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Erfindungsgebiet
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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Positioniervorrichtung zum Drehen
bzw. zum Verändern der
Ausrichtung eines Werkstücks,
das bearbeitet, beispielsweise geschweißt oder geschnitten, wird.
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Hintergrund der Erfindung
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In
den letzten Jahren haben sich Verfahren unter Einsatz von Industrierobotern
sehr schnell entwickelt und dementsprechend ist der Markt auf eine Positioniervorrichtung
als eines der Peripheriegeräte von
Robotern aufmerksam geworden.
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Anhand
von 4 wird eine konventionelle Positioniervorrichtung
beschrieben. 4 veranschaulicht den Aufbau
der konventionellen Positioniervorrichtung, die ausschließlich zum
Schweißen verwendet
wird. Wie in 4 dargestellt, wird auf einem
Drehtisch 21 aus einem leitenden Material eine Einspannvorrichtung 32 aufgenommen
und von dem Drehtisch 21 gedreht. Ein zu bearbeitendes
Werkstück
wird mit der Einspannvorrichtung 32 positioniert. Ein leitendes
Rohr 22 wird als Drehwelle unter Druck in die Mitte des
Drehtisches 21 eingepasst. Ein leitender Kollektorring 23 wird
an einem Abschnitt in der Nähe
des anderen Endes von Rohr 22 befestigt, und die Unterseite
des Kollektorrings wird plan bearbeitet und kommt mit der Kohlebürste 24 in
Kontakt. Die Kohlebürste 24 ist
ringförmig
und wird von der Feder 25 so nach oben gedrückt, dass
die Kohlebürste 24 den
Kontakt mit dem Kollektorring 23 bei einem bestimmten Kontaktdruck
aufrechterhält,
so dass der Schweißstrom
folglich durch die Kohlebürste 24 und dem
Kollektorring 23 verläuft.
Die Kohlebürste 24 ist konzentrisch
zur Drehwelle 22 derart angeordnet, dass sie nicht direkt
die Welle 22 berührt.
Mit Stiften 26 wird die Kohlebürste 24 an der Unterseite
fixiert, um zu verhindern, dass sie durch die an der Kontaktfläche mit
dem Kollektorring 23 erzeugte Reibungskraft gedreht wird. Über das
Kabel 34 ist die Kohlebürste
an eine außen
gelegene Schweiß-Stromversorgung
angeschlossen. Der Motor 27 treibt den Drehtisch 21 an
und verfügt über eine
erste Riemenscheibe 28 an der Drehwelle. An der Drehwelle 22 befindet
sich eine zweite Riemenscheibe 29. Die erste und die zweite
Riemenscheibe 28 und 29 sind mit einem Synchronriemen 30 derart
miteinander verbunden, dass die Drehung des Motors 27 über die erste
Riemenscheibe 28 und den Synchronriemen 30 zur
zweiten Riemenscheibe 29 übertragen und die Welle 22 somit
gedreht wird. Die Einspannvorrichtung 32 am Drehtisch 21 ist
gewöhnlich
mit Schläuchen,
durch die beispielsweise Druckluft zum Einspannen des Werkstücks gelangt,
und mit Kabeln von einem Sensor verbunden, der das Werkstück erfasst.
Diese Schläuche
und Kabel 33 verlaufen durch die hohle Welle 22,
bevor sie mit dem Werkstück
verbunden werden. Das Außengehäuse 31 weist
Fenster auf, durch die ein Benutzer einen Vorgang im Innern überwachen
kann.
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Die
wie oben erörtert
aufgebaute Positioniervorrichtung hat die folgenden Vorteile gegenüber einer
Positioniervorrichtung, bei der eine Kohlebürste am Außenrand eines Kollektorrings
angeordnet ist, die den Kontakt mit dem Kollektorring beibehält: Sie hat
in radialer Richtung einen kleinen Körper; eine plane Kontaktfläche zwischen
dem Kollektorring und der Kohlebürste
kann mühelos
bearbeitet werden und die Plan- bzw. Ebenheit kann problemlos aufrechterhalten
bleiben.
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Bei
der konventionellen Positioniervorrichtung sind demgegenüber noch
immer Probleme erkennbar, d.h. die Kohlebürste 24 unterliegt
einem schnellen Verschleiß aufgrund
des Abriebs an der Kontaktfläche
mit dem Kollektorring 23 infolge der Drehung des Drehtisches 21.
Durch das auf der Kontaktfläche
verbleibende Abriebmaterial wird mitunter der Kontakt zwischen dem
Kollektorring 23 und der Kohlebürste 24 instabil.
Durch diesen instabilen Kontakt erhöht sich der Spannungsabfall
an der Kontaktfläche,
wodurch der Schweißstrom
instabil wird. Im Ergebnis dessen treten Schweißfehler auf. Im Extremfall
entstehen Funken an der Kontaktfläche, die sowohl die Kontaktflächen des
Kollektorrings 23 als auch der Kohlebürste 24 erheblich
beschädigen
würden.
Deshalb muss das Abriebmaterial von der Kohlebürste 24 entfernt und
die beschädigten
Kontaktflächen
müssen
repariert werden, woraus sich zusätzliche Wartungskosten ergeben.
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Die
Wartungsarbeiten, z.B. der Austausch der verschlissenen Kohlebürste 24 und
die Reparatur der Kontaktflächen
des Kollektorrings 23 und der Kohlebürste 24 machen aufwendige
Tätigkeiten
erforderlich, wie z.B. das Demontieren der Drehwelle 22, um diese
Elemente entnehmen zu können.
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US-A-4
831 234 legt einen automatischen Schweiß-Drehtisch zum Zusammenschweißen auseinander
geschnittener Hälften
eines Austausch-Drehmomentwandlers offen. Ein Motor dreht den Drehmomentwandler,
während
der Spitze eines Lichtbogenschweißgerätes mit Drahtzuführung Draht zugeführt wird.
Der Drehtisch ist auf einer leitenden Welle angeordnet, und eine
Bürste
wird im elektrischen Kontakt mit der Welle gehalten, um den Drehmomentwandler über die
Welle zu erden.
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US-A-4
420 199 legt einen Drehgelenk-Kabelverbinder mit wenigstens zwei
elektrisch leitenden Schleifringelementen mit frei drehbaren Kontaktflächen offen,
die gegenseitig miteinander in Reibungseingriff stehen. Die Schleifringelemente
bestehen aus einem geeigneten elektrisch leitenden Material, wie
beispielsweise Kupfer, und enthalten eine Vielzahl sich radial erstreckender
Nuten.
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US-A-4
805 829 fegt eine Positioniervorrichtung mit einem dreh- und kippbaren
Arbeitstisch zum Auflegen von zu bearbeitenden Bauteilen offen.
Die Vorrichtung verfügt über einen
Rahmen und einen Träger,
der auf dem Rahmen montiert ist und Lager aufweist, die ein Gehäuse drehbar
lagern. Der Arbeitstisch ist weiterhin zu dem Gehäuse drehbar
und kann mittels eines Hydraulikmotors gedreht werden.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung wendet sich den oben erwähnten Problemen zu und zielt
darauf ab, eine Positioniervorrichtung zu schaffen, die einen stabilen
Schweißstrom
bereitstellt, indem der Einfluss von Abriebmaterial vermieden wird,
und die die Wartungsarbeiten beim Austausch der Kohlebürste vereinfacht.
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Die
vorliegende Erfindung schafft eine Positioniervorrichtung gemäß Anspruch
1.
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Bei
einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung umfasst eine Positioniervorrichtung die vorliegenden
Elemente:
- (a) einen leitenden Drehtisch, auf
dem sich ein Werkstück
befindet;
- (b) eine leitende Drehwelle, die den Drehtisch hält;
- (c) einen leitenden Kollektorring, der konzentrisch an der Drehwelle
befestigt ist;
- (d) eine Kohlebürste,
die mit einer Fläche
des Kollektorrings in Kontakt ist;
- (e) einen Motor zum Antreiben der Drehwelle;
- (f) eine erste Riemenscheibe, die an einer Abtriebswelle des
Motors angeordnet ist;
- (g) eine zweite Riemenscheibe, die an der Drehwelle angeordnet
ist und über
einen Synchronriemen mit der ersten Riemenscheibe gekoppelt ist, so
dass sich die Drehwelle synchron mit der ersten Riemenscheibe drehen
kann;
- und (h) ein äußeres Gehäuse zum
Aufnehmen des Drehwellen-Antriebsabschnitts, der den Kollektorring
und die Kohlebürste
enthält.
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Auf
der Kontaktfläche
der Kohlebürste
mit dem Kollektorring können
radiale Nuten ausgebildet sein, und die Kohlebürste kann in mehrere Abschnitte unterteilt
sein.
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Die
erfindungsgemäße Positioniervorrichtung
ermöglicht
es, dass Abriebmaterial auf den Kontaktflächen über die auf der Kontaktfläche der
Kohlebürste
ausgebildeten radialen Nuten abgeführt wird. Dadurch wird der
Kontakt zwischen dem Kollektorring und der Kohlebürste stabil
und es kommt weder zu einem abnormalen Spannungsabfall noch zur Funkenbildung
zwischen ihnen. Dadurch wird die Lebensdauer des Kollektorrings
und der Kohlebürste wesentlich
erhöht.
Da die Kohlebürste
weiterhin in mehrere Abschnitte unterteilt sein kann, lässt sie
sich austauschen, ohne die Drehwelle der Positioniervorrichtung
zu demontieren.
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Kurze Beschreibung der
Zeichnungen
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1 zeigt
den Aufbau einer Positioniervorrichtung entsprechend einer beispielhaften
erfindungsgemäßen Ausführungsform.
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2A ist
eine Draufsicht auf die erfindungsgemäße Kohlebürste.
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2B ist
eine Seitenansicht der erfindungsgemäßen Kohlebürste.
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3 veranschaulicht
den Aufbau eines Schweißsystems
unter Verwendung eines Roboters und einer Positioniervorrichtung.
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4 zeigt
den Aufbau einer konventionellen Positioniervorrichtung.
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Beschreibung der bevorzugten
Ausführungsform
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Nachstehend
wird anhand der beigefügten Zeichnungen
eine beispielhafte Ausführungsform
der Erfindung beschrieben. 1 bildet eine
als Beispiel angeführte
Ausführungsform
der Erfindung ab. In den 2A und 2B ist
eine Kohlebürste
dargestellt, die in einer erfindungsgemäßen Positioniervorrichtung
verwendet wird.
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In 1 besteht
der Drehtisch 1 aus einem leitenden Material, auf dem mit
Hilfe einer Einspannvorrichtung 13 ein Werkstück platziert
wird. In der Mitte von Drehtisch 1 wird eine leitende Drehwelle 2 durch
Presspassung oder mittels anderer Verfahren montiert. Am anderen
Ende der Welle 2 wird ein leitender Kollektorring 3 fixiert,
und eine Unterseite des Kollektorrings wird plan bearbeitet und
kommt mit der Kohlebürste 4 in
Kontakt. Die Kohlebürste 4 ist
als Ring ausgebildet und wird von der Feder 5 nach oben gedrückt, so
dass die Kohlebürste 4 mit
einem bestimmten Kontaktdruck mit dem Kollektorring 3 in Kontakt
bleibt, wobei ein Schweißstrom
durch die Kohlebürste 4 und
den Kollektorring 5 hindurch verläuft. Die Kohlebürste 4 ist
konzentrisch zur Drehwelle 2 angeordnet, und zwar so, dass
sie nicht direkt die Welle 2 berührt. Stifte 6 halten
die Kohlebürste
an ihrer Unterseite fest, um zu verhindern, dass sie von Reibungskräften gedreht
wird, die an der Kontaktfläche
mit dem Kollektorring 3 erzeugt werden. Die Stifte 6 werden
in Löcher
eingesetzt, die auf der Isolatorplatte 8 im unteren Teil
des Außengehäuses 7 ausgestanzt
wurden. Da die Stifte 6 in die Löcher eingeschoben werden, kann
die Kohlebürste 4 mittels
der Feder 5 den vorgegebenen Kontaktdruck gegen den Kollektorring
aufrechterhalten; weiterhin wird verhindert, dass die Kohlebürste 4 durch
die Drehung des Kollektorrings 3 gedreht wird.
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Der
Motor 9 treibt den Drehtisch 1 an und hat eine
erste Riemenscheibe 10 auf der Drehwelle. Die Drehwelle 2 verfügt über eine
zweite Riemenscheibe 11. Die erste und die zweite Riemenscheibe 10 und 11 sind
so über
einen Synchronriemen 12 miteinander verbunden, dass die
Drehung von Motor 9 über die
erste Riemenscheibe 10 und den Synchronriemen 12 auf
die zweite Riemenscheibe 11 übertragen wird und so die Welle 2 gedreht
wird. Die Ausführungsform
aus 1 verwendet Riemenscheiben und einen Synchronriemen
als Mechanismus zum Übertragen
der Antriebskraft von Motor 9; es könnte jedoch auch ein anderer
Mechanismus, z.B. eine Vielzahl von Zahnrädern, dasselbe Ergebnis herbeiführen.
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Die
Einspannvorrichtung 13 am Drehtisch 1 ist gewöhnlich mit
Schläuchen
verbunden, durch die beispielsweise Druckluft zum Einspannen des
Werkstückes
strömt,
so wie mit Kabeln von einem Sensor, der das Werkstück erfasst.
Diese Schläuche
und Kabel 14 verlaufen durch die hohle Welle 2,
bevor sie mit der Einspannvorrichtung 13 verbunden werden. Das
Kabel 15, das an die Kohlebürste 4 angeschlossen
ist, bildet einen Weg für
den Schweißstrom.
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Nachstehend
wird die Kohlebürste 4 gemäß der als
Beispiel angeführten
Ausführungsform
näher beschrieben. 2A und 2B veranschaulichen ein
Beispiel einer Kohlebürste. 2A ist
eine Draufsicht auf die Kohlebürste 4,
die in zwei Abschnitte unterteilt ist. Auf der Oberseite der Kohlebürste 4 sind radiale
Nuten 4a ausgebildet. 2B ist
eine Seitenansicht der Kohlebürste 4.
Da eine Stirnfläche
der Nut 4a zum äußeren Rand
hin mündet,
zeigt 2B die Stirnfläche der
Nuten 4a.
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Somit
wird das durch den Abrieb zwischen der Kohlebürste 4 und dem Kollektorring 5 erzeugte Abriebmaterial
in den auf der Oberseite der Kohlebürste ausgebildeten Nuten 4a gesammelt
und gelangt durch die Nuten 4a nach außen. Dadurch wird das Pulver
abgegeben. Durch diese Konstruktion gibt es keine Möglichkeit
mehr, dass Abriebmaterial zwischen dem Kollektorring 3 und
der Kohlebürste 4 verbleibt.
Folglich wird der Kontakt zwischen dem Kollektorring 3 und
der Kohlebürste 4 stabil,
und es erfolgt weder ein abnormaler Spannungsabfall noch eine Funkenbildung
zwischen ihnen. Dadurch erhöht sich
die Lebensdauer des Kollektorrings 3 und der Kohlebürste 4 wesentlich.
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Da
die Kohlebürste 4 in
zwei Teile untergliedert ist, kann sie entnommen werden, indem lediglich Stifte 6 herausgezogen
werden, wodurch eine umständliche
Arbeit unnötig
wird, d.h. die Demontage der Positioniervorrichtung an sich, einschließlich des Herausziehens
der Drehwelle 2. Durch den Vorgang in umgekehrter Reihenfolge
kann die Kohlebürste 4 mühelos wieder
zusammengesetzt werden.
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Bei
der vorliegenden Ausführungsform
sind radiale Nuten auf der Oberseite der Kohlebürste 4 ausgebildet;
zusätzlich
zu den radialen Nuten sind jedoch auch bogenförmige Nuten 4b, dargestellt
als Strichlinien, konzentrisch zur Welle 2 auf der Oberseite
ausgebildet, wodurch der Effekt noch erhöht wird. Die konzentrische
Nuten 4b können
in einer mehrschichtigen Struktur ausgebildet sein, die beispielsweise
aus zwei oder drei Schichten besteht. Der Querschnitt der Nut 4a ist
rechtwinklig, allerdings kann er auch u- oder v-förmig sein.
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3 veranschaulicht
ein Schweißsystem mit
einem Roboter und der erfindungsgemäßen Positioniervorrichtung.
In 3 ist ein Werkstück 17 (im vorliegenden
Fall ist das Werkstück
zu schweißen) auf
den Drehtisch 1 der Positioniervorrichtung 16 aufgelegt.
An der Spitze des Roboters 18 ist ein Schweißbrenner 19 montiert
und an den Ausgangsanschluss einer Schweiß-Stromversorgung 20 angeschlossen.
Die Polarität
der Schweiß-Stromversorgung 20 hängt von
dem angewandten Schweißverfahren
ab. Das aus der Positioniereinrichtung 16 herausgezogene
Kabel 15 ist an einen Ausgangsanschluss der Schweiß-Stromversorgung
mit anderer Polarität
angeschlossen.
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Über die
Kohlebürste 4,
den Kollektorring 3 und die Drehwelle 2 ist das
Kabel 15 elektrisch an den Drehtisch 1 angeschlossen.
Zwischen dem auf Tisch 1 gehaltenen Werkstück 17 und
dem Schweißbrenner 19 entsteht
ein elektrischer Lichtbogen, wodurch das Werkstück geschweißt wird.
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Durch
die oben erörterte
beispielhafte Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Positioniervorrichtung
wird deutlich, dass das durch die Reibung zwischen der Kohlebürste und
dem Kollektorring erzeugte Abriebmaterial in den Nuten gesammelt
wird, die auf der Oberseite der Kohlebürste ausgebildet sind, und
durch die Nuten nach außen
abgegeben wird. Demzufolge gibt es bei der erfindungsgemäßen Positioniervorrichtung
keine Möglichkeit
mehr, dass Abriebmaterial zwischen dem Kollektorring und der Kohlebürste verbleiben
kann. Somit wird der Kontaktwiderstand zwischen dem Kollektorring
und der Kohlebürste
stabil, so dass kontinuierlich und zuverlässig geschweißt werden
kann. Da es zu keiner Funkenbildung zwischen dem Kollektorring und
der Kohlebürste
kommt, verlängert
sich die Lebensdauer beider Elemente.
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Da
die Kohlebürste
in zwei Teile untergliedert ist, kann sie mühelos entnommen und wieder
eingesetzt werden, wodurch es diese Struktur unnötig macht, die Positioniereinrichtung – einschließlich der Demontage
der Drehwelle 2 – zu
zerlegen. Dieser Aufbau der Positioniervorrichtung verringert folglich Wartungsprobleme.
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Die
vorliegende Erfindung schafft eine ausgezeichnete und langlebige
Positioniervorrichtung, die ein stabiles Schweißen ermöglicht und Wartungsprobleme
verringert.