zum Werkstück (13) verlegt ist.

4. Schweißanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Schweißtransformator (7) am verfahrbaren Schweiß­ roboter (1) vorzugsweise an dessen drehbarem Teil ange­ ordnet ist.

5. Schweißanlage nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die ringförmige Stromschiene (9) am drehbaren Teil des Schweißroboters (1) angeordnet ist und mit ihm umläuft und daß die zugehörige Kontaktierungszange (10) am nicht dreh­ baren Teil des Schweißroboters (1) befestigt ist.

6. Schweißanlage nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen der ortsfesten und der ring­ förmigen Stromschiene (9, 11) durch wenigstens eine von der Kontaktierungszange (10) an beide Stromschienen (9, 11) anpreßbare Stromfeder (14) überbrückbar ist.

7. Schweißanlage nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktierungszange (10) wenigstens eine mit fluidischer Energie beaufschlagbare Kolben-Zylinder-Ein­ heit aufweist, die über eine Klemmbacke (26) die Strom­ schienen (9, 11) und die Stromfeder (14) unter Abstützung an einer anderen Klemmbacke (29) der Kontaktierungszange (10) aneinander preßt.

8. Schweißanlage nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromfeder (14) mit ihren Enden fest mit jeweils einer Klemmbacke (29) der Kontaktierungszange (10) ver­ bunden ist.

9. Schweißanlage nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktierungszange (10) parallel zu ihrer Arbeits­ richtung schwimmend gelagert ist.

10. Schweißanlage nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktierungszange (10) in vertikaler Richtung schwimmend gelagert ist.

11. Schweißanlage nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Stromschiene (9, 11) und jedem Ende der Strom­ feder (14) eine Kontaktierungszange (10) zugeordnet ist.

12. Schweißanlage nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß jede der Kontaktierungszangen (10) jeweils für sich in einer gemeinsamen Führung schwimmend gelagert ist.

13. Schweißanlage nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß beim Vorliegen zweier Kontaktierungszangen (10) und zweier Stromschienen (9, 11) beide Stromschienen (9, 11) auf unterschiedlichen Höhenniveaus liegen.

14. Schweißanlage nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß beide Kontaktbacken (26, 29) jeder der Kontaktierungs­ zangen (10) pendelnd gelagert sind.

15. Schweißanlage nach einem der Ansprüche 9 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Beweglichkeit der schwimmend gelagerten Kontaktie­ rungszangen (10) durch verstellbare Anschläge (31, 32) einstellbar ist.

16. Schweißanlage nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Klemmbacken (26, 29) elektrisch gegen die Kontaktierungszangen (10) isoliert sind.