DE3626236C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Sicherheits-Abschalteinrichtung für einen Schweißroboter, dessen Anschlußflansch unmittel­ bar oder mittelbar eine Scherenschweißzange trägt, deren Arme zwischen Lagerflanschen eines Tragteils aufeinander­ treffen und an diesen mittels einer gemeinsamen Welle ge­ lagert sind, wobei zwischen den Zangenarmen und dem An­ schlußflansch des Schweißroboters eine kraftschlüssige Ver­ bindung vorgesehen ist, die beim Überschreiten einer be­ stimmten Belastung nachgibt und einen Impulsgeber zum Er­ zeugen eines Ausschaltsignals für die Bewegung des Roboters betätigt.

Derartige Sicherheits-Abschalteinrichtungen dienen der Ver­ meidung von Beschädigungen am Roboter, am Schweißwerkzeug oder am Werkstück, wenn der Roboter gegenüber dem Werkstück ungewollte Bewegungen ausführt, oder, wie es hauptsächlich vorkommt, die Schweißzange beim Einstellen der automati­ schen Bewegungsabläufe auf ein Hindernis trifft.

Eine aus der Praxis bekannte Sicherheits-Abschalteinrich­ tung ist als zweiteiliger Zwischenflansch ausgebildet, dessen scheibenförmige Teile gegen Verdrehung zueinander gesichert sind und durch ein Tellerfederpaket gegeneinander gepreßt werden. Das Tellerfederpaket ist konzentrisch zur Mittellängsachse der Teile angeordnet und gestattet bei Überlastung ein Kippen der scheibenförmigen Teile zueinan­ der, durch das ein in der Mittellängsachse angeordneter Impulsgeber betätigt wird.

Nachteilig ist bei dem bekannten Sicherheits-Abschalt­ flansch, daß das Tellerfederpaket sehr kräftig ausgebildet sein muß, um Fehlauslösungen durch gewöhnliche Beschleuni­ gungskräfte, wie sie vor allem bei zangenseitiger Anordnung des Schweiß­ transformators gegenüber dem Zwischenflansch in beträchtli­ cher Höhe auftreten können, zu vermeiden. Dies führt anderer­ seits zu einer unerwünscht hohen Steifigkeit der Kraftschluß­ verbindung, durch welche die gefürchteten Beschädigungen des Schweißwerkzeugs nicht ausreichend vermieden werden; (vgl. hierzu DE-OS 33 44 631, DE-OS 35 20 562 und DE-OS 34 18 720).

Aufgabe der Erfindung ist es, diesem Mangel abzuhelfen und eine Sicherheits-Abschalteinrichtung zu schaffen, die bei weitgehender Vermeidung von Fehlauslösungen dennoch eine hohe Ansprechempfindlichkeit aufweist.

Ausgehend von einer Sicherheits-Abschalteinrichtung der ein­ gangs genannten Art wird diese Aufgabe erfindungsgemäß da­ durch gelöst, daß die kraftschlüssige Verbindung zwischen der Welle und den Lagerflanschen des Tragteils vorgesehen ist.

Die erfindungsgemäße Verlagerung der Kraftschlußverbindung in den Bereich der Schwenkachse der Scherenarme führt zu ei­ ner beträchtlichen Verminderung der über diese Verbindung an den Roboter angeschlossenen beweglichen Massen und damit der Belastung dieser Verbindung unter gleichen Beschleunigungs­ bedingungen, so daß entsprechend auch die Größe des Kraft­ schlusses vermindert und die Ansprechempfindlichkeit der Einrichtung erhöht werden können. Die Gefahr von Beschädi­ gungen der Schweißelektrode beim ungewollten Anfahren gegen Hindernisse wird dadurch beträchtlich verkleinert.

Die Erfindung läßt sich besonders zweckmäßig dadurch ver­ wirklichen, daß die Welle zwischen an den Lagerflanschen angeordneten Zentrierkörpern zentriert ist, von denen der eine fest und der andere axial gegen einstellbare Feder­ kraft beweglich und dadurch auch quer zur Welle auslenkbar ist.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Sicherheits-Abschalteinrichtung ergeben sich aus den Unter­ ansprüchen 3 bis 6.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines in der Zeichnung dargestellten bevorzugten Ausführungsbeispieles näher er­ läutert. Es zeigt

Fig. 1 die Seitenansicht einer Scherenschweiß­ zange, die über einen Schweißtransforma­ tor am Auslegerarm eines im übrigen nicht gezeigten Schweißroboters befestigt ist, und

Fig. 2 in größerem Maßstab und teilweise weg­ gebrochen, einen Querschnitt nach Linie II-II in Fig. 1.

In Fig. 1 ist mit 10 das äußere Ende des Auslegearms eines im übrigen nicht dargestellten Schweißroboters bezeichnet, der mit einem Anschlußflansch 12 versehen ist. An dem Anschluß­ flansch 12 ist mittels (nicht gezeigter) Schrauben ein nur schematisch dargestellter Schweißtransformator 14 befestigt, der eine in ihrer Gesamtheit mit 16 bezeichnete Scheren­ schweißzange trägt.

Die Scherenschweißzange 16 besteht in bekannter Weise haupt­ sächlich aus zwei Zangenarmen 20, 22 aus massivem Rund­ kupfer, die an Grundkörpern in Form von Hebeln 24, 26 aus­ wechselbar befestigt sind und um eine gemeinsame Achse schwenkbar an einer als Tragteil dienenden Konsole 28 an­ gelenkt und über (nicht gezeigte) biegsame Lamellenbänder an den Schweißtransformator 14 angeschlossen sind. Der Hebel 24 ist doppelarmig und gegabelt ausgebildet und trägt an seinem gegabelten zweiten Arm bei 30 gelenkig das Ge­ häuse eines pneumatischen Kraftzylinders 32 zum Öffnen und Schließen der Schweißzange, dessen Kolbenstange 34 bei 36 gelenkig an den über die Befestigung des Zangenarms 22 verlängerten He­ bel 26 angeschlossen ist. Die äußeren Enden der Zangenarme 20, 22 sind gegeneinander abgebogen und tragen Schweißelektroden 38, 40, die beim Schließen der Zange gegen die beiden Seiten der zu schweißenden Bleche oder sonstigen Werkstücke in Anlage gebracht werden können.

Die Lagerung der Hebel 24, 26 an der mit zwei Lagerflanschen 42, 44 versehenen Konsole 28 geht im einzelnen aus Fig. 2 hervor und unterscheidet sich von herkömmlichen Lagerungen durch die Einbeziehung einer kraftschlüssigen Verbindung, die beim Überschreiten einer bestimmten mechanischen Belastung, wie sie vor allem beim ungewollten Auftreffen der Zangen­ arme 20, 22 auf ein Hindernis, insbesondere bei Einstell­ arbeiten, vorkommt, den Schweißroboter augenblicklich still­ setzt.

Zu diesem Zweck ist eine die Hebel 24, 26 in Gleitlagern 46, 48 lagernde Welle 50 vorgesehen, die kürzer als gewöhnlich ausgebildet ist und im wesentlichen an den Außenseiten der beiden Gabelschenkel 24 a, 24 b des Hebels 24 endet, die den Hebel 26 zwischen Axiallagern 52 aufnehmen. Das in Fig. 2 rechte Ende der Welle 50 ist mit einem verjüngten zylindrischen Ansatz 54 versehen, auf den ein scheibenförmiger Stützkör­ per 56 aufgeschoben ist. Die äußere Stirnfläche 58 des Stütz­ körpers 56 ist teilkugelig ausgebildet und stützt sich gegen eine entsprechende Hohlkugelfläche an einem Gegenring 60 ab, der von einer abgesetzten Bohrung 62 im Lagerflansch 42 der Konsole 28 aufgenommen ist. Zur Verbesserung der Gleiteigen­ schaft kann die Hohlkugelfläche an einem flachen ringförmigen Einsatz 64 aus besonders gleitfähigem Material wie bei­ spielsweise Polytetrafluoräthylen angeordnet sein, der in eine entsprechende Eindrehung des Gegenrings 60 eingesetzt ist. Ebenso kann aber auch der gesamte Gegenring 60 aus solchem Material bestehen.

Das andere Ende der Welle 50 trägt einen tellerförmigen Bund 66, der von einer Ausdrehung 68 im Gabelschenkel 24 a des Hebels 24 aufgenommen ist, und ist mit einer konischen Vertiefung 70 versehen, der eine gleichgroße konische Ver­ tiefung 72 an dem einen Stirnende eines Kolbens 74 gegenüber­ steht.

Die konischen Vertiefungen 70, 72 nehmen eine, vorzugsweise aus Stahl bestehende, Kugel 76 zwischen sich auf, die einen solchen Durchmesser besitzt, daß zwischen dem Bund 66 und dem Stirnende des Kolbens 74 ein Ringspalt 78 verbleibt.

Der Kolben 74 ist in einer Büchse 80 verschieblich gelagert, die mit einem Ende in eine Bohrung 82 des Lagerflansches 44 eingesetzt und darin durch einen Bund 84, der in eine Er­ weiterung der Bohrung 82 bündig eingreift, axial abgefangen ist. Das andere Ende der Büchse 80 trägt ein Gewinde 86, auf das eine Kappe 88 einstellbar aufgeschraubt ist. Der Kolben 74 weist eine zu seinem äußeren Stirnende hin offene Ausdrehung 90 auf, die eine Schraubendruckfeder 72 aufnimmt, welche sich unter einstellbarer Vorspannung gegen die Kappe 88 abstützt. Dadurch wird auf den Kolben 74 stän­ dig eine Axialkraft ausgeübt, die sich über die Kugel 76 und die Welle 50 fortsetzt und den Stützkörper 56 in stän­ diger Anlage gegen den Gegenring 60 hält.

Die Stirnwand der Kappe 86 ist mit einer zentralen Gewinde­ bohrung 92 versehen, in die ein elektrischer Impulsgeber 94, vorzugsweise in Gestalt eines induktiven Näherungsschalters, eingeschraubt und durch eine Kontermutter 96 in einem solchen Abstand zur Bodenfläche 98 der Ausdrehung 88 gesichert ist, daß in der gezeigten Normalstellung, in der die Kugel 76 und der Gegenring 60 die Welle 50 zu den Bohrungen in den Lagerflanschen 42, 44 zentrieren, keine Impulsgabe erfolgt. Ein Kabel 100 verbindet den Impulsgeber 94 mit der (nicht gezeigten) Steuerung des Schweißroboters.

Während des normalen Betriebs des Schweißroboters und der Schweißzange 16 behält die Welle 50 die in Fig. 2 gezeigte Zentrierstellung bei, in der die Hebel 24, 26 der Zangen­ arme 20, 22 relativ zueinander und zu der Konsole 28 ver­ schwenken können. Eine Axialbohrung 102 in der Welle 50, die an einem Ende durch die Kugel 76 und am anderen Ende durch ein Schmiernippel 104 abgeschlossen ist, versorgt dabei die Gleitlager 46, 48 über von der Axialbohrung 102 ausgehende Radialbohrungen 106 mit Schmiermittel wie ins­ besondere Schmierfett, das über das Schmiernippel 104 in die Axialbohrung 102 eingefüllt ist.

Trifft nun ein Zangenarm 20, 22 (oder auch beide Arme gemein­ sam) oder ein sonstiges Teil der Schweißzange gegen ein Hin­ dernis, wird dies, wie immer die Stoßrichtung auch verläuft, zu einem Kippmoment an der Welle 50 führen, durch welches die Kugel 76 und der Kolben 74 durch Kraftumlenkung in den konischen Vertiefungen 70, 72 mit Hilfe der Kugel axial nach auswärts gedrückt werden. Dadurch nähert sich die Boden­ fläche 98 der Ausdrehung 88 des Kolbens 74 dem elektrischen Impulsgeber 94 (Näherungsschalter) und veranlaßt diesen zur Abgabe eines elektrischen Impulses an die Steuerung des Schweißroboters, der hierdurch augenblicklich stillge­ setzt wird.

Um ein freies Kippen der Welle 50 mit den darauf gelagerten Hebeln 24, 26 zu gewährleisten, sind die Gabelschenkel 24 a, 24 b des Hebels 24 im Lagerbereich der Welle 50 an den Außen­ seiten bei 108 und 110 ballig ausgeführt. Ferner ist das Bundende der Büchse 80 bei 112 hohlkugelig ausgedreht und gestattet dadurch ein freies Gleiten bzw. Abrollen der Kugel 76 bei extrem großen Kippbewegungen der Welle 50, die insbesondere dann auftreten können, wenn das Auftreffen der Zangenarme 20, 22 auf das Hindernis mit extrem großer Bewegungsgeschwindigkeit des Schweißroboters erfolgt.

Die Erfindung ist nicht auf das gezeigte Ausführungsbeispiel beschränkt. So kann insbesondere die axial feste Zentrierung der Welle 50 am Lagerflansch 42 statt mit dem ringförmigen Stützkörper 56 und dem Gegenring 60 auch über eine Kugel ähn­ lich der Kugel 76 erfolgen, die in konischen Vertiefungen der Welle 50 einerseits sowie eines entsprechenden Gegen­ körpers im Lagerflansch 42 andererseits aufgenommen ist.

Wenn im einzelnen Anwendungsfall die Befürchtung besteht, daß die im vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel geschilderte nur einseitige axiale Nachgiebigkeit des einen Zentrierkörpers 76 dem Sicherheitsbedürfnis nicht aus­ reicht, können auch an beiden Enden der Welle 50 die­ selben Zentrieranordnungen mit Impulsgeber vorgesehen werden, wie in Fig. 2 auf der linken Seite gezeigt. Es besteht aber auch die Möglichkeit, trotz beidseitiger axialer Nachgiebigkeit und damit auch radialer Auslenk­ barkeit des betreffenden Wellenendes mit nur einem ein­ zigen Impulsgeber auszukommen. Um dies zu erreichen kön­ nen z. B. die Grundkörper 24, 26 der Scherenschweißzange axial fest auf einer Hohlwelle sitzen, die z. B. im Preß­ sitz in dem Grundkörper 24 sitzt. Diese Hohlwelle wiederum wird auf einer zentralen Steuerwelle radial geführt. Zwischen der Hohlwelle und der Steuerwelle können z. B. Tellerfedern eingespannt sein, welche die beiden Wellen im Normalzustand in einer bestimmten axialen Relativstellung halten, aber bei axialer Belastung eine gewisse Relativverschiebung gegen die Kraft der Tellerfedern zulassen. Die Steuer­ welle ist in diesem Fall an beiden Enden durch Zentrier­ körper mit konischen oder gerundeten Zentrierflächen axial und radial nachgiebig zentriert, so wie dies z. B. in Fig. 2 links gezeigt ist, wobei jedoch nur auf einer Seite ein Impulsgeber 94 installiert ist. Es bedarf bei dieser Konstruktion trotz beidseitiger radialer Auslenk­ möglichkeit der Welle nur eines einzigen Impulsgebers, weil die relativ zur Hohlwelle gegen Federkraft begrenzt axial verschiebliche Steuerwelle den bei Auslenkung an einem Ende dort zum Zentrierkörper ausgeübten erhöhten Druck auch auf den Zentrierkörper am anderen Ende weiterleitet, so daß ein z. B. dort angeordneter einziger Impulsgeber betätigt wird.

Es versteht sich, daß anstelle der vorstehend bei den ver­ schiedenen Ausführungsbeispielen erwähnten Federn auch an­ dere unter Belastung nachgiebige Mittel, z. B. hydraulischer oder pneumatischer Art, eingesetzt werden können.

Claims (8)

1. Sicherheits-Abschalteinrichtung für einen Schweißroboter, dessen Anschlußflansch unmittelbar oder mittelbar eine Scherenschweißzange trägt, deren Arme zwischen Lager­ flanschen eines Tragteils aufeinandertreffen und an diesen mittels einer gemeinsamen Welle gelagert sind, wobei zwischen den Zangenarmen und dem Anschlußflansch des Schweißroboters eine kraftschlüssige Verbindung vor­ gesehen ist, die beim Überschreiten einer bestimmten Belastung nachgibt und einen Impulsgeber zum Erzeugen eines Ausschaltsignals für die Bewegung des Roboters betätigt, dadurch gekennzeich­ net, daß die kraftschlüssige Verbindung zwischen der Welle (50) und den Lagerflanschen (42, 44) des Trag­ teils (28) vorgesehen ist.

2. Sicherheits-Abschalteinrichtung nach Anspruch 1, da­ durch gekennzeichnet, daß die Welle (50) zwischen an den Lagerflanschen (42, 44) an­ geordneten Zentrierkörpern (58, 76) zentriert ist, von denen der eine Zentrierkörper (58) fest und der andere axial gegen Federkraft beweglich und dadurch auch quer zur Welle (50) auslenkbar ist.

3. Sicherheits-Abschalteinrichtung nach Anspruch 2, da­ durch gekennzeichnet, daß wenigstens der axial bewegliche Zentrierkörper eine Kugel (76) ist, die zwischen einer konischen Vertiefung (70) am Stirn­ ende der Welle (50) und einer konischen Vertiefung (72) am Stirnende eines im Lagerflansch gegen Federkraft axial verschieblichen Druckgliedes (74) eingespannt ist, von welchem der Impulsgeber (94) betätigbar ist.

4. Sicherheits-Abschalteinrichtung nach Anspruch 3, da­ durch gekennzeichnet, daß der feste Zentrierkörper als an der Welle (50) axial abgestützter scheibenförmiger Stützkörper (56) ausgebildet ist, der sich mit einer teilkugeligen Stirnfläche (58) gegen eine entsprechende Hohlkugelfläche am Lagerflansch abstützt.

5. Sicherheits-Abschalteinrichtung nach Anspruch 4, da­ durch gekennzeichnet, daß der Stützkörper (56) den Durchmesser der Welle (50) über­ steigt.

6. Sicherheits-Abschalteinrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Hohlkugelfläche an einem in eine Bohrung (62) des Lager­ flansches (42) eingesetzten Gegenring (60) angeordnet ist, der aus einem besonders gleitfähigen Material für die Hohlkugelfläche besteht oder damit beschichtet ist.

7. Sicherheits-Abschalteinrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die den Lagerflanschen (42, 44) gegenüberstehenden Oberflächen (108, 110) der Scherenarme (24 a, 24 b) ballig ausgebildet sind.

8. Sicherheits-Abschalteinrichtung nach Anspruch 1, da­ durch gekennzeichnet, daß die gemeinsame Welle eine relativ zu den Armen (24, 20; 26, 22) axial fixierte Hohlwelle ist, welche auf einer zen­ tralen Steuerwelle radial geführt und durch unter axialer Belastung nachgiebige Verbindungsglieder axial gehalten ist, die Steuerwelle an beiden Enden durch Zentrierkörper mit konischen oder gerundeten Zentrierflächen unter Be­ lastung axial und radial nachgiebig zentriert ist, und der eine Zentrierkörper unmittelbar oder über Zwischen­ glieder mit einem Impulsgeber zusammenwirkt.