DE4302457A1 - Punktschweißzange und Betätigungselement für eine solche Zange - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Punktschweißzange sowie auf eine Betätigungseinrichtung für eine solche Zange gemäß Oberbegriff Patentanspruch 1 bzw. 20.

Derartige Punktschweißzangen werden z. B. in der Industrie und hier vorzugsweise in der Fahrzeugindustrie, im Karosseriebau oder dergl. eingesetzt, und zwar insbesondere auch als Roboter-Schweißzangen. Durch eine Betätigungseinrichtung, die als Stellglied einen Pneumatik-Zylinder oder einen Hydrau­ lik-Zylinder (auch Wasser-Hydraulik) oder vereinzelt auch ein lineares, einen Motor aufweisendes Stellglied besitzt, sind die Elektroden aufeinander zu sowie voneinander weg bewegbar, und zwar zwischen einer Ausgangsposition, in der die Elektro­ den einen größeren Abstand voneinander aufweisen, und einer Schweißposition, in der die Elektroden gegen das in der Regel von Blechen gebildete Schweißgut angepreßt anliegen, und zwar mit einer Kraft, die auch als "Elektrodenkraft" bezeichnet wird.

Die Elektroden werden dabei jeweils von einem Ende sogenann­ ter, relativ zueinander bewegbarer bzw. schwenkbarer Pinolen bzw. von an diesen Enden vorgesehenen Polkappen gebildet. Auf die Pinolen wirkt die Betätigungseinrichtung ein.

Ein Schweißpunkt mit der erforderlichen Qualität läßt sich nur dann erreichen, wenn die notwendigen Schweiß-Parameter eingehalten werden, und zwar hierbei inbesondere auch eine vom Schweiß-Strom und dem Material abhängige Elektrodenkraft, mit der die Elektroden beim Schweißen gegen das zwischen diesen Elektroden angeordnete Schweißgut (Bleche) angepreßt werden.

Bei den bisher bekannten Punktschweißzangen ist es weder möglich, die tatsächliche Elektrodenkraft während des Schweißvorganges zu erfassen, noch ist es möglich, diese Elektrodenkraft während des Schweißvorganges zu steuern bzw. zu regeln.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Punktschweißzange sowie eine Betätigungseinrichtung für eine solche Punktschweißzange aufzuzeigen, die auch während des Schweißvorganges eine schnelle Steuerung oder Regelung der Elektrodenkraft ermög­ licht.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird eine Punktschweißzange entsprechend dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 und eine Betätigungseinrichtung entsprechend dem kennzeich­ nenden Teil des Patentanspruches 20 ausgebildet.

Die Besonderheit der Erfindung besteht darin, daß die Betätigungseinrichtung für die Punktschweißzange wenigstens zwei Stellglieder aufweist, von denen das erste Stellglied, welches beispielsweise von einem Pneumatik-Zylinder, von einem Hydraulik-Zylinder (auch Wasser-Hydraulik) oder von einem Linear-Antrieb mit Motor gebildet ist und den größeren Hub besitzt, hauptsächlich dazu dient, die Elektroden zwischen der Ausgangsposition und der Schweiß-Position zu bewegen, während mit dem zweiten Stellglied, welches von einem Piezo-Aktor, vorzugsweise von einem als Linear-Antrieb ausgeführten Piezo-Aktor gebildet ist, die Elektrodenkraft auf den erforderlichen Wert eingestellt bzw. eingeregelt wird, und zwar dabei bevorzugt in Abhängigkeit von einem Signal einer Meßeinrichtung, mit welcher die jeweilige tatsächliche Elektrodenkraft erfaßt wird. Diese Meßeinrich­ tung ist bevorzugt eine solche, die die Verformung bzw. Biegung wenigstens einer eine Elektrode bildenden Pinole auf optischem Weg erfaßt.

Mit dem ersten Stellglied wird bevorzugt ein Grundwert für die Elektrodenkraft erzeugt. Diesem Grundwert wird dann die Kraft des zweiten Stellgliedes überlagert.

Mit dem zweiten Stellglied ist eine schnelle, hochdynamische Änderung und/oder Anpassung der Elektrodenkraft möglich, so daß noch während des Schweißvorganges diese Elektrodenkraft unter Berücksichtigung eines vorgegebenen Sollwertes optimal nachgeregelt werden kann. Durch die Kombination der beiden Stellglieder wird somit eine Betätigungseinrichtung geschaf­ fen, die eine schnelle Zustellbewegung der Elektroden mit dem erforderlich großen Hub und weiterhin mit dem kleinen Hub des zweiten Stellgliedes eine hochdynamische Kraftregelung ermöglicht.

Mit der Erfindung ist somit eine Optimierung der Schweiß- Parameter und damit eine Steigerung der Schweißqualität möglich. Hierdurch läßt sich insbesondere auch die Anzahl der Schweißpunkte einer Schweißverbindung reduzieren, was zu erheblich kürzeren Produktionszeiten führt. Weiterhin kann der Piezo-Aktor des zweiten Stellgliedes, aber auch der Piezo-Aktor, der vorzugsweise ein Kupplungselement zwischen dem ersten Stellglied und dem zweiten Stellglied bildet, auf rein elektrischem Wege und direkt von einer elektrischen Steuereinrichtung aktiviert werden, so daß insbesondere auch eine Umsetzung elektrischer Signale einer elektrischen Steuereinrichtung in einen gesteuerten Fluß eines hydrauli­ schen oder pneumatischen Mediums nicht erforderlich ist, also eine Steuerung bzw. Regelung ohne eine durch eine solche Umsetzung bedingte zusätzliche Verzögerung mit geringem Aufwand möglich ist.

Piezo-Aktoren sind piezomechanische Stellglieder, die unter Ausnutzung des bekannten Piezo-Effektes beim Anlegen einer Spannung einen axialen und/oder radialen Hub bewirken, dessen Richtung von der Polarität und dessen Größe von der Größe der angelegten Spannung abhängen.

Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteran­ sprüche.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Figuren an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 in vereinfachter Darstellung und in Seitenansicht eine Punktschweißzange gemäß der Erfindung;

Fig. 2 ein Schweißstrom-Elektrodenkraft-Diagramm;

Fig. 3-5 in vereinfachter Schnittdarstellung verschiedene Betätigungselemente für die Punktschweißzange gemäß Fig. 1.

Die in den Figuren dargestellte Punktschweißzange besteht im wesentlichen aus den beiden Pinolen 1 und 2, von denen die Pinole 1 im Bereich ihres in der Fig. 1 linken Endes an dem Gelenkarm 3 und die Pinole 2 ebenfalls im Bereich ihres in der Fig. 1 linken Endes an dem Gelenkarm 4 gehalten ist. Die beiden Gelenkarme 3 und 4 und über diese auch die Pinolen 1 und 2 sind gelenkig miteinander verbunden und an einem Maschinenrahmen 5 gehalten, und zwar mittels einer Lageran­ ordnung 6.

Zwischen den beiden in der Fig. 1 linken Enden der Pinolen 1 und 2 wirkt eine Betätigungseinrichtung 7, die u. a. zum Öffnen und Schließen der Schweißzange bzw. der Pinolen 1 und 2 an ihren anderen, gekrümmten und jeweils mit einer Polkappe 8 und 9 versehenen Enden dient. Mit der Betätigungsein­ richtung 7 wird auch der jeweilige Elektrodendruck erzeugt, mit dem die Polkappen 8 und 9 beim Punktschweißen gegen die zu verschweißenden und zwischen den Polkappen 8 und 9 angeordneten Elemente (Schweißgut), beispielsweise gegen die beiden Bleche 10 und 11 angepreßt anliegen. Über die jeweils als elektrische Leiter ausgebildeten Pinolen 1 und 2 sowie über die mit diesen elektrisch verbundenen Polkappen 8 und 9 wird der Schweißstrom zu- bzw. abgeführt.

Um jeden Schweißpunkt zuverlässig auszuführen, ist es erforderlich, verschiedene Parameter einzuhalten, insbeson­ dere ist in Abhängigkeit vom jeweils zu verschweißenden Material eine bestimmte Abhängigkeit zwischen dem Schweiß­ strom und der Elektrodenkraft einzuhalten. Dieser Zusammen­ hang zwischen Schweißstrom und Elektrodenkraft ist im Diagramm der Fig. 2 dargestellt, wobei dort in der horizon­ talen Achse der Schweißstrom und in der vertikalen Achse die Elektrodenkraft angegeben sind. Die beiden Kurven 12 und 13, von denen die Kurve 12 die sogenannte "Klebegrenze" und die Kurve 13 die sogenannte "Spritzgrenze" wiedergeben, bestimmen zwischen sich einen schraffierten Bereich 14, der den Schweißbereich für eine optimale Ausführung jedes Schweiß­ punktes wiedergibt, d. h. die Größe des Schweißstromes und die jeweilige Elektrodenkraft müssen innerhalb dieses schraffier­ ten Bereiches 14 liegen.

Zur Überwachung und Regelung der Elektrodenkraft in Abhängig­ keit von dem Schweißstrom, der beispielsweise während des Schweißvorganges gemessen und/oder in Abhängigkeit von der Art und/oder dem Material des Schweißgutes zumindest in gewissen Grenzen geregelt wird, ist an der in der Fig. 1 unteren Pinole 2, die beispielsweise eine feste, d. h. beim Öffnen und Schließen der Punktschweißzange sich nicht bewegende Pinole ist, ein Sensorelement 15 vorgesehen, mit welchem die beim Andrücken der Polkappen 8 und 9 gegen die Bleche 10 und 11 auftretende und von dieser Anpreß- bzw. Elektrodenkraft abhängige elastische Biegung der Pinole 2 und hieraus die Anpreß- bzw. Elektrodenkraft ermittelt wird. Das Sensorelement 15 ist bevorzugt ein optisches Sensorelement mit zwei Lichtleitern 16 und 17, mit denen das Sensorelement 15 mit einer optoelektrischen Einheit 18 verbunden ist. Die beiden Lichtleiter 16 und 17, von denen der Lichtleiter 16 zum Zuführen einer vorgegebenen Lichtmenge an das Sensor­ element 15 und der Lichtleiter 17 zum Rückführen einer Lichtmenge an die Einheit 18 dient, sind im Sensorelement 15 mit ihren beiden Enden beabstandet. Die Lichtleiter 16 und 17 bilden somit dort zwischen sich einen Lichtweg oder eine Lichtstrecke derart, daß die über den Lichtleiter 17 an die Einheit 18 zurückübertragene Lichtmenge eine Funktion der Verformung der Pinole 2 ist. Die rein optische Messung der Biegung der Pinole 2 mit dem Sensorelement 5 bedingt eine hohe Meßgenauigkeit und hat vor allem auch den Vorteil, daß das Meßergebnis weder durch die hohen Schweißströme, noch durch hierdurch bedingte Magnetfelder, noch durch auftretende Temperaturen beeinträchtigt werden. Grundsätzlich ist es möglich, die Anpreßkraft der Polkappen 8 und 9 auch anders zu ermitteln, und zwar insbesondere auch dadurch, daß beispiels­ weise die Biegung wenigstens einer der beiden Pinolen 1 und/oder 2 auf andere Weise optisch erfaßt wird, beispiels­ weise durch Auswertung eines Licht- oder Laser-Strahles, der in Abhängigkeit von der Biegung beispielsweise der Pinole 2 unterschiedlich reflektiert wird, und zwar beispielsweise an einem mit dieser Pinole verbundenen Spiegel oder Prisma.

Das von der Einheit 18 gelieferte und der Elektrodenkraft entsprechende Signal wird der Steuereinrichtung 19 der Punktschweißzange bzw. der Schweißeinrichtung zugeführt. Diese, vorzugsweise computer- oder mikroprozessorgestützte Steuereinrichtung 19 erhält als weitere Meßgröße auch die Größe des Schweißstromes.

Die Fig. 3-5 zeigen verschiedene Ausführungen der Betätigungseinrichtung 7. Diese Ausführungen sind jeweils mit 7a, 7b und 7c bezeichnet. Allen Ausführungen ist gemeinsam, daß die jeweilige Betätigungseinrichtung ein erstes Stell­ glied, welches zum Schließen und Öffnen der Schweißzange bzw. der Pinolen 1 und 2 dient und einen Grundwert für die Elektrodenkraft erzeugt, und ein zweites, von einem Piezo- Linearantrieb gebildetes Stellglied aufweist, mit dem ein diesem Grundwert überlagerter Wert für die Elektrodenkraft erzeugt und mit dem die Elektrodenkraft von der Steuerein­ richtung 19 während des Schweißvorganges hochdynamisch geregelt werden kann.

Im einzelnen weist die Betätigungseinrichtung 7a einen Zylinder 20 auf, der durch einen Kolben 21 in zwei Arbeits­ kammern 22 und 23 unterteilt ist, die jeweils mit Druckluft beaufschlagbar sind, und zwar die Arbeitskammer 22 zum Schließen der Schweißzange und zum Erzeugen der Grund-Elekro­ denkraft und die Arbeitskammer 23 zum Öffnen der Schweißzange bzw. Pinolen. Der Kolben 21 ist an einer Kolbenstange 24 vorgesehen. Der Zylinder 20 ist mit dem in der Fig. 1 linken Ende der Pinole 1 und das freie Ende der Kolbenstange 24 mit dem in der Fig. 1 linken Ende der Pinole 2 gelenkig verbun­ den.

Der Kolben 21 ist zumindest an seinem Umfang von einem Piezo-Aktor, d. h. von einem piezomechanischen Stellglied gebildet, welches derart ausgeführt ist, daß beim Anlegen einer ausreichend großen Spannung an diesen Aktor 25 bzw. an dessen Anschlußleitung 26 sich der Kolben 21 (durch Verzöge­ rung seines Durchmessers) an der Zylinderfläche des Zylinders 20 verklemmt und dadurch eine Relativbewegung zwischen diesem Kolben 21 und dem Zylinder 20 blockiert ist. Der Zylinder 20, der Kolben 21 und die Kolbenstange 24 bilden dann eine starre Einheit. Die Kraft, mit der der Kolben 21 gegen die Zylinder­ fläche des Zylinders 20 angepreßt anliegt, ist dabei abhängig von der Spannung, mit der der Piezo-Aktor 25 betrieben wird.

Die Kolbenstange 24 weist ebenfalls ein piezomechanisches Stellglied bzw. Piezo-Aktor 27 auf, der so ausgeführt ist, daß mit ihm eine Änderung der Länge der Kolbenstange 24 möglich ist, wie dies mit dem Doppelpfeil A in der Fig. 3 angedeutet ist.

Die Längenänderung der Kolbenstange 24 bzw. des Piezo-Aktors 27 ist abhängig von der Größe der an diesem Stellglied anliegenden Gleichspannung, d. h. mit zunehmender Spannung vergrößert sich die Länge des Piezo-Aktors 27, wobei durch Änderung der Polarität der Spannung in gewissen Grenzen auch eine spannungsabhängige Reduzierung dieser Länge möglich ist.

Die Betätigungseinrichtung 7a ermöglicht folgende Arbeits­ weise:

Es wird davon ausgegangen, daß sich die Punktschweißzange bzw. die Pinolen 1 und 2 in der geöffneten Stellung befinden, und zwar dadurch, daß die Arbeitskammer 23 mit Druckluft beaufschlagt ist. Sowohl der Piezo-Aktor 25 als auch der Piezo-Aktor 27 befinden sich im nichterregten Zustand.

Zum Schließen der Zange bzw. Pinolen 1 und 2 wird nun die Arbeitskammer 22 mit Druckluft beaufschlagt und die Arbeits­ kammer 23 entlüftet. Der Druck der der Arbeitskammer 22 zugeführten Druckluft ist so eingestellt, daß die Anpreß­ kraft, mit der die Polkappen 8 und 9 nach dem Schließen der Schweißzange gegen die Bleche 10 und 11 anliegen, zumindest annähernd einem vorgegebenen Grundwert der Elektrodenkraft entspricht. Nach dem Schließen der Schweißzange wird zunächst von der Steuereinrichtung der Piezo-Aktor 25 aktiviert, womit der Kolben 21 im Zylinder 20 fixiert ist. Anschließend wird der Piezo-Aktor 27 ebenfalls von der Steuereinrichtung 19 im Sinne einer Verlängerung der Kolbenstange 24 aktiviert und hierdurch dem Grundwert der Anpreßkraft ein weiterer Wert solange überlagert, bis die zwischen den Polkappen 8 und 9 wirkende Anpreßkraft der gewünschten Elektrodenkraft ent­ spricht. Hierbei wird die tatsächliche Größe der Anpreßkraft (Istwert) von dem Sensorelement 15 und der Einheit 18 ständig ermittelt und in der Steuereinrichtung 19 mit dem Sollwert der Elektrodenkraft verglichen. In Abhängigkeit von diesem Vergleich erfolgt dann die Ansteuerung des Piezo-Aktors 27 und damit die Regelung der Anpreß- bzw. Elektrodenkraft.

Da das Sensorelement 15 und die Einheit 18 ein sehr genaues und nahezu verzögerungsfreies Meßsystem darstellen und darüberhinaus auch die Änderung der Elektrodenkraft mittels des Piezo-Aktors 27 allein durch Änderung der anliegenden Spannung sehr schnell möglich ist, ergibt sich nicht nur eine sehr genaue, sondern vor allem auch hochdynamische Regelung der Elektrodenkraft während des Schweißvorganges, so daß eine Optimierung der Schweißparameter (Elektrodenkraft, Schweiß- Zeit und Schweiß-Strom) insgesamt und damit eine beachtliche Steigerung der Schweiß-Qualität möglich ist.

Die Piezo-Aktoren 25 und 27 haben weiterhin den Vorteil, daß sie direkt elektrisch ansteuerbar sind, also keine zusätz­ lichen Energiequellen, Schaltventile usw. erforderlich sind, wie sie beispielsweise bei pneumatischen oder hydraulischen Stellgliedern benötigt werden. Weiterhin haben die Piezo- Aktoren 25 und 27 den Vorteil, daß sie relativ kostengünstig herstellbar sind und keinen besonderen Wartungsaufwand erfordern.

Der jeweils bei einer bestimmten Spannungsänderung mit dem Piezo-Aktor 27 erzielte Hub ist abhängig von der axialen Länge des Piezo-Aktors 27.

Der geschlossene Zustand der Schweißzange ist dadurch definiert, daß mit Hilfe der Sensoreinrichtung 15 und der Einheit 18 eine einen vorgegebenen Schwellwert überschreiten­ de Anpreß- bzw. Elektrodenkraft festgestellt wird.

Durch die hochdynamische Regelung der Elektrodenkraft ist es auch möglich, diese Elektrodenkraft während des Schweißvor­ ganges hochdynamisch, d. h. mit äußerst geringer Verzögerung zu ändern, wenn dies der Schweißvorgang erfordert. Hiermit ist es insbesondere auch möglich, spezielle Materialien, wie z. B. Aluminium punktzuschweißen.

Die Fig. 4 zeigt eine Betätigungseinrichtung 7b, die sich von der Betätigungseinrichtung 7a im wesentlichen dadurch unterscheidet, daß in dem Zylinder 20 ein "normaler" bzw. herkömmlicher Kolben 29 vorgesehen ist, d. h. ein Kolben, der nicht als Piezo-Aktor ausgeführt ist. Mit dem Kolben 29 ist wiederum die Kolbenstange 24 verbunden, die den Piezo-Aktor 27 aufweist, welcher bei der Betätigungseinrichtung 7b eine etwas kleinere axiale Länge aufweist als bei der Betätigungs­ einrichtung 7a.

Am Zylinder 20 ist eine von einem ringförmigen Piezo-Aktor 30 gebildete Klemmeinrichtung 31 vorgesehen. Die Arbeitsweise der Betätigungseinrichtung 7b entspricht der Arbeitsweise, wie sie für die Betätigungseinrichtung 7a beschrieben wurde, lediglich mit dem Unterschied, daß nach dem Schließen der Schweißzange bzw. der Pinolen 1 und 2 durch die Druckluft in der Arbeitskammer 22 die Verriegelung der Kolbenstange 24 durch die Aktivierung des Piezo-Aktors 30 erfolgt.

Die Betätigungseinrichtung 7c der Fig. 5 besitzt wiederum den Zylinder 20 und den zugehörigen, diesen Zylinder in die Arbeitskammern 22 und 23 unterteilenden Kolben 29 mit der rohrartig ausgebildeten Kolbenstange 24, die an einer Seite 20′ des Zylinders 20 aus diesem herausgeführt ist.

Achsgleich mit der Kolbenstange 24 ist ein Piezo-Aktor 32 angeordnet, der mit seinem einen Ende an der der Seite 20′ gegenüberliegenden Seite 20′′ des Zylinders 20 befestigt ist und mit seinem anderen Ende in die Kolbenstange 24 hinein­ reicht, und zwar in beiden Hubstellungen des Kolben 29. An diesem Ende trägt der Piezo-Aktor 32 einen weiteren Piezo- Aktor 33, der kolbenartig ausgebildet ist und im nichtakti­ vierten Zustand mit seiner Umfangsfläche an der kreiszylin­ derförmigen Innenfläche der Kolbenstange 24 gleitet bzw. dieser Innenfläche unmittelbar benachbart liegt. Der Piezo- Aktor 32 ist wiederum so ausgebildet, daß er bei Aktivierung eine axiale Längenänderung erfährt. Der Piezo-Aktor 33 ist so ausgebildet, daß er bei Aktivierung eine Änderung radial zur Längsachse der Kolbentange 24 erfährt, der Piezo-Aktor 33 also als Klemmeinrichtung wirkt, die im aktivierten Zustand über den Piezo-Aktor 32 die Kolbenstange 24 und den Zylinder 20 verriegelt.

Auch die Arbeitsweise der Betätigungseinrichtung 7c ent­ spricht wiederum der Arbeitsweise, wie sie vorstehend für die Betätigungseinrichtung 7a beschrieben wurde, d. h. nach dem Schließen der Schweißzange durch die Druckluft in der Arbeitskammer 22 wird der Piezo-Aktor 32 über den Piezo-Aktor 33 mit der Kolbenstange 24 verbunden ist. Durch Erregung des Piezo-Aktors 32 kann die Elektrodenkraft auf den gewünschten Wert eingeregelt werden.

Die Betätigungseinrichtung 7c hat den zusätzlichen Vorteil, daß die Leitungen 26 und 28 fest verlegt werden können.

Bei den Betätigungseinrichtungen 7a, 7b und 7c ist es grundsätzlich auch möglich, als Druckmedium, mit dem die Arbeitskammern 22 und 23 beaufschlagt werden, ein hydrauli­ sches Medium, beispielsweise ein unter Druck stehendes Hydraulik-Öl oder unter Druck stehendes Wasser zu verwenden. Weiterhin ist es auch möglich, anstelle des von dem Zylinder 20 und dem Kolben 21 bzw. 29 gebildeten Stellgliedes für den größeren Hub ein anderes Stellglied, beispielsweise ein elektrische Stellglied zu verwenden. In den Fig. 3-5 sind mit 34 und 35 die Lager bezeichnet, mit denen die jeweilige Betätigungseinrichtung mit den Pinolen 1 und 2 verbunden ist. Bei den Betätigungseinrichtungen 7a und 7b ist das zweite Stellglied wirkungsmäßig in Serie mit dem ersten Stellglied vorgesehen. Bei der Betätigungseinrichtung 7c ist das zweite Stellglied wirkungsmäßig parallel zum ersten Stellglied vorgesehen.

Die Erfindung wurde voranstehend an einem Ausführungsbeispiel beschrieben. Es versteht sich, daß Änderungen sowie Abwand­ lungen möglich sind, ohne daß dadurch der der Erfindung zugrundeliegende Erfindungsgedanke verlassen wird.

Bei den vorbeschriebenen Betätigungseinrichtungen erfolgt die Ansteuerung beispielsweise derart, daß mit dem Zylinder 20 und dem zugehörigen Kolben 21 bzw. 29 an den Polkappen 8 und 9 ein Grundwert von etwa 1500 N für die Elektrodenkraft erzeugt wird. Die Differenz zwischen diesem Grundwert und der beim Schweißen erforderlichen Elektrodenkraft, die bei­ spielsweise im Bereich zwischen ca. 2000 bis 3000 N liegt, wird von dem zweiten Stellglied, d. h. von dem wenigstens einen Piezo-Aktor erzeugt.

Bezugszeichenliste

 1, 2 Pinole
 3, 4 Gelenkarm
 5 Maschinenrahmen
 6 Lageranordnung
 7, 7a, 7b, 7c Betätigungseinrichtung
 8, 9 Polkappe
10, 11 Blech
12, 13 Kurve
14 Bereich
15 Sensorelement
16, 17 Lichtleiter
18 Einheit
19 Steuereinrichtung
20 Zylinder
20′, 20′′ Zylinderende
21 Kolben
22, 23 Arbeitskammer
24 Kolbenstange
25 Piezo-Aktor
26 Leitung
27 Piezo-Aktor
28 Leitung
29 Kolben
30 Piezo-Aktor
31 Klemmeinrichtung
32, 33 Piezo-Aktor
34, 35 Lager

Claims (32)

1. Punktschweißzange mit wenigstens zwei Elektroden (8, 9) und mit wenigstens einer Betätigungseinrichtung (7, 7a, 7b, 7c), mit der die Elektroden relativ zueinander zwischen einer Ausgangsposition und einer Schweißposition bewegbar sind, in welcher die Elektroden (8, 9) gegen das Schweißgut (10, 11) mit einer von der Betätigungsein­ richtung erzeugten Elektrodenkraft angepreßt sind, wobei die wenigstens eine Betätigungseinrichtung (7, 7a, 7b, 7c) ein erstes Stellglied (20, 21, 29) zum Bewegen der Elektroden zwischen der Ausgangsposition und der Schweiß­ position aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die wenigstens eine Betätigungseinrichtung (7, 7a, 7b, 7c) ein zweites, von mindestens einem Piezo-Aktor (27, 32) gebildetes Stellglied besitzt, dessen Kraftwirkung in der Schließposition zumindest eine Komponente der Elektroden­ kraft bildet und mit dem die Elektrodenkraft steuerbar ist.

2. Punktschweißzange nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß in der Schweißposition zur Erzielung der Elektrodenkraft die Kraftwirkung des zweiten Stellgliedes (27, 32) einer durch das erste Stellglied (20, 21, 29) erzeugten Kraft überlagerbar ist.

3. Punktschweißzange nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch eine Kupplungseinrichtung (21, 31, 33) über die die Kraftwirkung des zweiten Stellgliedes (27, 32) auf das erste Stellglied (20, 21, 29) überlagerbar ist.

4. Punktschweißzange nach Anspruch 3, dadurch gekennzeich­ net, daß die Betätigungseinrichtung (7a, 7b) wenigstens zwei Lager- oder Kraftübertragungsbereiche (34, 35) bildet, die durch das erste und/oder zweite Stellglied (20, 21, 29; 27, 32) relativ zueinander bewegbar sind und an denen die Kraft der Betätigungseinrichtung wirksam ist, und daß bei aktivierter Kupplungseinrichtung (21, 31) das zweite Stellglied (27) in der Wirkungsverbindung zwischen den Kraftübertragungsbereichen (34, 35) in Serie mit dem ersten Stellglied (20, 21, 29) vorgesehen ist.

5. Punktschweißzange nach Anspruch 4, dadurch gekennzeich­ net, daß das erste Stellglied wenigstens zwei, beim Aktivieren dieses Stellgliedes relativ zueinander bewegte Teile (20, 21, 29, 24) aufweist, daß das zweite Stell­ glied (27) in Serie mit einem der beiden Elemente des ersten Stellgliedes angeordnet ist, und daß die Kupp­ lungseinrichtung (21, 30) so ausgebildet ist, daß sie im aktivierten Zustand die Relativbewegung zwischen den beiden Teilen des ersten Stellgliedes blockiert.

6. Punktschweißzange nach Anspruch 3, dadurch gekennzeich­ net, daß die Betätigungseinrichtung (7c) wenigstens zwei Lager- oder Kraftübertragungsbereiche (34, 35) bildet, die durch das erste und/oder zweite Stellglied (20, 29; 32) relativ zueinander bewegbar sind und an denen die Kraft der Betätigungseinrichtung wirksam ist, und daß bei aktivierter Kupplungseinrichtung (33) das zweite Stell­ glied (32) in der Wirkungsverbindung zwischen den Kraftübertragungsbereichen (34, 35) parallel mit dem ersten Stellglied (20, 29) vorgesehen ist.

7. Punktschweißzange nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Stellglied aus zwei beim Aktivieren dieses Stellgliedes relativ zueinander bewegbaren Elementen (20, 29, 24) besteht, daß das zweite Stellglied (32) parallel zu diesen Elementen (20, 24, 29) vorgesehen ist und zumindest beim Aktivieren der Kupplungseinrichtung (33) mit beiden Elementen (20, 24) des ersten Stellgliedes derart verbunden ist, daß die Kraft des zweiten Stell­ gliedes (32) zwischen den beiden Elementen (20, 24, 29) des ersten Stellgliedes und damit zwischen den Kraftüber­ tragungsbereichen (34, 35) der Betätigungseinrichtung (7c) wirkt.

8. Punktschweißzange nach einem der Ansprüche 3-6, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupplungseinrichtung von wenig­ stens einem zweiten Piezo-Aktor (21, 30, 33) gebildet ist.

9. Punktschweißzange nach einem der Ansprüche 1-8, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Stellglied eine mit einem unter Druck stehenden Strömungsmedium beaufschlagbare Kolben-Zylinder-Anordnung ist.

10. Punktschweißzange nach Anspruch 9, dadurch gekennzeich­ net, daß die Kraftübertragungsbereiche (34, 35) einer­ seits am Zylinder (20) und andererseits an einer Kolben­ stange (24) der Kolben-Zylinder-Anordnung gebildet sind.

11. Punktschweißzange nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupplungseinrichtung (21, 30) zwischen dem Zylinder (20) und der Kolbenstange (24) oder dem Kolben (21, 29) wirkt.

12. Punktschweißzange nach Anspruch 11, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der das Kupplungselement bildende Piezo- Aktor der Kolben oder ein Teil des Kolbens (21) oder ein die Kolbenstange (24) umschließender ringförmiger Piezo-Aktor (30) ist.

13. Punktschweißzange nach einem der Ansprüche 9-12, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolbenstange (24) zumindest über eine Teillänge rohrartig oder hohlzylin­ derförmig ausgebildet ist, und daß das zweite Stellglied (32) in die Kolbenstange (24) hineinreicht und dort die Kupplungseinrichtung (33) trägt, und daß der Piezo-Aktor (32) des zweiten Stellgliede mit seinem anderen Ende am Zylinder (20) gehalten ist.

14. Punktschweißzange nach einem der Ansprüche 1-13, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden jeweils von einem Ende einer Pinole (1, 2) oder von einer dort vorgesehenen Polkappe (8, 9) gebildet sind, und daß auf die anderen Enden der schwenkbar miteinander verbundenen Pinolen (1, 2) die wenigstens eine Betätigungseinrichtung (7, 7a, 7b, 7c) einwirkt.

15. Punktschweißzange nach einem der Ansprüche 1-14, gekennzeichnet durch eine Steuereinrichtung (19) zum Ansteuern des wenigstens einen, das zweite Stellglied bildenden Piezo-Aktors (27, 32).

16. Punktschweißzange nach einem der Ansprüche 1-15, gekennzeichnet durch wenigstens eine mit der Steuer­ einrichtung (19) verbundene Meßeinrichtung (15, 18) zum ständigen Messen oder Bestimmen der Elektrodenkraft.

17. Punktschweißzange nach Anspruch 16, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Meßeinrichtung zur Bestimmung der Elektrodenkraft die Verformung wenigstens einer eine Elektrode bildenden Pinole erfaßt.

18. Punktschweißzange nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßeinrichtung eine opto-elektri­ sche Meßeinrichtung ist.

19. Punktschweißzange nach einem der Ansprüche 16-18, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßeinrichtung (15, 18) und die Steuereinrichtung (19) Bestandteil eines ge­ schlossenen Regelkreises sind, mit dem unter Berück­ sichtigung des Meßwertes der Meßeinrichtung und eines vorgegebenen Sollwertes der wenigstens eine Piezo-Aktor (27, 32) des zweiten Stellgliedes gesteuert wird.

20. Betätigungseinrichtung für eine Punktschweißzange mit wenigstens zwei Elektroden (8, 9), mit der die Elektroden relativ zueinander zwischen einer Ausgangsposition und einer Schweißposition bewegbar sind, in welcher die Elektroden (8, 9) gegen das Schweißgut (10, 11) mit einer von der Betätigungseinrichtung erzeugten Elektrodenkraft angepreßt sind, wobei die Betätigungseinrichtung (7, 7a, 7b, 7c) ein erstes Stellglied (20, 21, 29) zum Bewegen der Elektroden zwischen der Ausgangsposition und der Schweißposition aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß ein zweites, von mindestens einem Piezo-Aktor (27, 32) gebildetes Stellglied vorgesehen ist, dessen Kraftwirkung in der Schließposition zumindest eine Komponente der Elektrodenkraft bildet und mit dem die Elektrodenkraft steuerbar ist.

21. Betätigungselement nach Anspruch 20, dadurch gekenn­ zeichnet, daß in der Schweißposition zur Erzielung der Elektrodenkraft die Kraftwirkung des zweiten Stellgliedes (27, 32) einer durch das erste Stellglied (20, 21, 29) erzeugten Kraft überlagerbar ist.

22. Betätigungselement nach Anspruch 20 oder 21, gekenn­ zeichnet durch eine Kupplungseinrichtung (21, 31, 33) über die die Kraftwirkung des zweiten Stellgliedes (27, 32) auf das erste Stellglied (20, 21, 29) überlagerbar ist.

23. Betätigungselement nach Anspruch 22, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Betätigungseinrichtung (7a, 7b) wenigstens zwei Lager- oder Kraftübertragungsbereiche (34, 35) bildet, die durch das erste und/oder zweite Stellglied (20, 21, 29; 27, 32) relativ zueinander bewegbar sind und an denen die Kraft der Betätigungs­ einrichtung wirksam ist, und daß bei aktivierter Kupp­ lungseinrichtung (21, 31) das zweite Stellglied (27) in der Wirkungsverbindung zwischen den Kraftübertragungs­ bereichen (34, 35) in Serie mit dem ersten Stellglied (20, 21, 29) vorgesehen ist.

24. Betätigungselement nach Anspruch 23, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das erste Stellglied wenigstens zwei, beim Aktivieren dieses Stellgliedes relativ zueinander bewegte Teile (20, 21, 29, 24) aufweist, daß das zweite Stell­ glied (27) in Serie mit einem der beiden Elemente des ersten Stellgliedes angeordnet ist, und daß die Kupp­ lungseinrichtung (21, 30) so ausgebildet ist, daß sie im aktivierten Zustand die Relativbewegung zwischen den beiden Teilen des ersten Stellgliedes blockiert.

25. Betätigungselement nach Anspruch 22, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Betätigungseinrichtung (7c) wenigstens zwei Lager- oder Kraftübertragungsbereiche (34, 35) bildet, die durch das erste und/oder zweite Stellglied (20, 29; 32) relativ zueinander bewegbar sind und an denen die Kraft der Betätigungseinrichtung wirksam ist, und daß bei aktivierter Kupplungseinrichtung (33) das zweite Stellglied (32) in der Wirkungsverbindung zwischen den Kraftübertragungsbereichen (34, 35) parallel mit dem ersten Stellglied (20, 29) vorgesehen ist.

26. Betätigungselement nach Anspruch 25, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das erste Stellglied aus zwei beim Akti­ vieren dieses Stellgliedes relativ zueinander bewegbaren Elementen (20, 29, 24) besteht, daß das zweite Stellglied (32) parallel zu diesen Elementen (20, 24, 29) vorgesehen ist und zumindest beim Aktivieren der Kupplungsein­ richtung (33) mit beiden Elementen (20, 24) des ersten Stellgliedes derart verbunden ist, daß die Kraft des zweiten Stellgliedes (32) zwischen den beiden Elementen (20, 24, 29) des ersten Stellgliedes und damit zwischen den Kraftübertragungsbereichen (34, 35) der Betätigungs­ einrichtung (7c) wirkt.

27. Betätigungselement nach einem der Ansprüche 22-25, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupplungseinrichtung von wenigstens einem zweiten Piezo-Aktor (21, 30, 33) gebildet ist.

28. Betätigungselement nach einem der Ansprüche 20-27, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Stellglied eine mit einem unter Druck stehenden Strömungsmedium beaufschlag­ bare Kolben-Zylinder-Anordnung ist.

29. Betätigungselement nach Anspruch 28, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Kraftübertragungsbereiche (34, 35) einerseits am Zylinder (20) und andererseits an einer Kolbenstange (24) der Kolben-Zylinder-Anordnung gebildet sind.

30. Betätigungselement nach Anspruch 28 oder 29, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupplungseinrichtung (21, 30) zwischen dem Zylinder (20) und der Kolbenstange (24) oder dem Kolben (21, 29) wirkt.

31. Betätigungselement nach Anspruch 30, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der das Kupplungselement bildende Piezo- Aktor der Kolben oder ein Teil des Kolbens (21) oder ein die Kolbenstange (24) umschließender ringförmiger Piezo-Aktor (30) ist.

32. Betätigungselement nach einem der Ansprüche 28-31, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolbenstange (24) zumindest über eine Teillänge rohrartig oder hohlzylin­ derförmig ausgebildet ist, und daß das zweite Stellglied (32) in die Kolbenstange (24) hineinreicht und dort die Kupplungseinrichtung (33) trägt, und daß der Piezo-Aktor (32) des zweiten Stellgliede mit seinem anderen Ende am Zylinder (20) gehalten ist.