DE9408587U1

DE9408587U1 - Anordnung zur Reduzierung der auf ein Handhabungssystem wirkende Prozeßkräfte, beim Ultraschallschweißen

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Publication number: DE9408587U1
Application number: DE9408587U
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1994-05-25
Filing date: 1994-05-25
Publication date: 1994-07-21
Anticipated expiration: 2004-05-26

Description

Beschreibung ·· * *··*···* ··* ·

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Reduzierung derauf ein Handhabungssystem wirkende Kräfte nach dem Oberbegriff des Schutzanspruchs 1.

In der modernen industriellen Fertigung werden Kunststoffteile mittels Ultraschallschweißtechnik miteinander verbunden. Kleine Teile der Spielzeug-, Elektro-, oder Kfz - Industrie werden in stationären Ultraschallschweißpressen in hoher Stückzahl gefügt und montiert. Zum Schweißen von großen Teilen, besonders Kunststoffteile der Automobilzulieferindustrie wie Innenverkleidungen, Spoiler, Motorraumverkleidungen, Stoßfänger u.s.w. werden immer häufiger flexibel einsetzbare Industrieroboter und Portalroboter zum Führen von Ultraschallschweißeinheiten eingesetzt. Dabei positioniert der Roboter das Schweißwerkzeug über die zu schweißende Stelle; während des darauffolgenden Fügevorgangs muß die Sonotrode der Schweißeinheit auf die Fügestelle mit hoher Kraft gepreßt werden. Diese Kraft wird bei robotergeführten Systemen vorteilhaft von einer zusätzlichen elektrisch oder pneumatisch arbeitenden Vorschubeinheit aufgebracht, wie in DE 4101545 A1 beschrieben.

Beim Führen der Ultraschallschweißeinheiten mit einem Industrieroboter muß dieser entsprechend den wirkenden Prozeßkräften dimensioniert sein. Diese Kräfte, die nur während des eigentlichen Schweißvorganges aufgebracht werden müssen, sind um ein Vielfaches höher als die zur Positionierung des Werkzeugs notwendigen Handhabungskräfte. Beispielsweise beim Abschweißen von einer Kunststoffniet muß eine Kraft von ca. 300 N aufgebracht werden. Werden mehrerer solcher Schweißeinheiten an ein Handhabungssystem angeflanscht, um mehrere Schweißpunkte synchron abschweißen zu können, so multipliziert sich diese Kraft mit der Anzahl der verwendeten Schweißeinheiten.

Ein entsprechend dimensionierter Industrieroborter mit dem erforderlichen Handhabungsgewicht macht eine solche Montagezelle oft teuer und damit unwirtschaftlich. Eine aber nur in Sonderfällen anwendbare Vorrichtung zur Reduzierung der auf das Handhabungsystem wirkenden Kräfte ist ein in DE 41 01 545 A1 beschrieben Gegenhalter.

Dieser abnehmbare GegenrCaitef 1fegt defnTfeien Äfbeitsende der Sonotrode gegenüber. Die Funktion dieser Vorrichtung ist mit der einer Schweißzange beim Punktschweißen vergleichbar. Der Einsatz dieser Anordnung erfordert die Zugänglichkeit der Rückseite des Bauteils oder dessen Halterung und trägt, durch die für die Funktion notwendig großen Abmessungen der Konstruktion, zu einem wesentlich höheren Werkzeuggewicht bei.

Die Aufgabe der Erfindung besteht infolgedessen darin, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art so weiterzubilden, daß mit einer leichtgewichtigen Konstruktion an dem Schweißwerkzeug eine mechanische Verbindung zwischen dem Schweißwerkzeug und dem zu schweißendem Bauteil ermöglicht wird, auch wenn die Rückseite des Bauteils von der Werkzeugseite aus nicht zugänglich ist.

Erfindungsgemäß wird dieses Problem durch die im kennzeichnenden Teil des Schutzanspruchs 1 genannten Merkmale gelöst. Vorteilhafte Weiterbildung und Ausgestaltung der Erfindung ergeben sich aus den in den untergeordneten Ansprüchen enthaltenen Ansprüchen.

Durch die Erfindung wird oft der Einsatz eines Industrieroboters oder Portalroboters beim Ultraschallschweißen wirtschaftlich oder sogar erst möglich. Besonders bei Schweißwerkzeugen mit sehr vielen Schweißeinheiten ist es von großem Vorteil, wenn die für den Schweißprozeß notwendige Kraft nicht von dem Handhabungssystem aufgebracht werden muß.

In Abhängigkeit der Schweißaufgabe, der verwendeten Schweißkomponenten und der gewünschten Taktzeät ist eine der Ausgestaltungsvarianten der Erfindung, oder auch Kombinationen daraus, vorteilhaft einzusetzen.

Nachfolgend soll die Erfindung an Ausführungsbeispielen näher beschrieben werden.

Dabei zeigt:

Fig. 1 Das Zeilenlayout einer Montagezelle zum automatisierten

Ultraschallschweißen
5

Fig. 2 Ein Ultraschailschweißwerkzeug mit der erfindungsmäßigen

Vorrichtung und einer Klemmeinrichtung zum Andocken an die

Werkzeughalterung

Fig. 3 Ein Ultraschailschweißwerkzeug mit der erfindungsmäßigen

Vorrichtung und Vakuumsaugern zum Andocken an die Bauteiloberfläche

Fig. 4 Ein Ultraschailschweißwerkzeug mit der erfindungsmäßigen Vorrichtung und Elektromagneten zum Andocken an die

Werkzeughalterung

Fig. 5 Die Seitenansicht eines Ultraschailschweißwerkzeug mit der erfindungsmäßigen Vorrichtung vor dem Einhaken in die Werkzeughalterung

Fig. 6 Die Seitenansicht eines Ultraschailschweißwerkzeug mit der erfindungsmäßigen Vorrichtung nach dem Einhaken in die Werkzeughalterung

In Figur 1 ist ein Handhabungsgerät (1) tindtfesseffCoritroller (2) dargestellt. Das Schweißwerkzeug, im wesentlichen bestehend aus den Ultraschallschweißeinheiten (7) mit Vorschubsystem, sowie dem Werkzeugflansch (8) mit Andockelementen (3) wird von dem Handhabungsystem (1) in die Schweißposition gefahren. Dabei werden die Andockelemente (3) in die dafür vorgesehenen Verriegelungsvorrichtungen (4) geführt. Das Werkstück (5) ist dabei in der Werkzeughalterung (6) in gewohnter Weise fixiert. Die Veriegelungsvorrichtungen (4) sind fest mit der Werkstückhalterung verbunden.

Nach dem Einführen der Andockelemente (3) in die Verriegelungsvorrichtungen (4) werden diese durch ein Signal des Robotercontrollers (2) oder einer übergeordneten Zellensteuerung in den Verriegelungsvorrichtungen formschlüssig verankert. Nach dem Arretieren der Verriegelungsvorrichtung beginnen die Vorschubsysteme der Ultraschallschweißeinheiten (7), diese gegen die Schweißpunkte zu drücken. Durch die Schwingungen der Sonotroden werden die Kunstoffnieten abgeschweißt. Nach erfolgtem Abschweißen wird der Ultrschall abgeschaltet, die Sonotrode verweilt aber weiterhin ca. 4 s auf dem Nietkopf. Durch die mechanische Verbindung des Schweißwerkzeuges und der Werkzeugaufnahme wirken in axialer Richtung der Schweißeinheiten (7) keine Kräfte auf das Handhabungssystem (1). Nach der Abkühlzeit fahren die Vorschubsysteme die Ultraschallschweißeinheiten zurück. Anschließend werden die Verriegelungsvorrichtungen (4) durch ein Signal entriegelt und geben das Werkzeug für die Positionierung an einer anderen Stelle frei.

In Figur 2 ist das gleiche Schweißwerkzeug wie in Figur 1 dargestellt, jedoch werden hier die Andockelemente (3) in Klemmvorrichtungen (12) eingeführt. Die Klemmvorrichtungen (12) sind in der Lage, die Andockelemente (3) in jeder beliebigen Einführtiefe festzuklemmen. Der Vorteil daraus ergibt sich daraus, daß während der Teach- und Optimierungsphase beim Einrichten einer neuen Schweißaufgabe die Länge der Andockeiemente (3) beziehungsweise die Position der Klemmeinheiten (12) nicht verändert werden muß.

in Figur 3 ist eine AusgestalltQffgStfäriarrte der ErfirWung*dargestellt, in welcher die Andockelemente (3) mit Vakuumsauger (10) ausgestattet sind. Nach der Positionierung dieser Sauger (10) durch das Handhabungssystem (1) werden durch ein Steuersignal einer Programmierern Steuerung, beispielsweise dem Robotercontroller, die Sauger (10) mit Unterdruck versorgt, wodurch sie sich am zu schweißenden Bauteil (5) festhalten.

Die Verwendung von Vakuumsaugern ermöglicht auch bei sehr großen Bauteilen, bei welchen die Werkzeughalterung durch das Bauteil verdeckt oder nicht im Bereich des Schweißwerkzeuges liegt, die Anwendung des Prinzips. Die Sauger können jedoch auch an die Bauteilhalterung oder sonstige Vorrichtungen, andocken welche die Gegenkräfte der Prozeßkräfte aufbringen sollen.

In Figur 4 ist eine kostengünstige Ausgestaltungsvariante der Erfindung dargestellt. Durch Elektromagnete (11) an den Andockelementen (3) findet ein Andocken direkt am Bauteilträger (6) oder auch durch das Bauteil an der Halterung (6) statt.

Figur 5 und 6 zeigt die Seitenansicht einer sehr kostengünstigen Ausgestalltungsvariante der Erfindung. Vor dem Schweißvorgang werden die Halteelemente (9) durch das Führen des Schweißwerkzeugs vom Handhabungsgerät seitlich an der Bauteilhalterung (6) eingehakt. Zum Gebrauch dieser Variante ist keine zusätzliche Steuerungstechnik nötig.

Die zusätzlichen Positioniervorgänge wirken sich taktzeitverlängernd aus.

Claims

Schutzansprüche .:··..·· ··.··.·* ·«* »

1. Anordnung zur Reduzierung der auf ein Handhabungssystem

wirkende Prozeßkräfte, beim Verbinden zweier Bauteile (5) mittels Ultraschall, dadurch gegennzeichnet, daß mindestens ein Andockelement (3), dessen freies Ende nicht der Sonotrode gegenüberliegt, eine lösbare form- kraft- oder reibschlüssige Verbindung zwischen dem vom Handhabungssystem (1) manipulierten Schweißwerkzeug und dem zu schweißenden Bauteil (5) oder dessen Bauteilhalterung (6), während des Schweißprozesses eingeht.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verriegeln und das Lösen der Verbindungselemente (4) durch eine programmierbare Steuerung erfolgt.

3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Herstellen einer formschlüssigen Verbindung durch das Einhaken eines Halteelements (9) an der Bauteilhalterung (6) erfolgt

4. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung mit Hilfe von Vakuumsaugern (10) hergestellt wird.

5. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die

Verbindung bei Ferromagnetischen Werkstückhalterungen (6) mit Hilfe von Elektromagneten (11) hergestellt wird.

6. Anordnung nach Anspruch 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß bei geeigneten Oberflächen und Materialen die Verbindung direkt mit dem Werkstück erfolgt.

7. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung durch einen elektrisch-, pneumatisch- oder hydraulischbetriebene Klemmvorrichtung (12) erfolgt.

8. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung formschlüssig durch einen elektrisch, pneumatisch oder hydraulisch betätigte Verriegelungsvorrichtung (4) erfolgt.