DE69504372T2

DE69504372T2 - Kraftgesteuerte widerstandschweissvorrichtung

Info

Publication number: DE69504372T2
Application number: DE69504372T
Authority: DE
Inventors: Patrick F-75016 Paris Habert
Original assignee: Renault SAS
Current assignee: Renault SAS
Priority date: 1994-12-30
Filing date: 1995-12-21
Publication date: 1999-04-29
Anticipated expiration: 2015-12-22
Also published as: EP0801600B1; FR2728820A1; US6204468B1; DE69504372D1; FR2728820B1; WO1996020805A1; ES2120787T3; EP0801600A1

Description

Die vorliegende Erfindung hat eine kraftgeregelte Vorrichtung zur Widerstandsschweißung zum Gegenstand, die insbesondere im Fahrzeugbau für die Montage der Fahrzeugkarosserien Verwendung findet.
Insbesondere aus den Dokumenten FR-A-2.585.976 und FR- A-88/09915 sind Vorrichtungen zur Widerstandsschweißung mit Zange bekannt, die zwei Elektrodenhalterarme umfassen, welche in bezug aufeinander verschiebbar sind und die zu verschweißenden Bleche zwischen den Elektroden einklemmen können. Wenigstens einer der Arme ist mit Antriebsmitteln wie einem Schraube/Mutter-System verbunden, das von einem Elektromotor angetrieben wird, der von einer Mikrorechnereinheit gesteuert wird, die insbesondere dazu bestimmt ist, den Abstand der Elektroden und die auf die Bleche ausgeübte Kraft zu kontrollieren. Diese Widerstandsschweißvorrichtungen weisen außerdem Mittel zur Stromversorgung der Elektroden über insbesondere Schweißtransformatoren auf, die spannungserniedrigende Transformatoren bilden, welche mittels Schaltkästen gesteuert werden, die den Strom gemäß vorbestimmten Zyklen durch die Elektroden fließen lassen können.
Derartige bekannte Vorrichtungen müssen, um die korrekte Verschweißung der Bleche zu gewährleisten und um diese Schweißqualität im Verlauf der Zeit auf einem gleichbleibenden Niveau zu halten, die durch die Elektroden auf die Bleche ausgeübte Klemmkraft perfekt kontrollieren.
Diese Regelung der Klemmkraft der Elektroden erfolgt gemäß dem vorgenannten Stand der Technik klassischerweise entsprechend zwei verschiedenen Verfahren:
- entweder im offenen Regelkreis dank der elektronischen Steuerung des Elektromotors, welche die Steuerung der Stärke des Speisestromes des Motors und somit des Drehmoments dieses letzteren ermöglicht, wobei dieses Verfahren voraussetzt, daß die Klemmkraft direkt von dem Strom, der den Motor speist, abhängt, wobei der Wirkungsgrad des Schraube/Mutter-Systems bekannt ist und als konstant angenommen wird;
- oder auch im geschlossenen Regelkreis unter Verwendung eines Kraftaufnehmers, der in der Mechanik der Schweißvorrichtung enthalten sein kann, zwischen dem Motor und der Schraube oder besser noch in Höhe der Anwendung der Kraft.
Das Regelungsverfahren im offenen Regelkreis besitzt den Nachteil, daß es wenig genau ist, da es keine Kontrolle der tatsächlich von den Elektroden auf die Bleche ausgeübten Kraft ermöglicht, und was das Regelungsverfahren im geschlossenen Regelkreis betrifft, so besitzt dieses den Nachteil, daß es teuer in der Durchführung ist, da es einen angefügten Aufnehmer samt seinen Anschlüssen benötigt, die sich im übrigen als eine Störungsquelle für die Widerstandsschweißvorrichtung erweisen können.
Das Ziel der vorliegenden Erfindung ist es also, diese Nachteile zu vermeiden, indem sie eine Widerstandsschweißvorrichtung vorschlägt, die eine Regelung der Kraft ermöglicht, die zugleich äußerst genau und einfach zu verwirklichen ist.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Widerstandsschweißung umfaßt zwei Schweißelektroden, die in bezug aufeinander verschiebbar sind und die zu verschweißenden Bleche zwischen sich einklemmen können, wobei wenigstens eine dieser Elektroden zu diesem Zweck mit Antriebsmitteln verbunden ist, die von einem Schraube/Mutter-Mechanismus gebildet werden, der von einem Elektromotor angetrieben wird, wobei diese Antriebsmittel mit elektronischen Steuermitteln verbunden sind, welche die Kraft, mit der die Elektroden die zu verschweißenden Bleche einklemmen, kontrollieren können, indem sie den Speisestrom des Elektromotors steuern, wobei der Schraube/Mutter-Mechanismus, der die Kraft des Motors auf die Elektroden überträgt, reversibel und von hohem Wirkungsgrad ist.
Erfindungsgemäß ist die Vorrichtung zur Widerstandsschweißung dadurch gekennzeichnet, daß die elektronischen Steuermittel die Klemmkraft der Elektroden durch eine Rege lung im geschlossenen Regelkreis anhand des Bildes des den Elektromotor durchfließenden Speisestromes kontrollieren.
Gemäß einem anderen Merkmal der den Gegenstand der Erfindung bildenden Vorrichtung zur Widerstandsschweißung ist der Schraubenlinienwinkel des Gewindes der Schraube des Schraube/Mutter-Mechanismus größer als sechs Grad.
Gemäß einem weiteren Merkmal der den Gegenstand der Erfindung bildenden Vorrichtung zur Widerstandsschweißung beträgt der Schraubenlinienwinkel des Gewindes der Schraube des Schraube/Mutter-Mechanismus zwischen sechs und zehn Grad.
Gemäß einem weiteren Merkmal der den Gegenstand der Erfindung bildenden Vorrichtung zur Widerstandsschweißung steuert der die elektronischen Steuermittel bildende Mikrorechner den Speisestrom des Elektromotors mittels eines Stromgenerators, der ihm über eine spezifische Verbindung das Bild des den Elektromotor speisenden Stromes übermittelt.
Die Ziele, Erscheinungsformen und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden besser verständlich anhand der nachstehend vorgelegten Beschreibung einer Ausführungsform der Erfindung, die als nicht einschränkendes Beispiel unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen gegeben wird, wobei:
Fig. 1 eine allgemeine schematische Ansicht einer erfindungsgemäßen Widerstandsschweißvorrichtung ist;
Fig. 2 eine im Teilschnitt dargestellte Ansicht des Antriebssystems der Elektroden der Widerstandsschweißvorrichtung gemäß der Linie II-II von Fig. 1 ist.
Es sind nur die zum Verständnis der Erfindung notwendigen Elemente dargestellt. Um das Lesen der Zeichnungen zu erleichtern, werden von Figur zu Figur gleiche Bezugszeichen zur Bezeichnung gleicher Teile verwendet.
In Fig. 1 ist eine mit 1 bezeichnete Vorrichtung zur Widerstandsschweißung dargestellt, wie sie insbesondere beim Fahrzeugbau Verwendung findet. Diese Vorrichtung besteht herkömmlicherweise aus einem Rahmen 10, der einen numerisch gesteuerten Schweißkopf trägt, der von einer sogenannten X-förmigen Zange gebildet wird, die dazu bestimmt ist, einen Schweißpunkt herzustellen. Diese Zange wird von zwei Armen 2 und 3 gebildet, die jeweils in einer Schweißelektrode 21 bzw. 31 enden. Diese Elektroden 21, 31 sind in bezug aufeinander verschiebbar und können nicht dargestellte Bleche, die verschweißt werden sollen, zwischen sich einklemmen; zu diesem Zweck ist ein Arm 2 fest montiert und mit dem Rahmen 10 einstückig und ist ein Arm 3 beweglich montiert und um ein Gelenk 4 drehbar.
Der bewegliche Arm 3 wird mittels einer Mutter 9 zur Drehung angetrieben, die an dem freien, der Elektrode 31 gegenüberliegenden Ende angelenkt ist. Diese Mutter 9 wird mittels eines Antriebssystems mit Schraube axial verschoben, das von einem Elektromotor 6 angetrieben wird, der von einem programmierbaren Mikrorechner gesteuert wird, welcher insbesondere dazu bestimmt ist, die Verschiebungen des beweglichen Armes 3 zu steuern und die von den Elektroden 21, 31 auf die zu verschweißenden Bleche ausgeübten Klemmkräfte zu regulieren.
Die Stromversorgung der Elektroden erfolgt auf an sich bekannte Weise mittels eines nicht dargestellten Schaltkastens, der durch eine Kommunikationsverbindung zwischen dem Mikrorechner und dem Schaltkasten den Schweißablauf im Synchronismus mit der Klemmung der Bleche durch die Elektroden 21, 31 steuert.
Das Antriebssystem des beweglichen Armes 3 wird in Übereinstimmung mit Fig. 2 genauer dargelegt. Der Elektromotor 6 von der Art eines Autosynchronmotors oder kommutatorlosen Motors, der auf dem feststehenden Arm gelenkig angebracht ist, treibt direkt oder, wie dargestellt, mittels eines Antriebssystems mit Zahnrädern 13 eine Walzenschraube 8 zur Drehung an, die in die entsprechende Mutter 9 eingreift, welche mit dem beweglichen Arm einstückig ist. So hat die Drehung der Schraube 8 in die eine oder die andere Richtung die axiale Verschiebung der Mutter 9 zur Folge, was eine entsprechende Drehbewegung des Armes 3 um sein Gelenk 4 bewirkt.
Der Elektromotor 6 wird also in beiden Richtungen durch einen Leistungsregler gesteuert, der einen Stromgenerator 12 bildet, welcher von dem Mikrorechner 7 gesteuert wird. Der Mikrorechner 7 steuert und kontrolliert die Verschiebung des beweglichen Armes 3 bis zur Berührung der Bleche, die von den beiden Elektroden 21, 31 verschweißt werden sollen, und bestimmt dann die von diesen Elektroden auf die Bleche auszuübende Kraft, bevor der Schaltkasten die Elektroden mit Strom versorgt. Wenn der Schweißvorgang abgeschlossen ist, entfernt der Mikrorechner 7 den Arm 3, um die Bleche freizugeben und die Herstellung eines neuen Schweißpunktes zu ermöglichen.
Die von dem Mikrorechner 7 gesteuerte Kraft wird anhand vorprogrammierter Werte bestimmt, die in seinem Speicher enthalten sind, wobei diese Kraft konstant oder auch im Verlauf des gewählten Schweißzyklus veränderlich sein kann. Der Mikrorechner 7 leitet also von diesem gespeicherten Wert den Sollwert des den Motor 6 speisenden Stromes und folglich die entsprechende Steuerung des Stromgenerators 12 ab.
Der Mikrorechner 7 vergleicht dann den geforderten Sollwert des Stromes mit dem tatsächlichen Wert, der den Motor 6 durchfließt und der ihm durch eine spezifische Leitung 14 übermittelt wird, die an den Stromgenerator 12 angeschlossen ist, und bestimmt einen Fehlerwert, der, multipliziert mit einem vordefinierten Koeffizienten, den auf den Stromgenerator 12 anzuwendenden Korrekturbefehl liefert, um dementsprechend den Motor 6 zu speisen und die gewünschte Klemmkraft der Elektroden zu erzielen.
Diese Korrektur der während der Bearbeitung auf den Schweißpunkt ausgeübten Kraft im geschlossenen Regelkreis, die Gegenstand der Erfindung ist, basiert nur auf der Messung des Stromes, der den Elektromotor 6 durchfließt, was folglich eine äußerst genaue Kontrolle der auf die Elektro den ausgeübten Kraft gestattet, und dies auf eine besonders einfach durchzuführende Weise.
Es ist anzumerken, daß es, um diese Regelung der Klemmkraft der Schweißelektroden im geschlossenen Regelkreis zu ermöglichen, erforderlich ist, daß zwischen dem Wert des Stromes, der den Motor 6 speist, und der tatsächlich zwischen den Elektroden ausgeübten Kraft eine konstante, genaue und wiederholbare Beziehung besteht, so daß einem bestimmten Strom eine bestimmte Kraft entspricht und umgekehrt. Diese Beziehung ist gewährleistet, sobald das Schraube/Mutter-Antriebssystem einen hohen Wirkungsgrad aufweist und mechanisch reversibel ist.
Man erfüllt diese beiden Bedingungen durch eine sorgfältige Wahl des Schraubenlinienwinkels der Schraube. Die Anmelderin konnte nämlich zeigen, daß das System bei einem Schraubenlinienwinkel des Gewindes der Schraube 8 von über sechs Grad mechanisch reversibel wird und daß der Wirkungsgrad, der bei einem Schraubenlinienwinkel von etwa sieben Grad maximal ist, anschließend gleichmäßig abnimmt. Hieraus folgt, daß der Schraubenlinienwinkel der Schraube 8 vorzugsweise zwischen sechs und zehn Grad gewählt wird.
Natürlich ist die Erfindung keineswegs auf die beschriebene und dargestellte Ausführungsform beschränkt, die nur als Beispiel gegeben wurde.
Die Erfindung schließt im Gegenteil sämtliche technischen Äquivalente der beschriebenen Mittel sowie ihre Kombinationen ein, wenn diese gemäß ihrem Geist ausgeführt sind.
So ist die erfindungsgemäße Vorrichtung nicht von der Form der Zange abhängig, die den Schweißkopf definiert und die folglich X-förmig mit Drehbewegung, meißelförmig oder auch J- oder C-förmig sein kann, mit einer geradlinigen oder gleitenden Bewegung des oder der beweglichen Arme.

Claims

1. Vorrichtung zur Widerstandsschweißung mit zwei Schweißelektroden (21, 31), die in bezug aufeinander verschiebbar sind und die zu verschweißenden Bleche zwischen sich einklemmen können, wobei wenigstens eine (31) zu diesem Zweck mit Antriebsmitteln verbunden ist, die von einem Schraube/Mutter-Mechanismus (8, 9) gebildet werden, der von einem Elektromotor (6) angetrieben wird, wobei diese Antriebsmittel mit elektronischen Steuermitteln (7) verbunden sind, welche die Kraft, mit der die Elektroden (21, 31) die zu verschweißenden Bleche einklemmen, kontrollieren können, indem sie den Speisestrom des Elektromotors (6) steuern, wobei diese Vorrichtung außerdem Mittel zur Stromversorgung der Elektroden umfaßt, wobei der Schraube/Mutter-Mechanismus, der die Kraft des Motors (6) auf die Elektroden (21, 31) überträgt, reversibel und von hohem Wirkungsgrad ist, dadurch gekennzeichnet, daß die elektronischen Steuermittel (7) die Klemmkraft der Elektroden durch eine Regelung im geschlossenen Regelkreis anhand des Bildes des den Elektromotor (6) durchfließenden Speisestromes kontrollieren.

2. Vorrichtung zur Widerstandsschweißung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schraubenlinienwinkel des Gewindes der Schraube (8) größer als sechs Grad ist.

3. Vorrichtung zur Widerstandsschweißung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Schraubenlinienwinkel des Gewindes der Schraube (8) zwischen sechs und zehn Grad beträgt.

4. Vorrichtung zur Widerstandsschweißung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der die elektronischen Steuermittel bildende Mikrorechner (7) den Speisestrom des Elektromotors (6) mittels eines Stromgenerators (12) steuert, der ihm über eine spezifische Verbindung (14) das Bild des den Elektromotor (6) speisenden Stromes übermittelt.