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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Bolzenschweißvorrichtung und insbesondere
einen Mechanismus zum Einspannen von mit einem Flansch und einem
Schaft versehenen Flanschbolzen an der Spitze einer Schweißpistole.
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In
der im Gebrauchsmusterblatt ["gazette
publication"] veröffentlichten
Gebrauchsmusteranmeldung [Jikkai] No. S62-202977/1987 (Patentliteratur 1),
ist eine Bolzenschweißvorrichtung
offenbart, die über
einen Mechanismus zum Einspannen eines mit einem Flansch und einem
Schaft versehenen Flanschbolzens an der Spitze einer Schweißpistole verfügt. In dieser
Bolzenschweißvorrichtung
ist die Spannzange zum Einspannen eines Flanschbolzens an der Spitze
der Schweißpistole
aus einem rohrförmigen
ersten Spannzangenelement, das an der Spitze der Schweißpistole
befestigt ist, um den Flansch nach vorne gerichtet elastisch zu
halten, und einem rohrförmigen
zweiten Spannzangenelement gebildet, das an einem Kolben befestigt
ist, der sich von einem Druckluftzylinder am hinteren Ende der Schweißpistole
aus in Richtung auf die Spitze der Schweißpistole erstreckt, um den
Schaft eines Bolzens, der in das erste Spannzangenelement eingeführt worden
ist, zu ergreifen, aufzunehmen und zu halten. Dadurch, dass die
Spannzange aus zwei rohrförmigen
Spannzangenelementen, nämlich
einem ersten und einem zweiten Spannzangenelement gebildet ist,
wird, auch wenn der Bolzen einen Flansch hat, der Grad der Verformung
verringert, wenn der Flansch des ersten Spannzangenelements, das äußerlich
rohrförmig
ist, ausgedehnt wird und hervortritt; es können Ermüdung und Bruch verhindert werden,
die Spannkraft wird erhöht
und die Stromversorgungsleistung wird verbessert, weil der Bolzen
sowohl von dem zweiten als auch von dem ersten Spannzangenelement
gehalten wird. Eine Bolzenschweißvorrichtung, in der eine Spannzange
aus einem ersten und einem zweiten Spannzangenelement gebildet ist,
wird auch in der im Gebrauchsmusterblatt ["gazette publication"] veröffentlichten Gebrauchsmusteranmeldung
No. S63-196368/1988 (Patentliteratur 2) und der im Gebrauchsmusterblatt
["gazette publication"] veröffentlichten
Gebrauchsmusteranmeldung No. S62-155963/1987
(Patentliteratur 3) offenbart.
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Die
in Patentliteratur 1 beschriebene Bolzenschweißvorrichtung weist, wie oben
erwähnt,
Vorteile auf wie das Verhindern von Bruch und Ermüdung der Spannzange beim
Einspannen von Flanschbolzen in einer Schweißpistole. Um das Ende eines
Bolzenschafts, das an der Innenwandfläche des ersten Spannzangenelements
anliegt, mit dem zweiten Spannzangenelement zu ergreifen, aufzunehmen und
zu halten, ist es jedoch notwendig, dass am Ende des Bolzenschafts
eine konische Verjüngung gebildet
wird. Dies führte
dazu, daß der
Bolzen länger
wurde. Ein langer Bolzen ist nachteilig, da er die Schweißpistole
länger
macht und Anwendungsfälle, in
denen der Gebrauch von kurzen Bolzen wünschenswert ist, konnten nicht
bearbeitet werden. Die Gründe,
warum eine konische Verjüngung
am Ende des Bolzenschafts notwendig ist und warum der Bolzen länger wird,
werden unter Bezugnahme auf 1 und 2 beschrieben.
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In 1 wird
ein Bolzen 2, der zu einem ersten Spannzangenelement 1 geschickt
wurde, in das erste Spannzangenelement 1 mit dem Flansch 3 voran
eingeführt,
wobei das Ende des Schafts 4 in einer Stellung ist, in
der es Kontakt mit der Innenwandfläche des ersten Spannzangenelements 1 hat.
In dieser Stellung wird ein Druckluftzylinder 5 mit Druckluft beaufschlagt,
ein Kolben 6 wird in Richtung des Endstücks des ersten Spannzangenelements 1 bewegt und
ein zweites Spannzangenelement 7 am Ende einer Kolbenstange 6A ergreift
das Ende des Bolzenschafts 4, nimmt es auf und hält den Schaft
im zweiten Spannzangenelement 7. Weil das Ende des Bolzenschafts 4 Kontakt
mit der Innenwandfläche
des ersten Spannzangenelements 1 hat, ist es sehr schwierig,
es zu ergreifen, selbst wenn das Ende des zweiten Spannzangenelements 7,
wie graphisch dargestellt, eine konische Verjüngung 8 aufweist,
es sei denn, es schwebt aufgrund der konischen Verjüngung des
Endes von Bolzenschaft 4 hinreichend unberührt von
der Oberfläche
der Innenwand des ersten Spannzangenelements 1.
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2 ist
eine Detailansicht eines Bolzens 2, der in einer Schweißpistole,
wie sie in 1 graphisch dargestellt ist,
verwendet werden kann. Wenn die Gesamtlänge L des Bolzens 2 nicht
um ein festes Vielfaches des Durchmessers D des Flansches 3 verlängert wurde,
konnte der Bolzen 2 selbst dann nicht ergriffen werden,
wenn die konische Verjüngung 9 am
Ende des Schaftes 4 gebildet war. Dies kam daher, dass,
wenn die Gesamtlänge
L des Bolzens kurz war, der im zweiten Spannzangenelement für das Ergreifen
der konischen Verjüngung
erforderliche Abstand 8 zwischen der konischen Verjüngung 9 am
Ende des Schafts 4 und der Innenwandfläche des ersten Spannzangenelements 1 nicht
sichergestellt werden konnte. Es ist aus Erfahrung bekannt, dass
es für
die konische Verjüngung 8 des
zweiten Spannzangenelements 7 einfach wird, den Schaft 4 zu
ergreifen, wenn der Winkel α1
der konischen Verjüngung 8 am
Ende des zweiten Spannzangenelements 7 45 Grad oder weniger
beträgt
und der Außendurchmesser
des zweiten Spannzangenelements 7 dem Innendurchmesser
des ersten Spannzangenelements 1 so nahe wie möglich kommt.
Aus der Erfahrung ist auch bekannt, dass zum sicheren Halten und
Verschweißen
eines Bolzens für
die Länge
L des Bolzens 2 gelten sollte: L = F + b + L2 + a ≥ 1,4D. Hier
ist, wie in 3 angegeben, F die für das zweite
Spannzangenelement 7 zum Halten des Schafts erforderliche
Länge,
b die Länge
der konischen Verjüngung 8 des
zweiten Spannzangenelements 7, L2 die Länge der konischen Verjüngung 9 am
Ende des Bolzenschafts und a die Länge des Bolzenüberstands
vom Ende des ersten Spannzangenelements 1 bis zum Rand
der Oberfläche
des Flansches 3 (die zum Verschweißen erforderliche Länge). Beispielsweise
ist die zum Halten des Schafts erforderliche Länge F ≥ 4 mm, die Länge des Bolzenüberstands
a = 3 mm und die festgelegten Längen
sind dabei jeweils vorgeschrieben.
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Um
die Bolzenlänge
L zu verkürzen,
muss demzufolge lediglich die Länge
b der konischen Verjüngung 8 des
zweiten Spannzangenelements 7 und die Länge L2 der konischen Verjüngung 9 am
Ende des Bolzenschafts verkürzt
werden. Im Fall der Schweißpistole
mit der in Patentliteratur 1 beschriebenen Ausgestaltung können aus
den oben genannten Gründen
b und L2 nicht weiter als bis zu einer bestimmten Länge verkürzt werden.
In Patentliteratur 2 und Patentliteratur 3 wird, um das Ende des
Bolzenschafts mit dem zweiten Spannzangenelement zu ergreifen, eine
Ausgestaltung für
eine Druckluftzufuhr gewählt,
welche getrennt von der in das erste Spannzangenelement zugeführten Druckluft
ist, um die horizontale Stellung des Bolzens im Inneren des ersten Spannzangenelements
beizubehalten, wodurch das zweite Spannzangenelement beim Ergreifen
des Bolzenschafts unterstützt
wird. Bei einer solchen Anordnung kann die Länge L2 der konischen Verjüngung 9 am
Ende des Bolzenschafts verkürzt
werden, aber die Anordnung der Schweißpistole und die Regelung der
Druckluftzufuhr werden kompliziert. Patentliteratur 2 beinhaltet
zudem eine Ausgestaltung, bei der ein Stopper in der Mitte der Bolzenzufuhrbahn
des ersten Spannzangenelements eingesetzt wird, um die Bolzenzufuhr
zu stoppen und die horizontale Bolzenstellung beizubehalten. Es
besteht jedoch die Gefahr, dass die Bolzen zufuhr in der Bolzenzufuhrbahn auf
halbem Weg blockiert wird.
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Dementsprechend
ist es ein Ziel der Erfindung, eine Bolzenschweißvorrichtung zu schaffen, die
es ermöglicht,
die Bolzenlänge
zu verkürzen, ohne
die Ausgestaltung der Schweißpistole
kompliziert zu machen.
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Ein
weiteres Ziel der Erfindung ist es, eine verbesserte Bolzenschweißvorrichtung
zu schaffen, in der die Bolzen in einer Schweißpistole auf einfache Weise
für das
Vordringen aus der Spitze der Pistole ausgerichtet werden.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
sieht die vorliegende Erfindung eine Bolzenschweißvorrichtung
mit einer Spannzange zum Halten eines Bolzens mit einem Flansch
und einem Schaft an der Spitze einer Schweißpistole vor, wobei die Spannzange
ein an der Spitze der Schweißpistole
befestigtes rohrförmiges
erstes Spannzangenelement umfasst zum elastischen Öffnen auf
einen größeren Durchmesser
als dem des Flansches, um den Flansch an der Spitze zu halten, und
ein rohrförmiges zweites
Spannzangenelement, das am Ende einer Kolbenstange befestigt ist,
welche sich in Richtung auf das erste Spannzangenelement von einem
Luftzylinder aus erstreckt, welcher im hinteren Teil der Schweißpistole
vorgesehen ist, und das in der Lage ist, in das erste Spannzangenelement
eingeführt
zu werden, um durch die Bewegung der Kolbenstange den Schaft eines
Bolzens, der mit dem Flansch voran in das Innere des ersten Spannzangenelementes eingeführt ist,
zu ergreifen, aufzunehmen und zu halten, wobei eine Spannzangenhülle vorgesehen
ist zum Umschließen
des Äußeren des
ersten Spannzangenelements von der Spitze der Schweißpistole aus,
und wobei ein Ende der Spannzangenhülle und ein Ende des ersten
Spannzangenelementes einen Flanschkantenaufnahmeraum bilden zum
Aufnehmen und Halten einer Kante des Bolzenflansches und Halten
des Bolzenschaftendes in einer Weise, so dass es unberührt von
einer Innenwand des ersten Spannzangenelements schwebt.
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Genauer
gesagt sind sich in Axialrichtung erstreckende Trennkanäle im Ende
der Spannzangenhülle
gebildet, die eine solche Elastizität aufweisen, dass, wenn ein
Flansch, der sich in dem Flanschkantenaufnahmeraum befindet, gestoßen und
bewegt wird, das Ende der Spannzangenhülle sich zu einem größeren Durchmesser als
dem des Flansches erweitert, was den Durchgang des Flansches ermöglicht,
und sich im Durchmesser nach dem Durchgang verringert, um den Bolzenschaft
zusammen mit dem ersten Spannzangenelement zu halten. Das zweite Spannzangenelement
ist so beschaffen, dass die Tiefe des zylindrischen Elements, das
den Bolzenschaft aufnimmt, durch einen Anschlagstift begrenzt wird,
der sich von der Kolbenstange aus erstreckt. Die Spannzangenhülle, das
erste Spannzangenelement und das zweite Spannzangenelement sind
aus einem elektrisch leitfähigen
Werkstoff hergestellt.
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Ein
Aufnehmer, mit dem ein Zufuhrrohr zur Zufuhr von Bolzen verbunden
ist, ist zwischen dem ersten Spannzangenelement und dem Luftzylinder eingesetzt,
wobei der Aufnehmer darin eine Bolzenzufuhrbahn zum Führen von
Bolzen aus dem Zufuhrrohr zum ersten Spannzangenelement gebildet
hat und wobei ein Kolbenloch in der Bolzenzufuhrbahn derart gebildet
ist, dass der Kolben des Luftzylinders und das zweite Spannzangenelement
am Ende in das Innere des ersten Spannzangenelementes vordringen
können,
und ein sich öffnender
und schließender
Schieber in der Bolzenzufuhrbahn eingesetzt ist, der sich schließt, um so
die Bolzen daran zu hindern, sich im Kolbenloch ungeordnet zu bewegen, und
der sich öffnet,
um nicht die Bewegung des Kolbens und des zweiten Spannzangenelementes
zu behindern.
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Wie
oben beschrieben, wird der Bolzen in einer solchen Stellung gehalten,
dass das Ende des Schafts frei von der Innenwand schwebt, wodurch der
Bolzenschaft leicht im zweiten Spannzangenelement aufgenommen wird,
jede konische Verjüngung des
Bolzenschaftendes gänzlich
unnötig
wird, und die Länge
b der konischen Verjüngung 8 des
in 2 and 3 graphisch dargestellten zweiten
Spannzangenelements beträchtlich
verkürzt
werden kann. In Versuchen war es möglich, die Bolzenlänge L auf eine
Länge von
1,0D bis 1,2D zu verkürzen
(wobei D der Flanschdurchmesser ist). Zudem hat die Ausgestaltung
nur die Hinzufügung
einer Spannzangenhülle
zur Folge und erfordert nicht eine komplizierte Ausgestaltung, wie
dies bei dem in Patentliteratur 2 oder 3 beschriebenen Stand der
Technik durch die Zuführung
zusätzlicher
Druckluft der Fall wäre,
weshalb die Anordnung der Schweißpistole weiterhin einfach bleibt
und keine komplizierte Regelung dieser Druckluft erforderlich ist.
Zudem gibt es nichts, was die Bolzenzufuhr behindern könnte, wie
einen Stopper oder Ähnliches,
der den Bolzen vorübergehend
stoppt, und daher können
Bolzen störungsfrei
eingeführt werden.
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Die
Erfindung wird nun in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen näher beschrieben,
die eine bevorzugte (beste) Ausführungsform
darstellen:
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1 ist
ein Querschnitt einer Schweißpistole
in einer herkömmlichen
Bolzenschweißvorrichtung
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2 ist
eine schematische Zeichnung eines Flanschbolzens, der in einer herkömmlichen Schweißpistole
verwendet wird;
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3 ist
ein Querschnitt des Endabschnitts der Spitze der in 1 graphisch
dargestellten Schweißpistole,
in welcher der in 2 graphisch dargestellte Bolzen
gehalten wird;
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4 ist
ein Querschnitt einer Schweißpistole
in einer Bolzenschweißvorrichtung
gemäß einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
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5 ist
eine Draufsicht des Aufnehmers in der in 4 graphisch
dargestellten Schweißpistole;
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6 ist
ein Querschnitt längs
der Ebene VI-VI des in 5 graphisch dargestellten Aufnehmers;
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7 ist
eine schematische Zeichnung des Kolbens, der Kolbenstange und des
ersten Spannzangenelements der in 4 dargestellten
Schweißpistole;
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8 ist
ein Querschnitt des ersten Spannzangenelements der in 4 dargestellten
Schweißpistole;
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9 ist
ein Querschnitt der Spannzangenhülle
der in 4 dargestellten Schweißpistole;
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10 ist
eine schematische Zeichnung, die zeigt, wie die in 9 dargestellte
Spannzangenhülle
zusammengesetzt ist mit dem in 8 dargestellten
ersten Spannzangenelement und wie ein mit der Schweißpistole
der vorliegenden Erfindung verwendbarer Bolzen eingeführt und
gehalten wird;
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11 ist
eine schematische Zeichnung des in 10 gezeigten
Bolzens;
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12 ist
eine schematische Zeichnung, die zeigt, wie ein Bolzen in die in 4 dargestellte Schweißpistole
eingeführt
wird;
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13 ist
eine schematische Zeichnung, die zeigt, wie ein Bolzen von dem zweiten
Spannzangenelement in der in 4 dargestellten
Schweißpistole ergriffen
wird; und
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14 ist
eine schematische Zeichnung, die den Zustand graphisch darstellt,
in dem die Vorbereitung des Schweissens abgeschlossen ist und bei dem
ein Bolzen an der Spitze der in 4 dargestellten
Schweißpistole
gehalten wird;
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Unter
Bezugnahme auf die Zeichnungen werden nun Ausführungsformen der vorliegenden
Erfindung beschrieben. 4 stellt die Schweißpistole 10 einer
Bolzenschweißvorrichtung
graphisch dar. Die Bolzenschweißvorrichtung
hat außer
der Schweißpistole 10 eine
herkömmliche
Stromversorgung und eine herkömmliche
Steuereinheit (beide nicht in den Zeichnungen gezeigt). Die Schweißpistole 10 umfasst
einen Druckluftzylinder 11, der den hinteren Teil der Pistole
bildet, einen Aufnehmer 15, der den mittleren Teil der
Schweißpistole
bildet und mit einem Zufuhrrohr 13 verbunden ist, um die
Bolzen 14 aufzunehmen, die mittels Druckluft durch das
Zufuhrrohr 13 geschickt werden, ein rohrförmiges erstes Spannzangenelement 17,
das die Spitze der Schweißpistole 10 bildet,
und eine rohrförmige Spannzangenhülle 18.
In dem Druckluftzylinder 11 kommt ein Kolben 19 zum
Einsatz. Durch die Zufuhr von Druckluft zum Druckluftzylinder 11 an
der Rückseite
des Kolbens wird der Kolben 19 in Richtung der Spitze der
Schweißpistole 10 bewegt
und durch die Zufuhr von Druckluft zum Druckluftzylinder 11 an
der Vorderseite des Kolbens wird er in seine Ausgangsposition zurückbewegt,
wobei Luft an der Rückseite des
Kolbens entweicht. Mit dem Kolben 19 ist eine Kolbenstange 21 verbunden,
die den Aufnehmer 15 durchragt und sich in Richtung auf
das erste Spannzangenelement 17 erstreckt. Ein rohrförmiges zweites
Spannzangenelement 22 ist am Ende der Kolbenstange 21 befestigt.
Das rohrförmige
zweite Spannzangenelement 22 ist in der Lage, in das erste Spannzangenelement 17 eingeführt zu werden,
und das erste Spannzangenelement 17 und das zweite Spannzangenelement 22 bilden
die Spannzange der Schweißpistole 10.
Genauer gesagt hält,
wie in 4 dargestellt, das zweite Spannzangenelement 22 den Schaft
eines Bolzens 14, wenn dieser in das erste Spannzangenelement 17 eingeführt wird,
und das erste Spannzangenelement 17 nimmt das zweite Spannzangenelement 22 auf,
welches das erste Spannzangenelement 17 hält, wenn
dieses durch die Spitze des Flansches erweitert wird und so eine Spannzange
bildet, die den Bolzen 14 mit dem Flansch voran an der
Spitze der Schweißpistole 10 hält.
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Die
Details des Aufnehmers 15 sind in 5 and 6 dargestellt.
Der Aufnehmer 15 ist rohrförmig und aus einem elektrisch
leitfähigen
Werkstoff hergestellt. Der hintere Teil 23 des Aufnehmers 15 ist mit
dem Druckluftzylinder 11 verbunden, während sein Kopfteil 25 mit
dem ersten Spannzangenelement 17 verbunden ist. In seinem
Mittelteil ist ein mit dem Zufuhrrohr 13 verbundener Bolzenbehälter 26 geöffnet, um
die Bolzen 14 aufzunehmen, die unter Druck aus dem Zufuhrrohr 13 geschickt
werden. Im Inneren des Aufnehmers 15 ist eine Bolzenzufuhrbahn 27 gebildet
zum Führen
von Bolzen aus dem Zufuhrrohr 13 zum ersten Spannzangenelement 17. In
der Bolzenzufuhrbahn 27 ist ein Kolbenloch 29 gebildet,
so dass die Kolbenstange 21 und das zweite Spannzangenelement 22 im
Inneren des ersten Spannzangenelements 17 vordringen können. In
der Bolzenzufuhrbahn 27 kommt ein sich öffnender und schließender Schieber 30 zum
Einsatz, der sich schließt,
um einen Bolzen daran zu hindern, sich am Ausgang des Kolbenlochs 29 ungeordnet
zu bewegen, und der sich öffnet,
um das Vordringen der Kolbenstange 21 und des Spannzangenelements 22 nicht
zu behindern. Der sich öffnende
und schließende
Schieber 30 ist so gelagert, dass er sich um einen Drehbolzen 31 drehen
kann und dass hinter dem sich öffnenden
und schließenden
Schieber ein Freiraum 33 gebildet ist, damit die Drehbewegung
des sich öffnenden
und schließenden
Schiebers 30 nicht behindert wird. Der sich öffnende
und schließende
Schieber 30 schickt Bolzen, die unter Druck mit ihren Flanschen
voran an den Bolzenbehälter 26 geschickt werden,
wie sie sind, zum Kopfteil 25, behindert aber nicht das
zweite Spannzangenelement 22, das die vom Kopfteil 25 an
das erste Spannzangenelement 17 geschickten Schafte der
Bolzen ergreift, bei der Bewegung aus dem hinteren Teil 23 durch
das Kolbenloch 29, um in das erste Spannzangenelement 17 eingeführt zu werden.
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Der
Druckluftzylinder 11, der Kolben 19, die Kolbenstange 21 und
das zweite Spannzangenelement 22 werden nun unter Bezugnahme
auf 4 und 7 beschrieben. Der Druckluftzylinder 11 bildet
den hinteren Teil der Schweißpistole 10,
nimmt in seinem Inneren den Kolben 19 so auf, dass er beweglich
ist, und wird an der Rückseite
des Kolbens mit Druckluft beaufschlagt (rechte Seite in 4). Durch
die Beaufschlagung mit Druckluft wird der Kolben 19, wie
in 4 gezeigt, an die Spitze (linke Seite) bewegt.
Die Ausgestaltung ist derart, dass, um den Kolben 19 in
seine Ausgangsposition zurückzubewegen,
die Druckluft auf der Rückseite
des Kolbens abgelassen und die Vorderseite des Kolbens 19 mit
Druckluft beaufschlagt wird. Anstelle der oben beschriebenen Ausgestaltung
ist es auch zulässig,
vorzusehen, dass die Druckluft an der Rückseite des Kolbens abgelassen
wird und zusätzlich
Unterdruckabsaugung angewandt wird. Wie in 7 genau
dargestellt, ist die Kolbenstange 21 mit dem Kolben 19,
und zwar an dessen Ende, verbunden, und der Kolben 19,
die Kolbenstange 21 und das zweite Spannzangenelement 22 sind
einstückig
mit dem Kolben 19 verbunden. Der Kolben 19 und
die Kolbenstange 21 sind aus einem elektrisch nicht leitfähigen Werkstoff
hergestellt, das zweite Spannzangenelement 22 ist dagegen
aus einem elektrisch leitfähigen Werkstoff
hergestellt. Das zweite Spannzangenelement 22 ist am Ende
der Kolbenstange 21 beispielsweise mittels Schraubbefestigung
angebracht. Am Ende des zweiten Spannzangenelements 22 sind eine
Vielzahl von Trennkanälen 34,
die sich in Axialrichtung erstrecken, um den Schaft des Bolzens 14 elastisch
zu halten, und eine Verjüngung 35 gebildet, um
das Ergreifen des Endes von Bolzen 14 zu erleichtern. Der
Innendurchmesser des zweiten Spannzangenelements 22 ist
so gebildet, dass er entweder im Wesentlichen gleich dem Außendurchmesser
des Bolzenschafts ist oder geringfügig kleiner, so dass er den
Bolzenschaft elastisch aufnehmen und halten kann. Der Außendurchmesser
des zweiten Spannzangenelements 22 ist kleiner ausgebildet
als der Durchmesser des Bolzenflansches, so dass der Flansch nicht
hineinpasst, und ist geringfügig
kleiner ausgebildet als der Innendurchmesser des ersten Spannzangenelements,
so dass, obwohl das Einführen
in das erste Spannzangenelement 17 möglich ist, kein größerer Abstand
zu der Innenwandfläche
entsteht als unbedingt notwendig. An der Mittelachse des zweiten
Spannzangenelements 22 erstreckt sich ein Anschlagstift 37 von
der Kolbenstange 21 aus, um die Tiefe des zweiten Spannzangenelements
zu begrenzen, und es ist vorgesehen, dass der Schaft eines im zweiten
Spannzangenelement 22 aufgenommenen Bolzens so aufgenommen
wird, dass der Flansch herausragt und der Schaft nicht übermäßig vordringt.
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Das
erste Spannzangenelement 17 wird nun unter Bezugnahme auf 4 und 8 beschrieben.
Das erste Spannzangenelement 17 ist als rohrförmiger Körper aus
elektrisch leitfähigem
Werkstoff ausgeführt,
dessen hinterer Teil 38 zusammen mit dem hinteren Teil
der Spannzangenhülle 18 am
Kopfteil 25 des Aufnehmers 15 befestigt ist, wodurch
die Spitze der rohrförmigen
Schweißpistole 10 gebildet ist.
Am Ende des ersten Spannzangenelements 17 ist eine Vielzahl
von Trennkanälen 39 ausgebildet, die
sich in Axialrichtung erstrecken und Elastizität aufweisen, um sich radial
nach außen
zu öffnen.
Am Ende des ersten Spannzangenelements 17 ist zudem eine
konische Verjüngung 41 gebildet,
so dass sein Durchmesser zum Ende hin kleiner wird und kleiner ist
als der Außendurchmesser
des Bolzenflansches. Trennkanäle 39 sind
ebenfalls in dieser konischen Verjüngung gebildet, die sich elastisch
bis zu einem Durchmesser öffnen,
der größer ist
als der des Bolzenflansches, so dass der Durchgang des Flansches
ermöglicht
wird, die sich aber nach dem Durchgang des Bolzenflansches elastisch
bis zu ihrem ursprünglichen
Durchmesser zusammenziehen, um das Zurückschnellen des Flansches zu
blockieren. Der Winkel α der
konischen Verjüngung 41 muß nur ein
kleiner Winkel sein, so dass der Durchgang des Flansches möglich ist,
das Zurückschnellen
aber blockiert. Das zweite Spannzangenelement 22 wird in
das erste Spannzangenelement 17 eingeführt. Der Innendurchmesser des
ersten Spannzangenelements 17 hat eine solche Größe, dass
der Bolzenflansch aufgenommen werden kann und dass das zweite Spannzangenelement
so aufgenommen werden kann, dass es bei gering bleibendem Abstand beweglich
ist. Abgesehen von der konischen Verjüngung 41 und dem hinteren
Teil 38 ist das erste Spannzangenelement 17 aus
dünnem
Werkstoff hergestellt, damit es die Elastizität hat, sich radial nach außen zu öffnen.
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Die
Spannzangenhülle 18 wird
nun genau beschrieben unter Bezugnahme auf 4, 9, und 10.
Die Spannzangenhülle 18 ist
aus elektrisch leitfähigem
Werkstoff hergestellt und zwar in einer Form, die die gesamte Außenseite
des ersten Spannzangenelements 17, von dem dünneren Ende an
der Spitze bis zu dem Teil an seinem hinteren Ende, umschließen kann.
Der hintere Teil 42 der Spannzangenhülle 18 ist ringförmig gebildet
mit einem größeren Durchmesser
als die anderen Teile, nimmt den hinteren Teil 38 des ersten
Spannzangenelements 17 auf und mit seinem Innengewinde 45 auch
den Kopfteil 25 des Aufnehmers 15, so dass dessen
Aussengewinde 43 am Kopfteil 25 sicher umgriffen
wird. Der Hauptteil vom hinteren Teil 42 bis zum Ende 46 ist
als rohrförmiger
Körper
gebildet und nimmt im Inneren das erste Spannzangenelement 17 auf.
Das Ende 46 ist mit einem kleinen Durchmesser gebildet,
so dass Bolzen vorübergehend
gestoppt werden, die unter Druck dorthin geschickt werden, und eine
konische Verjüngung 47 ist
gebildet, deren Durchmesser zur Spitze hin kleiner wird, um zu ermöglichen,
dass die Bolzenflansche aus der Spitze herausgestoßen werden
können.
Zusätzlich
sind Trennkanäle 49 gebildet, die
sich vom Ende 46 aus in Axialrichtung nach hinten erstrecken
und sich auf einen größeren Durchmesser
als den des Bolzenflansches öffnen,
wenn ein am Ende 46 zeitweilig gestoppter Bolzen gestoßen und
bewegt wird, um den Durchgang des Flansches zu ermöglichen
und um dem Ende 46 die Elastizität für die Verringerung des Durchmessers
nach diesem Durchgang zu verleihen.
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Im
Inneren des Endes 46 der Spannzangenhülle 18 ist eine ringförmige Rundhöhlung 50 gebildet.
Diese wirkt mit der konischen Verjüngung 41 am Ende des
ersten Spannzangenelements 17 zusammen und bildet einen
Raum zum Aufnehmen und Halten einer Kante des Bolzenflansches. 10 zeigt,
wobei das erste Spannzangenelement 17 so zusammengesetzt
ist, dass es in der Spannzangenhülle 18 eingeschlossen
werden kann, wie ein Bolzen 14 zu der Position im ersten
Spannzangenelement 17 geschickt wird, die mit durchgehenden
Linien eingezeichnet ist, und dann zu der Position geschickt wird,
die mit unterbrochenen Linien eingezeichnet ist. Wie in 10 gezeigt,
bildet die ringförmige
Rundhöhlung 50 im
Inneren des Endes 46 der Spannzangenhülle 18 einen Flanschkantenaufnahmeraum 54, dessen
hinterer Teil durch die Oberfläche
am Ende der konischen Verjüngung 41 am
Ende des ersten Spannzangenelements 17 gebildet ist, das
den Flansch 51 des Bolzens 14 aufnimmt und hält und das
das Ende des Bolzenschafts 53 in einer Weise hält, dass
er unberührt
von der Innenwand des ersten Spannzangenelementes 17 schwebt.
Der Flanschkantenaufnahmeraum 54 kann in einer beliebigen Form
gebildet sein, solange er die Kante eines Bolzens 14 hält, der
die konische Verjüngung 41 des
ersten Spannzangenelements 17 durchragt und am Ende 46 der
Spannzangenhülle
gestoppt wird, und solange er das Ende des Bolzenschafts 53 in
einer Weise hält,
dass er unberührt
von der Innenwand des ersten Spannzangenelementes 17 schwebt.
Weil das Ende des Bolzenschafts 53 in einer Stellung ist,
in der es unberührt
von der Innenwand des ersten Spannzangenelementes 17 schwebt,
ist es auf diese Weise sehr einfach, den Bolzenschaft 53 im
zweiten Spannzangenelement 22 aufzunehmen und die Notwendigkeit,
eine Verjüngung
am Ende des Bolzenschafts 53 zu bilden, entfällt. Die
Verjüngung 35 am Ende
des zweiten Spannzangenelements 22 wird ebenfalls völlig überflüssig und
die Länge
der Verjüngung 35 kann
verkürzt
werden.
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Ein
Flanschbolzen 14, der in einer erfindungsgemäßen Bolzenschweißvorrichtung
verwendet werden kann, ist in 11 beschrieben.
Der Bolzen 14 hat einen Flansch 51 mit großem Durchmesser
und einen Schaft 53, in dem beispielsweise Gewinde oder
(eine) Ringnuten) gebildet sind. Anders als der in 2 dargestellte
Bolzen 2, ist bei Bolzen 14 keine konische Verjüngung am
Ende des Schafts 53 gebildet. Angenommen der hier gezeigte
Bolzen 14 hat eine Gesamtlänge L1, einen Durchmesser D1 des
Flansches 51 und einen Außendurchmesser d1 des Schafts 53.
Bei diesen Abmessungen ist der Innendurchmesser D2 der konischen
Verjüngung 41 des
ersten Spannzangenelements 17 (vgl. 8) geringfügig kleiner
als der Flanschdurchmesser D1 und blockiert das Zurückschnellen
des Flansches nach dem Durchgang. Zudem ist der Durchmesser D3 des
Endes 46 der Spannzangenhülle 18 (vgl. 9)
kleiner als der Innendurchmesser D2 der konischen Verjüngung 41 und
kleiner als der Flanschdurchmesser D1, so dass das kurzzeitige Stoppen des
Flansches sichergestellt ist und das Zurückschnellen des Flansches nach
dem Durchgang blockiert wird, er ist aber so definiert, dass der
Durchgang des Flansches möglich
ist. Der Außendurchmesser
D4 des zweiten Spannzangenelements 22 (siehe 7)
ist außerdem
kleiner als der Flanschdurchmesser D1. Der Innendurchmesser D2 des zweiten
Spannzangenelements (siehe 7) ist entweder
im Wesentlichen gleich oder geringfügig kleiner als der Außendurchmesser
d1 des Bolzenschafts, so dass das zweite Spannzangenelement 22 den
Bolzenschaft 53 aufnehmen und mechanisch halten und auch
den elektrischen Kontakt herstellen kann. Der Innendurchmesser des
ersten Spannzangenelements 17 ist zudem so gebildet, dass
es Bolzen aufnehmen kann, die mit dem Flansch voran dorthin geschickt
werden und dass es das zweite Spannzangenelement 22 beweglich
aufnehmen kann, während
der Innendurchmesser der Spannzangenhülle 18 so gebildet
ist, dass diese das erste Spannzangenelement 17 aufnehmen
kann und an ihrem Ende ein Raum gebildet ist, der ein Öffnen nach außen ermöglicht,
wenn die konische Verjüngung 41 am
Ende des ersten Spannzangenelements 17 den Bolzenflansch 51 weitergibt.
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Unter
Bezugnahme auf 12 bis 14 wird
nun die Funktionsweise der Schweißpistole 10 der Bolzenschweißvorrichtung,
die wie oben beschrieben gebildet ist, beschrieben. In 12 wird ein
Bolzen 14 von einem Zuführer
(nicht gezeigt) durch das Zufuhrrohr 13 an den Aufnehmer 15 geschickt.
Wenn das geschieht, wird die Kolbenstange 21 mit dem zweiten
Spannzangenelement 22 an ihrem Ende (und dem Kolben 19)
in ihre Ausgangsstellung im Inneren des Druckluftzylinders 11 zurückgezogen
sein und es wird die Bolzenzufuhrbahn 27 im Inneren des
Aufnehmers 15 geöffnet
haben. Der sich öffnende
und schließende
Schieber 30 wird durch die Druckluft, die unter Druck den
Bolzen 14 schickt, gegen die Innenwandfläche des
Aufnehmers 15 gestoßen,
so dass das Kolbenloch 29 verschlossen wird und der Bolzen 14 die
Bolzenzufuhrbahn 27 im Inneren des Aufnehmers 15 passiert.
Im Folgenden wird auf 10 verwiesen, die zeigt, wie
der Bolzen 14, der die Bolzenzufuhrbahn 27 passiert
hat, an das erste Spannzangenelement 17 geschickt wird.
Der Bolzen 14, der den Aufnehmer 15 passiert hat,
wird unter Druck im Inneren des ersten Spannzangenelements 17 mittels
Druckluft zur konischen Verjüngung 41 an
dessen Ende geschickt. Der Flansch 51 des Bolzens 14 stößt aufgrund
des Drucks der Druckluft die konische Verjüngung 41 auf, gelangt
zur Verjüngung 47 des
Endes 46 der Spannzangenhülle 18 und stoppt.
Wie vorher beschrieben, ist der Flanschkantenaufnahmeraum 54 zwischen
dem Ende 46 der Spannzangenhülle 18 und der konischen
Verjüngung 41 des
ersten Spannzangenelements 17 gebildet. Dieser Raum 54 hält einen
Bolzenflansch 51, der in diesen Raum eingetreten ist, an
seiner Kante und hält
das Ende des Bolzenflansches 51 in einer Stellung, so dass
er unberührt
von der Innenwand des ersten Spannzangenelementes 17 schwebt.
Zu diesem Zeitpunkt ist, selbst wenn der Bolzen 14 dazu tendiert,
seine Stellung zu ändern,
die Kante des Flansches 51 auf das Innere des Flanschkantenaufnahmeraums 54 beschränkt, während das
Ende des Bolzenschafts 53 bezogen auf die Innenwand des ersten
Spannzangenelements 17 auf eine frei schwebende Stellung
beschränkt
ist.
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Dann,
wie in 13 graphisch dargestellt, wird
der Druckluftzylinder 11 von der Rückseite des Kolbens 19 mit
Druckluft beaufschlagt, der Kolben 19 und die Kolbenstange 21 dringen
vor und das zweite Spannzangenelement 22 am Ende der Kolbenstange 21 dreht
den sich öffnenden
und schließenden
Schieber 30 im Kolbenloch 29 des Aufnehmers 15,
passiert den Aufnehmer 15 und wird in das erste Spannzangenelement 17 eingeführt. Das
zweite Spannzangenelement 22, das im Inneren des ersten
Spannzangenelements 17 vordringt, ergreift das Ende des Schafts 53 des
Bolzens 14 an der Verjüngung 35 und nimmt
den Schaft 53 in seinem Inneren auf. Das Ende des Bolzenschafts 53 ist
in einer solchen Stellung gesichert, dass es unberührt von
der Innenwand des ersten Spannzangenelementes 17 schwebt, weshalb
das Ende des Schaftes 35 [sic] selbst dann im Inneren des
zweiten Spannzangenelements 22 ergriffen und aufgenommen
werden kann, wenn fast keine Verjüngung 35 am Ende des
zweiten Spannzangenelements 22 vorhanden ist. Der so aufgenommene
Bolzenschaft 53 wird mechanisch im zweiten Spannzangenelement 22 gehalten
und steht elektrisch in Kontakt.
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Wenn
der Druckluftzylinder 11 weiter mit Druckluft beaufschlagt
wird, bewegen sich der Kolben 19 und die Kolbenstange 21 in
Richtung der Spitze, wie in 14 dargestellt,
und das zweite Spannzangenelement 22, das den Schaft 53 des
Bolzens 14 hält,
bewegt sich im Inneren des ersten Spannzangenelements 17 mit
dem Flansch 51 voran, der im Flanschkantenaufnahmeraum 54 ist,
in Richtung der Spitze. Im zweiten Spannzangenelement 22 wird der
Bolzenschaft 53 durch den Anschlagstift 37, der sich
von der Kolbenstange 21 aus erstreckt, nicht weiter als
bis zu einer bestimmten Länge
hereingelassen, sondern wird gehalten, wobei der Flansch 51 um
eine vorgegebene Länge
herausragt. Indessen bewegt sich der Kolben 19 zum Hubende,
weshalb das zweite Spannzangenelement 22 am Ende der Kolbenstange 21 den
Flansch 51 des Bolzens 14 stößt, so dass er die Wand des
Endes 46 der Spannzangenhülle 18 auseinander
stößt. Als
Folge davon wird der Bolzen 14 mechanisch sicher gehalten
und ist in das erste Spannzangenelement 17 im Inneren der
Spannzangenhülle 18 eingeführt, wobei
der Schaft 53 elektrisch mit dem zweiten Spannzangenelement 22 verbunden
ist in der Art, dass der Flansch 51 um eine bestimmte Länge aus
dem Ende 46 der Spannzangenhülle 18 herausragt.
Auf diese Weise werden die Bolzen 14 in einer geeigneten
Stellung an der Spitze der Schweißpistole 10 automatisch
geladen. In diesem Zustand stehen die elektrisch leitfähige Spannzangenhülle 18,
das elektrisch leitfähige erste
Spannzangenelement 17, das elektrisch leitfähige zweite
Spannzangenelement 22 und der elektrisch leitfähige Aufnehmer 15 elektrisch
in Kontakt. Daher wird, wenn der Aufnehmer 15 entweder
direkt oder über
den Druckluftzylinder 11 mit einem Schweißstrom versorgt
wird, das Schweißen
des Bolzens 14 möglich.
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Nachdem
das Schweißen
des Bolzens 14 beendet ist, wird die Druckluft auf der
Rückseite
des Kolbens 19 im Druckluftzylinder 11 abgelassen
und Druckluft wird an die Vorderseite des Kolbens 19 zugeführt. Dadurch
wird der Kolben 19 in seine Ausgangsposition zurückbewegt
und das zweite Spannzangenelement 22 am Ende der Kolbenstange 21 wird
ebenfalls in die in 12 gezeigte Position zurückbewegt.
Es kann auch vorgesehen werden, Unterdruckabsaugung zu verwenden,
während
die Druckluft aus der Kammer des Druckluftzylinders an der Rückseite
des Kolbens entweicht, wodurch der Kolben 19, die Kolbenstange 21 und
das zweite Spannzangenelement 22 veranlaßt werden,
sich zurückbewegen.
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Wie
im Vorhergehenden beschrieben, wird der Bolzen 14 so gehalten,
dass das Ende des Schafts 53 in einer Stellung frei von
der Innenwand des ersten Spannzangenelements 17 schwebt.
Dadurch wird der Bolzenschaft 53 leicht im zweiten Spannzangenelement 22 aufgenommen,
am Ende des Bolzenschafts ist keinerlei konische Verjüngung erforderlich,
auf die Länge
L2 der konischen Verjüngung
am Ende des in 2 und 3 dargestellten Schaftes
kann verzichtet werden und die Länge
b der konischen Verjüngung 8 des
in 2 und 3 dargestellten zweiten Spannzangenelements
kann beträchtlich
verkürzt
werden. Die Gesamtlänge
L1 des in 11 dargestellten Bolzens 14 kann
auf eine Länge
von 1,0 × D1
bis 1,2 × D1
verkürzt
werden (wobei D1 der Durchmesser des Flansches 51 ist).
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Während eine
bevorzugte Ausführungsform der
Erfindung gezeigt und beschrieben wurde, ist es offensichtlich,
dass Veränderungen
vorgenommen werden können,
ohne von den Prinzipien der Erfindung abzuweichen, deren Schutzumfang
durch die folgenden Ansprüchen
bestimmt ist.