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Die
Erfindung betrifft eine automatische Lichtbogenschweissvorrichtung
zur Befestigung von Muttern an Oberflächen aus Metall und insbesondere eine
Luftzufuhr-Schweißpistole
mit zurückziehbarem Kolben,
die einen Doppelkolbenmechanismus zur Zufuhr von Schweißgasen und/oder
Luft zur Bohrung der Mutter während
des Schweißvorgangs
aufweist.
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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Schweißpistolen
zum Anschweißen
von Muttern weisen üblicherweise
eine Klemmhülse
auf. Während
des Schweißvorgangs
wird eine Schweißmutter
von den Federkräften
in einer geschlitzten Klemmhülse
gehalten. Beim Schweißvorgang
entstehende Schweißspritzer
setzen sich jedoch häufig
am Gewinde einer Schweißmutter
fest, was erhebliche Kosten und Zeitverlust aufgrund von Nachbearbeitung
des Werkstücks
verursacht.
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Bisher
haben sich Schweißpistolen
mit automatischer Zufuhr, bei denen während des Schweißvorgangs
dem Gewinde der Mutter Schweißgase
zugeführt
werden, als relativ erfolgreich erwiesen. Wie in 1 dargestellt,
wurde bei diesen vorbekannten Schweißpistolen 15, die
als nächstliegender
Stand der Technik angesehen werden, eine in einem Arbeitszylinder 17 angetriebene
Hauptkolbenanordnung 16 verwendet. Die Hauptkolbenanordnung 16 treibt
einen hohlen ersten Betätigungskolben 18 an. Die
Schweißpistole 16 nach
dem Stand der Technik verwendet mehrere dichtend verschließbare Durchlässe 19,
um Schweißgase
durch den hohlen ersten Betätigungskolben
zu leiten. Zum dichtenden Verschließen der Durchlässe 19 verwendet
die Hauptkolbenanordnung 16 einen zweiten feststehenden Kolben 20,
der sich durch die Hauptkolbenanordnung 16 erstreckt. Zwischen
der Hauptkolbenanordnung 16 und dem feststehenden Kolben 20 befindet
sich eine Reihe von Dichtungen 21.
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Diese
Dichtungen 21 neigen mit der Zeit zu Undichtigkeit, wodurch
Schweißgase
unter Druck von der Luftzufuhr 22 in den hinteren Teil 23 des
Arbeitszylinders 17 gelangen können. Dadurch kann die Hauptkolbenanordnung 16 nicht
mehr in ihre vollständig
eingefahrene Stellung im Hohlraum des Arbeitszylinders 17 zurückkehren.
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Eine
elektrische Schweißvorrichtung
zum Verschweißen
eines mit einer Durchgangsbohrung versehenen Befestigungselementes
mit einem Werkstück
ist aus US- A-5 938
946 bekannt. Diese Schweißvorrichtung
umfasst ein Förder-
und Haltesystem mit einem einen Führungskanal aufweisenden Führungsteil.
Das Befestigungselement wird dem Führungskanal zugeführt und
während
des Schweißvorgangs
in einem seiner Enden gehalten. In dem Führungskanal ist ein Ladeelement
angeordnet, das in Längsrichtung
hin und her bewegbar ist und einen Kopf aufweist, der an dem Befestigungselement
zur Anlage gebracht werden kann. Das Ladeelement weist einen Kanal
mit einem an dem Kopf ausgebildeten Einlass und einem Auslass auf.
Eine Gaszuführleitung
mündet
in den Führungskanal.
Das Ladeelement verschließt
die Gaszuführleitung
in einer ersten Stellung. In einer zweiten Stellung verbindet das
Ladeelement den Einlass mit der Gaszuführleitung, damit während des
Schweißvorgangs
ein Gas an die Schweißstelle
fließt.
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Weiterhin
ist aus US-A-2 727 123 ein Bolzenschweißgerät bekannt, das einen an ein
Werkstück anlegbaren
Körper
aufweist sowie eine an dem Körper
befestigte und relativ dazu bewegbare Aufnahme zur Halterung eines
Bolzens, der mit seinem einen Ende mit dem Werkstück verschweißbar ist.
Ein die Aufnahme umgebender Schutzschirm bildet einen Gasraum am
Ende des Bolzens, und es sind Mittel zur Einleitung von Schutzgas
in den Gasraum vorgesehen, die ein Ventil umfassen, das auf Bewegung der
Aufnahme relativ zu dem Körper
anspricht. Das Ventil ist an dem Körper angeordnet und mit der
Aufnahme über
ein flexibles Balgelement verbunden.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Es
besteht somit die Notwendigkeit, eine Vorrichtung und ein System
zu schaffen, womit ein zu verschweißendes Befestigungselement
wie eine Mutter oder ein Bolzen automatisch einer Schweißfläche zugeführt werden
kann. Die Vorrichtung führt dem
Gewindeabschnitt der Schweißmutter
Schweißgase
zu, damit möglichst
keine Schweißspritzer
in das Gewinde gelangen. Weiterhin soll eine Schweißpistole
mit automatischer Zuführung
mit verbesserter Rückführung geschaffen
werden, die sich auch im Dauerbetrieb der Schweißpistole durch Verschleißfestigkeit
auszeichnet.
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Gemäß einem
bevorzugten Ausführungsbeispiel
ist eine Luftzufuhr-Schweißpistole
zum Anschweißen
einer Mutter an einen Metallträger
offenbart. Die Luftzufuhr-Schweißpistole
weist einen Luftfördermechanismus
und eine Hauptkolbenanordnung auf. Die Hauptkolbenanordnung weist
einen in einem Arbeitszylinder angeordneten Hauptkolben auf. Die
Hauptkolbenanordnung ist mit einem ersten Betätigungskolben gekoppelt, der
hohl ist und mit einem Durchlass ausgebildet ist, durch den dem
Ge winde einer Schweißmutter
Schweißgase
zugeführt werden
können.
Angrenzend an den ersten Betätigungskolben
ist ein zweiter verschiebbarer Innenkolben. Dieser zweite Innenkolben,
der mit der Hauptkolbenanordnung gekoppelt ist, steuert den Gasfluss durch
eine Axialbohrung des ersten Betätigungskolbens.
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Nach
einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel
ist der zweite Innenkolben innerhalb des Durchlasses des ersten
Betätigungskolbens
angeordnet. Die Bewegung des zweiten Innenkolbens ist durch einen
Stift gesteuert, der in einen im ersten Betätigungskolben ausgebildeten
Schlitz eingreift.
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Nach
einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel
gelangt der Steuerstift des zweiten Innenkolbens an einer vorderen
Wand des Arbeitszylinders zur Anlage, um den Zeitpunkt der Freigabe von
Schweißgasen
in den Durchlass des ersten Betätigungskolbens
zu beeinflussen.
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Weitere
Anwendungsmöglichkeiten
der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden ausführlichen
Beschreibung. Dabei dienen die ausführliche Beschreibung und speziellen
Beispiele, die zwar die bevorzugte Ausführungsform der Erfindung angeben,
lediglich Darstellungszwecken und nicht der Einschränkung des
Erfindungsumfangs.
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KURZBESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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Ein
besseres Verständnis
der Erfindung ergibt sich aus der ausführlichen Beschreibung in Verbindung
mit den beigefügten
Zeichnungen. Darin zeigen:
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1 eine
Luftzufuhr-Schweißpistole
nach dem Stand der Technik;
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2 eine
Querschnittsansicht der erfindungsgemäßen Luftzufuhr-Schweißpistole,
wobei deren Hauptkolbenanordnung in vollständig eingefahrener Stellung
dargestellt ist;
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3 und 4 Querschnittsansichten
der erfindungsgemäßen Luftzufuhr-Schweißpistole,
wobei die Hauptkolbenanordnung in Zwischenstellungen dargestellt
ist;
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5 eine
Querschnittsansicht der erfindungsgemäßen Luftzufuhr-Schweißpistole,
wobei die Hauptkolbenanordnung sich auf dem Weg in eine ausgefahrene
Stellung befindet;
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6 und 7 Querschnittsansichten
der erfindungsgemäßen Luftzufuhr-Schweißpistole,
wobei die Hauptkolbenanordnung in vollständig ausgefahrener Stellung
dargestellt ist; und
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8 eine
Querschnittsansicht der erfindungsgemäßen Luftzufuhr-Schweißpistole,
wobei die Hauptkolbenanordnung sich auf dem Weg in die eingefahrene
Stellung befindet.
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AUSFÜHRLICHE
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
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Die
nachfolgende Beschreibung des/der bevorzugten Ausführungsform/en
ist lediglich beispielhafter Natur und beabsichtigt keinesfalls,
die Erfindung, ihre Anwendung oder Benutzung in irgendeiner Weise
zu beschränken.
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2 offenbart
eine Luftzufuhr-Schweißpistole 30 zum
Anschweißen
einer Mutter 32 an einen Metallträger. Die Luftzufuhr-Schweißpistole 30 weist einen
Luftfördermechanismus 33 und
einen Antriebsmechanismus 41 auf, der die Mutter 32 in
die Klemmhülse 36 hineintreibt.
Der Antriebsmechanismus 41 ist von einer äußeren Hülse 38 gebildet,
die einen gegenüber
der Klemmhülse 36 axial
angeordneten Arbeitszylinder 40 aufweist. Der Antriebsmechanismus 41 weist
weiterhin eine in dem Arbeitszylinder 40 angeordnete Hauptkolbenanordnung 42 auf.
Zwischen einer hinteren Wand 48 und einer vorderen Wand 50 weist
der Antriebsmechanismus 41 eine erste Arbeitskammer 44 und
eine zweite Arbeitskammer 46 auf, die durch die Hauptkolbenanordnung 42 voneinander
getrennt sind. In der vorderen Wand 50 ist eine Bohrung 52 ausgebildet,
die einen ersten Betätigungskolben 54 aufnimmt.
Durch den ersten Betätigungskolben 54 erstreckt
sich eine Axialbohrung 56. Der erste Betätigungskolben 54 enthält einen
Mitnehmer für
das Befestigungselement in Form eines eine kannelierte Spitze aufweisenden
Halters 58, der sich mit der Mutter 32 und einem
Körperabschnitt 60 in Eingriff
befindet.
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Der
Halter 58 umfasst eine kannelierte Spitze 62,
durch die das Gewinde der Mutter 32 von Druckluft umströmt wird,
und einen Kolbenverlängerungseinsatz 64.
Die kannelierte Spitze 62 ist mit einer Durchgangsbohrung 63 ausgebildet
und weist einen Innenradius 68 sowie einen Gewindeabschnitt 70 auf.
Der Kolbenverlängerungseinsatz 64 weist
einen mit einem Gewinde versehenen ersten Außenradius 72, einen
zweiten Außenradius 74 und
eine Durchgangsbohrung 76 auf, die mit der Durch gangsbohrung 63 der
kannelierten Spitze in Fluidverbindung steht. Der Kolbenverlängerungseinsatz 64 ist mit
einem ersten Innenradius 78, einem zweiten Innenradius 80 und
einem dritten Innenradius 82 ausgebildet, der ebenfalls
ein Innengewinde aufweist. Der Körperabschnitt 60 des
ersten Betätigungskolbens 54 ist
mit einer axialen Durchgangsbohrung 84 ausgebildet. Die
axiale Durchgangsbohrung 84 des Körperabschnitts weist einen
ersten Innenradius 86, einen zweiten Innenradius 88 und
einen dritten Innenradius 90 auf. Ein Polymer-Isolierabschnitt 92 ist zwischen
dem Körperabschnitt 60 und
dem die kannelierte Spitze aufweisenden Halter 58 angeordnet und
dient dazu, den kannelierten Spitzenabschnitt von dem übrigen Teil
der Luftzufuhr-Schweißpistole 30 elektrisch
zu isolieren.
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Der
Körperabschnitt 60 ist
außerdem
mit einer Luftdurchlassquerbohrung 94 und Durchgangsschlitzen 96 und
einem Befestigungsflansch 98 ausgebildet, der dazu dient,
den ersten Betätigungskolben 54 an
der Hauptkolbenanordnung 42 zu befestigen.
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Im
zweiten Innenradius 88 der Axialbohrung des Körperabschnitts
ist ein zweiter Innenkolben 100 angeordnet. Der zweite
Innenkolben 100 ist aus einer geschlossenen ersten Stellung 102 in
eine geöffnete zweite
Stellung 104 verschiebbar (siehe 8). In geschlossener
Stellung 102 verschließt
der zweite Innenkolben 100 die Luftdurchlassquerbohrung 94. In
geöffneter
Stellung 104 gestattet der zweite Innenkolben 100 den
Durchfluss von Luft oder Schweißgasen
durch die Luftdurchlassquerbohrung 94 in die Axialbohrung 84 des
Körperabschnitts.
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Der
zweite Innenkolben 100 ist außerdem mit einem Durchlass 105 ausgebildet,
in dem ein Stift 106 aufgenommen ist. Der Stift 106 ist
außerdem
in den im Körperabschnitt 60 ausgebildeten
Durchgangsschlitzen 96 angeordnet und ermöglicht die
Bewegung des zweiten Innenkolbens 100 von seiner geschlossenen
ersten Stellung 102 in seine geöffnete Stellung 104.
Der Stift 106 wirkt als Mechanismus zur Bewegung des zweiten
Innenkolbens 100 gegenüber
der Arbeitskammer 40. Der Stift liegt außerdem an
der vorderen Wand 50 an, wie später noch beschrieben werden
wird.
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Weiterhin
befindet sich in der Axialbohrung des Körperabschnitts ein Federelement 107,
das an dem rückwärtigen Abschnitt 110 des
zweiten Innenkolbens 100 axial anliegt. An dem entgegengesetzten
Ende der Feder 107 ist ein mit einem Flansch versehener
Kolbenstopfen 108 angeordnet, der das Federelement mit
der Hauptkolbenanordnung 42 koppelt. An dem mit dem Flansch
versehenen Kolben stopfen 108 ist ein Fuß 109 ausgebildet,
der dazu dient, den Kolbenstopfen 108 in der Hauptkolbenanordnung 42 zu
stabilisieren. Der Kolbenstopfen 108 weist außerdem einen
Körperabschnitt 112 auf,
dessen Umfang annähernd
gleich dem Umfang des zweiten Innenkolbens 100 ist. Der
Körperabschnitt 112 ist
außerdem
in dem zweiten Innenradius 88 der Axialbohrung 84 des
Körperabschnitts
angeordnet. Aufgabe des mit dem Flansch versehenen Kolbenstopfens 108 ist
es, die Feder 107 zwischen dem Kolbenstopfen 108 und
dem zweiten Innenkolben 100 zusammenzudrücken.
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Dadurch
wird die Feder in die Lage versetzt, den zweiten Innenkolben 100 normalerweise
in seine geschlossene Stellung 102 vorzuspannen, die durch den
Stift 107 [sic!] in dem Durchgangsschlitz 96 bestimmt
ist. Der erste [sic!] Innenkolben 100 hat eine Abstützfläche 101,
die an einem in der Axialbohrung 56 ausgebildeten Sitz 103 anliegt.
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Unmittelbar
angrenzend an den Fuß 109 des mit
dem Flansch versehenen Kolbenstopfens 108 sind mehrere
Federscheiben 111 vorgesehen, um den Kolbenstopfen 108 in
eine erste vordere Stellung 112 vorzuspannen. Die Federscheiben 111 sind
von einem durchgehenden Stift 113 fixiert, der sich durch eine
Durchgangsquerbohrung 114 in der Hauptkolbenanordnung 42 erstreckt.
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Insgesamt
bezugnehmend auf 2, die die Hauptkolbenanordnung 42 der
Luftzufuhr-Schweißpistole 30 in
ihrer vollständig
eingefahrenen Stellung darstellt, ist Druckluft durch den Luftdurchlass 128 in die
erste Arbeitskammer 44 eingeleitet worden. In dieser Stellung
wird eine Mutter 32 von dem Luftfördermechanismus 33 dem
Aufnahmeteil 122 zugeführt.
Wie ersichtlich, wird aus der Luftzuführleitung 124 ankommende
Luft oder Schweißgas
unter Druck von der Hauptkolbenanordnung allgemein blockiert.
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3 zeigt
die kannelierte Spitze 62 der Hauptkolbenanordnung 42 in
Eingriff mit der Schweißmutter 32 und
bei deren Eindrücken
in die Klemmhülse 36.
Wie ersichtlich, ist die Hauptkolbenanordnung 42 aus einer
ersten Stellung 126 durch Druckerhöhung in der zweiten Arbeitskammer 46 in eine
Zwischenstellung 127 bewegt worden. Die zweite Arbeitskammer 46 ist
mit Druck beaufschlagt. Anzumerken ist, dass die Luftzuführleitung 124 durch den
ersten Betätigungskolben 54 verschlossen
ist. In der Zwischenstellung 127 ist der zweite Innenkolben 100 von
der Feder 107 in seine vordere Stellung vorgespannt. Der
Stift 106 ist im Durchgangsschlitz 96 nach vorne vorgespannt,
um den zweiten Innenkolben 100 so zu positionieren, dass
er die Luftdurchlassquerbohrung 94 fluiddicht verschließt.
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4 stellt
die erfindungsgemäße Luftzufuhr-Schweißpistole 30 mit
der Hauptkolbenanordnung 42 in einer zweiten Zwischenstellung 130 dar.
In der zweiten Zwischenstellung 130 befindet sich der Stift 106 in
Anlage an der vorderen Wand 50 des Arbeitszylinders 40.
Aufgabe des Stiftes 106 ist es, den zweiten Innenkolben 100 in
seiner Vorwärtsbewegung
anzuhalten. An diesem Punkt ist die Luftdurchlassquerbohrung 94 mit
der Luftzuführleitung 124 in Fluidverbindung.
Anzumerken ist jedoch, dass die Luftdurchlassquerbohrung 94 von
dem zweiten Innenkolben 100 gegen die Axialbohrung 56 des
ersten Betätigungskolbens 54 dichtend
verschlossen ist.
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Wie
in 5 dargestellt, wird bei der Vorwärtsbewegung
der Hauptkolbenanordnung 42 in Richtung auf die vordere
Wand 50 die Feder 107 zusammengedrückt, und
der erste Betätigungskolben 54 bewegt
die Mutter 32 in ihre vordere Stellung. Während der
erste Betätigungskolben 54 von
der Hauptkolbenanordnung 42 nach vorne gedrückt wird, wird
der zweite Innenkolben 100 durch Anlage des Stiftes 106 an
der vorderen Wand 50 festgehalten. An diesem Punkt steht
die Luftdurchlassquerbohrung 94 sowohl mit der Luftzuführleitung 124 als
auch mit der Axialbohrung 56 des ersten Betätigungskolbens 54 in Fluidverbindung.
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Insgesamt
bezugnehmend auf die 6 und 7, ist die
Mutter 32 in ihrer vollständig ausgefahrenen und die
Schweißstellung
einnehmenden Position in der Klemmhülse 36 dargestellt.
Die Luftdurchlassquerbohrung 94 ist voll fluchtend mit
der Luftzuführleitung 124 ausgerichtet,
so dass Luft oder Schweißgas
ungehindert die Axialbohrung 56 des ersten Betätigungskolbens 54 passieren
kann. Eine Steuerung (nicht dargestellt) betätigt dann ein Ventil (nicht
dargestellt), das Luft von der Luftzuführleitung 124 in die
Axialbohrung 56 des ersten Betätigungskolbens 54 fließen lässt. Wie
in 7 dargestellt, fließt die Luft oder das Schweißgas durch
die Axialbohrung 56, bis sie auf einen Konus 136 der
kannelierten Spitze 62 treffen. Der Konus und die kannelierte
Spitze 62 sorgen für
Verteilung und Zirkulation der Luft oder des Schweißgases in
dem Gewindeabschnitt 138 der Mutter 32 und schützen damit
das Gewinde während
des Schweißvorgangs.
Zu diesem Zeitpunkt wird die zweite Arbeitskammer 46 mit
vollem Druck beaufschlagt. Strom wird an die Klemmhülse 36 angelegt,
um Mutter 32 und Trägermaterial (nicht
dargestellt) miteinander zu ver schweißen. Während des Schweißvorgangs
wird Luft oder nicht entzündbares
Gas wie Stickstoff, Helium, Luft oder Argon durch die Luftzuführleitung 124 eingegeben. Die
Axialbohrung kann auch dazu verwendet werden, Schweißgase in
den Schutzschirm 140 der Luftzufuhr-Schweißpistole 30 einzuführen.
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Wie
aus 8 am besten ersichtlich, wird nach Beendigung
des Schweißgangs
Druckluft durch die Luftzuführleitung 142 in
die erste Arbeitskammer 44 des Laderohrs 40 eingeleitet.
Dadurch wird die Hauptkolbenanordnung 42 von der Wand 50 weg nach
hinten gedrückt,
wodurch der zweite Innenkolben 100 die Luftdurchlassquerbohrung 94 fluiddicht verschließen kann,
so dass die Fluidverbindung zwischen der Luftzuführleitung 124 und
der Axialbohrung 56 gesperrt ist. Zusätzlich wird die kannelierte Spitze 62 von
der Mutter abgezogen, so dass sich die Luftzufuhr-Schweißpistole 30 von
der Mutter 32 lösen
kann. Die Hauptkolbenanordnung 42 fährt zurück, bis sie an der rückwärtigen Wand 48 des
Laderohrs 40 (in 2 dargestellt)
zur Anlage gelangt.