DE3929668C2 - Lichtbogen-Bolzenanschweißvorrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Lichtbogen-Bolzenanschweiß­ vorrichtung mit einem Gerätekörper, an dem ein an eine Schweißstromquelle anschließbarer Bolzenhalter aus einer Ruhelage, in welcher der vom Bolzenhalter gehaltene Bolzen Abstand von dem mit dem Bolzen zu verschweißenden Werkstück aufweist, in eine gesteuerte Arbeitslage, an das Werkstück anlegbar, verstellbar gehaltert ist, wobei zur Verstellung des Bolzenhalters zum Werkstück hin und von diesem weg ein erstes Stell­ organ und zum Abheben des an das Werkstück angelegten Bolzenhalters um ein zum Ablauf des Hubzündungs­ schweißen notwendiges Maß ein zweites motorisches Stellorgan angeordnet ist, welches zum Zurückziehen des Bolzenhalters mit diesem kuppelbar ist.

Zum Stand der Technik wird auf die DE-30 32 829 C2 verwiesen. Aus dieser ist ein Lichtbogen-Bolzen­ anschweißgerät bekannt, welches gattungsähnlichen Aufbau hat. Bei diesem bekannten Lichtbogen-Bolzen­ anschweißgerät ist die Bolzenhalterung mit einem im Gerätegehäuse axial begrenzt verstellbaren Stößel verbunden, auf den ein Linearantrieb wirksam ist, der zum Zwecke des Abhebens des in der Halterung befindlichen Bolzens vom Werkstück mit der Bolzen­ halterung unmittelbar oder mittelbar kuppelbar ist. Bei Entkupplung des Stellantriebes wird die Bolzen­ halterung freigegeben und durch die Kraft eines durch den Stellantrieb vorgespannten Federelementes zum Werkstück hin verschoben, so daß der Bolzen wieder an das Werkstück angelegt ist.

Bei dieser bekannten Ausführungsform, bei der der Stellantrieb durch einen Elektromagneten mit ein­ seitig wirkender Kugelsperre gebildet ist, ist es zur exakten Anpassung des Abstandes des Bolzens, der von der Bolzenhalterung gehalten wird, an das Werkstück erforderlich, daß am vorderen Geräteende ein Abstandhalter angeordnet ist, der exakt auf die Bolzenlänge bzw. den Werkstückabstand ein­ gestellt wird. Je nach Einstellung dieses Abstand­ halters ist es erforderlich, die Schweißvorrichtung neu zu justieren, da sich die Kräfteverhältnisse bezüglich der den Bolzen gegen das Werkstück an­ drückenden Rückstellfeder ständig ändern.

Es sind auch Bolzenanschweißgeräte bekannt, die keinen Abstandhalter aufweisen, sondern fest auf einen bestimmten Abstand von Werkstück und Bolzen einstellbar sind. Dabei ist es aber erforderlich, daß bei größeren Dickentoleranzen, beispiels­ weise von mehreren Millimetern, jeweils ein erneutes Justieren erfolgt, da die Federkenn­ linie der Rückstellfeder unmittelbaren Einfluß auf die Rückstellkraft hat, die sich folglich bei Abmessungsänderungen ebenfalls ändert.

Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Lichtbogen- Bolzenanschweißvorrichtung gattungsgemäßer Art zu schaffen, die auch bei größeren Dickentoleranzen des Werkstückes und/oder Abmessungstoleranzen des zu verschweißenden Bolzens ohne zusätzliche Justage voll funktionstüchtig ist.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird vorgeschlagen, daß das erste Stellorgan ein pneumatischer Arbeits­ zylinder ist.

Bevorzugt ist dabei vorgesehen, daß der Arbeits­ zylinder und das zweite motorische Stellorgan achsparallel zueinander und zum Bolzenhalter angeordnet sind, wobei der Bolzenhalter an seinem rückwärtigen, geräteseitig geführten End­ teil ein Kupplungsstück aufweist, welches mit der Kolbenstange des Arbeitszylinders und einer das zweite motorische Stellorgan durchgreifenden Schubstange verbunden ist.

Desweiteren ist bevorzugt, daß das zweite motorische Stellorgan ein ringförmiger von der Schubstange durchgriffener Elektromagnet mit rohrförmigem Anker und vom Anker betätigter Kugel­ sperre ist, wobei der Anker bei Erregung des Elektromagneten gegen die Kraft einer Rückstell­ feder in Abhubrichtung der Bolzenhalterung bewegbar ist und die Schubstange während der Abhubbewegung und in der Abhubstellung mittels der Kugelsperre an den Anker zwangsgekoppelt ist.

Durch die Anordnung des Pneumatikzylinders anstelle der im Stand der Technik bekannten Federelemente wird erreicht, daß das Andrücken, Abheben und Zurückführen des Bolzens beim Hubzündungsschweißen ohne zusätzliche Justage erfolgen kann, da die Kraft des Arbeitszylinders in jeder Stellung gleich ist. Es wird nämlich mit konstantem Luftdruck ge­ arbeitet, so daß Änderungen der Kraftverhältnisse auszuschließen sind.

Die beispielsweise als Automatikschweißkopf einer stationären Schweißstation ausgebildete Bolzen­ anschweißvorrichtung ist selbständig in der Lage, größere Dickentoleranzen von mehreren Millimetern auszugleichen. Unabhängig von den Toleranzen des Werkstückes und/oder des zu verschweißenden Bolzens wird jeweils mit konstanter Anpreßkraft gearbeitet. Selbstverständlich ist es dabei erforderlich, daß das zweite motorische Stell­ organ, welches zum Rückziehen des Bolzens aus der angedrückten Lage in die Rückzündungs­ stellung dient, eine größere Kraft aufzubringen vermag, als diejenige, die durch den Pneumatik­ zylinder erzeugt ist.

Ein streng schematisiertes Ausführungsbeispiel ist in der Zeichnung dargestellt und im folgende näher beschrieben.

Es zeigt:

Fig. 1-3 Das Funktionsprinzip einer erfindungs­ gemäße Lichtbogen-Bolzenanschweiß­ vorrichtung. Die Lichtbogen-Bolzenanschweißvorrichtung weist einen Gerätekörper 1 auf, der bei 1 angedeutet ist. An dem Gerätekörper 1 ist ein an eine Schweißstromquelle anschließbarer Bolzenhalter 2 in Längsrichtung ver­ schiebbar gehaltert, und zwar im Ausführungsbeispiel mittelbar über einen im Gerätekörper 1 geführten Stößel 3. Der Bolzenhalter 2 ist somit aus einer Ruhelage, wie sie in Fig. 1 gezeigt ist, in welcher der vom Bolzenhalter 2 gehaltene Bolzen 4 Abstand von dem mit dem Bolzen 4 zu verschweißenden Werkstück 5 aufweist, in eine gesteuerte Arbeitslage gemäß Fig. 2 verstellbar, in welcher der Bolzen 4 an das Werkstück 5 angelegt ist. Die beim Hubzündungsverfahren ablaufende Rückholbewegung ist in Fig. 3 gezeigt. Zur Verstellung des Bolzenhalters 2 samt Stößel 3 aus der Grundstellung gemäß Fig. 1 in die Arbeitsstellung gemäß Fig. 2 ist ein erstes Stellorgan 6 vorgesehen. Zum Abheben des an das Werkstück 5 angelegten Bolzens 4 aus der Arbeitsstellung gemäß Fig. 2 in die Abhub­ stellung gemäß Fig. 3 (zum Ablauf des Hubzündungs­ schweißens) ist ein zweites motorisches Stellorgan 7 angeordnet. Dieses ist zum Zurückziehen des Bolzen­ halters 2 aus der Lage gemäß Fig. 2 in die Lage gemäß Fig. 3 mit dem Bolzenhalter 2 mittelbar kuppelbar. Erfindungsgemäß ist das erste Stell­ organ 6 ein pneumatischer Arbeitszylinder mit einem Arbeitskolben 8 und einer Kolbenstange 9. Der Arbeitszylinder und das zweite motorische Stellorgan 7 sind achsparallel zueinander und zum Bolzenhalter 2 angeordnet, wobei der Bolzenhalter an seinem rückwärtigen geräteseitig geführten Endteil (Stößel 3) ein Kupplungsstück 10 aufweist, welches einerseits mit dem freien Ende der Kolben­ stange 9 des Arbeitszylinders 6 und andererseits mit einer das zweite motorische Stellorgan 7 durchgreifenden Schubstange 11 verbunden ist. Das zweite motorische Stellorgan 7 ist in an sich bekannter Weise durch einen ringförmigen, von der Schubstange 11 durchgriffenen Elektromagneten 12 gebildet, der einen rohrförmigen Anker 13 in einer zylindrischen Höhlung koaxial zur Schubstange 11 verschiebbar haltert. In der Ruhelage gemäß Fig. 1 stützt sich der Anker 13 auf einer gestellfesten Platte 14 ab, die eine Durchgriffslochung für die Schubstange 11 aufweist. Zusätzlich weist diese Platte einen zylindrischen Kragen auf, der in einen Hohlraum des Ankers 13 hineinragt und auf dem die Kugeln einer Kugelsperre liegen, die mittels der Kraft einer von der Schubstange durchgriffenen Schraubenfeder auf Anlage an den Kragen gehalten werden. Der Hohlraum des Ankers 13 ist an seinem in der Zeichnung unten befind­ lichen Mündungsende konisch verjüngt, so daß bei einem Anheben des Ankers 13 durch Erregung des Elektromagneten 12 die Kugeln mittels der konischen Verjüngung gegen die Schubstange 11 gepreßt werden, so daß eine Zwangskupplung erfolgt. Die Schubstange 11 folgt also zwangsweise der Hubbewegung des Ankers 13, ebenso wie die mit der Schubstange 11 gekoppelten Teile 10, 3, 2, 4, 9 und 8. Der Anker 13 ist zusätzlich durch eine Feder 15 vorgespannt gehalten, die sich geräteseitig abstützt. Diese Feder wird beim Anheben des Ankers 13 zunehmend vorgespannt, so daß sie bei Entregung des Elektromagneten die Rückstell­ bewegung des Ankers 13 in die in Fig. 1 dar­ gestellte Ruhelage unterstützt.

Die Arbeitsweise der Vorrichtung ist wie folgt:

In der Grundstellung, wie sie in Fig. 1 gezeigt ist, ist der Magnet entregt, so daß die gesamte Baueinheit gebildet durch Schubstange 11, Stößel 3, Kupplungsstück 10 und Kolbenstange 9 axial (in der Zeichnung in lotrechter Richtung) frei beweglich ist. Wird der Elektromagnet 12 erregt, so wird der Anker 13 in der Zeichnung nach oben bewegt, in eine Stellung, wie sie in Fig. 3 gezeigt ist. Dabei wird die Kugelsperre mit­ genommen und eine Zwangskupplung der Schubstange 11 an den Anker 13 erreicht. Der Anker bewegt sich bis an einen im inneren des Elektromagneten 12 gebildeten Anschlag. Bei dieser Bewegung wird die Schubstange 11 mitgenommen und sämtliche mit dieser gekoppelten Teile. Die gesamte Baueinheit bewegt sich also, da die Kraft des Elektromagneten 12 stärker ist als die durch den Luftdruck im Pneumatik­ zylinder 6 erzeugte Kraft auf den Kolben des Arbeits­ zylinders, entsprechend nach oben. Bei Entregung des Elektromagneten 12 wird die Schubstange 11 von dem Anker 13 entkoppelt, in dem der Anker in die Grundstellung zurückgeführt wird (mittels der Feder 15), so daß dann die ganze Einheit unter der Kraft die durch den Luftdruck auf den Kolben 8 des Pneumatikzylinders 6 einwirkt, in die Stellung gemäß Fig. 2 zurückgeführt wird. Der Abhub, wie er in Fig. 3 dargestellt ist, beträgt üblicherweise 1 bis 2 mm. Die Abhubbewegung ist in jeder Stellung des Kolbens 8 des Arbeitszylinders 6 zu erreichen. Die Stellkraft des Kolbens 8 ist in jeder Stellung gleich, da der Luftdruck des Pneumatikzylinders konstant gehalten ist. Durch diese Eigenschaft ist die Schweißvorrichtung in der Lage, selbst größere Dickentoleranzen von mehreren Millimetern, insbesondere bezüglich des Werkstückes, ohne zusätzliche Justage auszugleichen.

Bei nicht erregtem Elektromagneten 12 ist die Schweiß­ vorrichtung ohne Umrüsten auch zum CD-Schweißen (Kondensatorentladungsschweißen mit Spitzenzündung) zu verwenden. Bei Einsatz des Elektromagneten 12 kann ohne Umrüsten nach dem Zündungs- bzw. Short-Cycle- Verfahren geschweißt werden.

Durch die erfindungsgemäße Kombination wird erreicht, daß bisher zu berücksichtigende Einflußgrößen durch Federkennlinien und dergleichen ersatzlos entfallen. Der Bewegungsablauf beim Schweißen ist aus den Zeichnungsfiguren ersichtlich. In der Grundstellung gemäß Fig. 1 befindet sich ein Bolzen 4 im Bolzen­ halter 2. Durch Druckbeaufschlagung des Arbeits­ zylinders 6 wird der Kolben 8 gemäß Zeichnungs­ figur 2 nach unten bewegt und die gesamte damit verbundene Einheit ebenso nach unten bewegt, so daß der Bolzen 4 an das Werkstück 5 angelegt ist. In dieser Stellung wird nun der Elektromagnet 12 erregt, so daß der Anker 13 angezogen wird, die Schubstange 11 zwangsgekoppelt wird und beide Teile sich mit den daran befindlichen Teilen in der Zeichnung nach oben bewegen. Der Abhubweg beträgt etwa 1 bis 2 mm. Der Abhub erfolgt gegen die Kraft des Arbeits­ zylinders 6. Gleichzeitig wird der Lichtbogen zum Schweißen gezündet (diese Arbeitsstellung ist in Fig. 3 gezeigt). Nach Ablauf der vorher ein­ stellbaren Zeit wird der Elektromagnet 12 entregt, die Zwangskupplung zwischen Anker 13 und Schubstange 11 gelöst und die gesamte Einheit unter der Wirkung des Arbeitszylinders 6 zurück an die Werkstückoberfläche angedrückt. Der Bolzen 4 taucht dann in das durch den Lichtbogen erzeugte Schmelzbad ein und der Schweißvorgang wird zu Ende geführt. Anschließend wird der Bolzenhalter 2 vom Bolzen 4 abgezogen und die Vorrichtung in die Grundstellung gemäß Fig. 1 überführt. In dieser Stellung wird ein neuer Bolzen eingesetzt oder automatisch zugeführt und der Arbeitsablauf erfolgt erneut.

Claims (3)

1. Lichtbogen-Bolzenanschweißvorrichtung mit einem Gerätekörper (1), an dem ein an eine Schweißstrom­ quelle anschließbarer Bolzenhalter (2) aus einer Ruhelage, in welcher der vom Bolzenhalter (2) gehaltene Bolzen (4) Abstand von dem mit dem Bolzen (4) zu verschweißenden Werkstück (5) aufweist, in eine gesteuerte Arbeitslage, an das Werkstück (5) anlegbar, verstellbar gehaltert ist, wobei zur Verstellung des Bolzenhalters (2) zum Werkstück (5) hin und von diesem weg ein erstes Stellorgan (6) und zum Abheben des an das Werkstück (5) angelegten Bolzenhalters (2) um ein zum Ablauf des Hubzündungs­ schweißens notwendiges Maß ein zweites motorisches Stellorgan (7) angeordnet ist, und wobei das zweite motorische Stellorgan (7) zum Zurückziehen mit dem Bolzenhalter (2) kuppelbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Stellorgan (6) ein pneumatischer Arbeitszylinder (6) ist.

2. Bolzenanschweißvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Arbeits­ zylinder (6) und das zweite motorische Stellorgan (7) achsparallel zueinander und zum Bolzenhalter (2) angeordnet sind, wobei der Bolzenhalter (2) an seinem rückwärtigen, geräteseitig geführten Endteil (z. B. 3) ein Kupplungsstück (10) auf­ weist, und wobei das Kupplungsstück (10) mit der Kolbenstange (9) des Arbeitszylinders (6) und einer das zweite motorische Stellorgan (7) durchgreifenden Schubstange (11) verbunden ist.

3. Bolzenanschweißvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite motorische Stellorgan (7) ein ringförmiger von der Schubstange (11) durchgriffener Elektromagnet (12) mit rohr­ förmigem Anker (13) und vom Anker (13) betätigter Kugelsperre ist, wobei der Anker (13) bei Erregung des Elektromagneten (12) gegen die Kraft einer Rückstellfeder (15) in Abhubrichtung der Bolzen­ halterung (2) bewegbar ist und die Schubstange (11) während der Abhubbewegung und in der Abhubstellung mittels der Kugelsperre an den Anker (13) zwangs­ gekoppelt ist.