-Zangenausgleich einer Schweißzange
Die Erfindung entspringt dem Gebiet der Widerstandsschweißtechnik und zeigt eine Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.
Schweißzangen umfassen in der Regel mehrere Antriebsvorrichtungen. Eine erste Antriebsvorrichtung dient zur Erzeugung der Elekfrodendruckkraft, um den für einen Punktschweißvorgang erforderlichen Anpressdruck zwischen den zu verbindenden Blechen zu gewährleisten.. Diese Antriebe können auf mechanischen, hydraulischen, elektrischen oder pneumatischen Prinzipien basieren. - ■
Eine zweite Antriebsvorrichtung ist der sogenannte Zangenausgleich; welcher völlig unabhängig von dem zuvor genannten Antrieb zu betrachten ist. Mit dem Zangenausgleich realisiert man die Feinjustierung der Schweißzange vor dem eigentlichen Schweißvorgang, das heißt bevor der oben genannte Antrieb zum Einsatz kommt. Mit dem Zangenausgleich lässt sich die Schweißzange um ihren Drehpunkt schwenken oder kippen. Somit kann zunächst eine der Schweißelektroden mit einer (mehr oder weniger) definierten Kraft an das Werkstück angestellt bzw. herangeführt werden, bevor die zweite Elektrode zur Herstellung des Schweißpunktes an das Werkstück mittels des Elektrodenantriebs heranfährt. . Der Zangenausgleich muss einerseits das Eigengewicht der Schweißzange so ausgleichen, dass keine unerwünschten Kräfte auf das zu schweißende Bauteil wirken, die dieses verschieben oder deformieren könnten, andererseits aber die Schweißzange so bewegen, dass .die Abnutzung der Schweißelektroden ausgeglichen wird. Man spricht im Fachjargon davon, dass die Zange um die Abnutzung nachgestellt werden muss. Der Zangenausgleich wird ebenfalls dazu verwendet die Schweißzange in ihre Parkposition zu führen, in die sogenannte rückwärtige Stellung, und dort (sicher) festzuhalten.
Die im Stand der Technik bekannten- Zangenausgleichsantriebe arbeiten mittels Spindelantrieben wie Kugelumlaufspindeln, Federelementen oder pneumatisch bzw. hydraulisch. Pneumatikzylinder weisen ein träges Regelverhalten auf und bei Druckabfall geht ' die Kontrolle über die Zange verloren, d.h. die Zange kann nicht erneut arretiert werden und nimmt eine Undefinierte Position ein. Spindelantriebe
weisen eine ungünstige Hysterese bezüglich der Urrϊkehrung der Aktionsrichtung auf, was es schwieriger macht, die auf das Bauteil wirkende Kraft zu regeln. Federelemente sind lediglich als passive Elemente zu betrachten und bieten keinerlei aktive Regelmöglichkeit.
Die Patentschrift AT 410 524 B zeigt einen Zangenausgleich, welcher zumindest einen ,
Elektromagneten zur Bewegung der Ausgleichselektrode aufweist. Die vorliegende
Erfindung möchte eine alternative Lösung aufzeigen und die bekannten Nachteile aus dem Stand der Technik vermeiden. Sie hat sich zur Aufgabe gemacht, einen
' Zangenausgleich für eine eingangs erwähnte Schweißzange zu realisieren, welcher bei geringem Hub eine möglichst definierte Kraft entwickelt, und einfach regelbar ist.
Die Erfindung löst diese Aufgabe dadurch, dass der Zangenausgleich mittels einer Positioniervorrichtung realisiert ist, welche die Ausgleichsbewegung mittels eines Kurbeltriebs als Antriebsmittel ausfuhrt. ■ • '
Der Hub des Kurbeltriebs ist genau definierbar und die erzeugte Kraft ist in jeder Position des Antriebs berechenbar, da sie sich aus der geometrischen Anordnung des Antriebs ableitet. Somit kann die komplette Schweißzange mittels ihrer Drehachse korrekt und präzise positioniert werden. Zur Realisierung ist die Kurbel beispielsweise mittels einer um die Drehachse eines elektrischen Antriebes rotierenden Exzenters, wie einer rotierenden Scheibe an der die Antriebskraft außermittig abgegriffen wird, realisiert. Alle Komponenten dieses Zangenausgleichs sind relativ preiswert in großen Stückzahlen beziehbar, was eine kostengünstige Umsetzung ermöglicht. Der Exzenter selbst stellt den Abtrieb des Kurbeltriebs dar.
Eine Ausgestaltungsform der Erfindung umfasst eine Schweißzange, bei der zumindest ein Schweißzangenschenkel eine reversierende Bewegung ausführt. Hierunter fallen in. erster Linie sogenannte C-Zangen, deren Schweißzangenschenken eine schiebende Bewegung in Vorwärts- bzw. Rückwärtsrichtung ausführen. Eine solche Bewegung ist mittels des Kurbeltriebs leicht zu erzielen.
Eine alternative weitere Ausgestaltungsform der Erfindung umfasst eine Schweißzange, "bei der die Bewegung zumindest eines Schweißzangenschenkels in Verbindung mit einem zweiten Schweißzangenschenkel in einer Greifbewegung resultiert. Hierunter fällen sogenannte X-Zangen. Auch bei dieser Zängenart lässt sich die erforderliche Bewegung mittels eines Kurbeltriebs leicht erzielen.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn bei einer der zuvor genannten Ausführungsformen ein Kraftübertragungsmittel zwischen Antriebsmittel und Schweißzangenschenkel vorgesehen ist. Ein solches KraMbertragungsmittel wäre beispielsweise eine Pleuelstange, . welche eine starre, jedoch gelenkig gelagerte, Verbindung zwischen Schweißzangenschenkel und Kurbelabtrieb herstellt und den Schweißzangenschenkel entlang eines vorbestimmten Weges mit einer vorbestimmten Kraft bewegt. Mit relativ einfachen mechanischen Mitteln lässt sich damit eine kostengünstige Kraftübertragung realisieren.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn alternativ zu der zuvor genannten Lösung, der Schweißzangenschenkel mittels einer umlaufenden Kurbelschleife bewegt ist. Der Abtrieb des Kurbeltriebs wirkt dann direkt auf den zu bewegenden Schweißzangenschenkel ein. Weitere Mittel, zur Kraftübertragung- können eingespart werden. Dies vermindert die Material- und Produktionskosten. ■ • .
Vorteilhafterweise liegt die Arbeitsposition der Schweißzange in einem Bereich zwischen maximaler Auslenkung des Schweißzangenschenkels und minimaler Auslenkung des Schweißzangenschenkels, wobei die bevorzugte Arbeitsposition nach einer 90° - Drehung der Kurbel im Uhrzeigersinn oder gegen den Uhrzeigersinn, ausgehend von der maximalen oder minimalen Auslenkung, erreicht ist. Bei dieser Konstellation stellt sich ein direkter Zusammenhang zwischen Kraft und Drehmoment ein, wodurch die Regelvorgänge für die Anstellung der Zange hier ihren besten Wirkungsgrad erzielen.
Es wird empfohlen, dass das Antriebsmittel einen elektrischen Servoantrieb umfasst! Mit einem solchen ist eine präzise Antriebsregelung leicht zu realisieren.
Vorteilliafterweise ist der Abtrieb des Kurbeltriebs nach Maßgabe der für einen Anwendungsfall erforderlichen maximalen Antriebskraft und/oder Ausgleichsweglänge bemessen. Die Abmessungen des gesamten Kurbeltriebs können dann wiederum so bemessen werden, dass dieser möglichst Idein baut.
Besonders empfehlenswert ist es, dass ein Mittel zur Dwchführung einer Kraftmessung vorgesehen ist. Das Antriebsmoment der Kurbel kann dann je nach gewünschter Kraft geregelt werden. Je genauer die Kraftmessung und je besser der Wirkungsgrad des Zangenausgleichsantriebes ist, desto höher ist die Regelgüte. Die Kraftmessung dient beispielsweise der Erkennung der Position, an der ein Schweißzangenschenkel das Werkstück berührt. In diesem Falle hätte die Schweißzange ihre Arbeitsposition eingenommen und der Kurbeltrieb kann zum Stillstand kommen. Bevorzugt wird die Kraft direkt gemessen, indem das Mittel zur Kraftmessung zum Beispiel an einer Schweißelektrode in Form eines DNS-Streifens oder eines Piezoelementes angebracht ist. Eine indirekte Berechnung der Kraft über das Moment ist ebenfalls machbar. . ■ " . '
Vorzugsweise ist die Positioniervorrichtung so konzipiert, dass bei etwa maximaler (erster Totpunkt) oder minimaler (zweiter Totpunkt) Auslenkung eines Schweißzangenschenkels die Parkposition der Schweißzange eingenommen wird. Der Begriff „etwa" ist hier so auszulegen, dass die Auslenkung im Rahmen der zulässigen Toleranzen mehr oder weniger bei ihren Maximun bzw. Minimum liegen kann. Die Parkposition der Schweißzange liegt dann in einem der beiden möglichen Totpunkte des Kurbeltriebs. Die von dem Schweißzangenschenkel geführte Schweißelektrode ist im für die Parkposition relevanten Totpunkt maximal vom Werkstück (Blech) beabstandet. Bei Verwendung eines Kraftübertragungsmittels fluchtet an dieser Position der Ortsvektor des Abtriebs mit dem Kraftvektor des Kraftübertragungsmittels.
In der Parkposition kann der Kurbeltrieb hohe Kräfte bei geringem Moment aufnehmen. Die Zange kann demnach sicher festgesetzt werden. Dies gilt sowohl für X-Zangen als auch für eine C-Zangen.
Die erfindungsgemäße Positioniervorrichtung ist für alle Schweißzangen geeignet, welche eine Ausgleichbewegung ausführen, speziell und insbesondere aber für Schweißzangen in X- oder C-Bauform.
Die Vorteile bezüglich der Kostengünstigen Herstellung wirken sich auch dann aus, wenn bei der Konstruktion eines Schweißroboters eine Schweißzange mit erfindungsgemäßer Positioiiiervomchtung berücksichtigt wird.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert. In den Zeichnungen bezeichnen dieselben Bezugszeichen .dieselben entsprechenden Merkmale. Dabei bilden alle beschriebenen und/oder bildlich dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger sinnvoller Kombination den
Gegenstand der vorliegenden Erfindung und zwar unabhängig von ihrer
Zusammenfassung in den Patentansprüchen oder deren Rückb.eziehungen. In den Zeichnungen bezeichnen gleiche Bezugszeichen oder gleiche Symbole identische Baugruppen.
BezuRszeichen
10 : Elektrodenantrieb
20: oberer Schweißzangenschenkel
25: unterer Schweißzangenschenkel 30: obere Schweißelektrode
35: untere Schweißelektrode
40: Kurbelantrieb
50: Kurbelabtrieb
60: Kraftübertragungsmittel 70: elektrischer Antrieb
80: Schweißzange
90: Schenkeldrehachse/Schweißzangendrehachse
5 Fig. 1 zeigt die schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Zangenausgleichsantriebs mit Kraftübertragungsmittel.
Fig. 2 zeigt eine X-Schweißzange mit einem Zangenausgleichsantrieb aus Figl.
10 In Figur 1 ist der Zangenausgleichsantrieb 40 mit seinen Komponenten, Motor 70, Abtrieb 50 und Kraftübertragungsmittel 60 gezeigt. Der Zangenausgleichsantrieb 40 ist als Kurbeltrieb realisiert. Deutlich ist zu sehen, dass das Kraftübertragungsmittel 60 außermittig auf der Abtriebsscheibe 50 gelenkig zur Erzeugung einer Hubbewegung bei Drehung der Kurbelwelle gelagert ist. Als Kraftübertragungsmittel 60 dient eine
15. Pleuelstange 60.
In Figur 2 ist eine- Schweißzange 80 mit Drehachse 90 dargestellt, welche zwei Antriebe 10, 40 umfasst,. wovon ein Antrieb als Elektrodenantrieb 10 zur Erzeugung der Elektrodendruckkraft und ein Antrieb als Zangenausgleich 40 fungiert, zwei 0 Schweißzangenschenkel 20, 25 mit je einer Schweißelektrode 30, 35 und ein mittels eines Kraftübertragungsmittels 60 mit einem über einen in 90 drehbar gelagerten Schweißzangenschenkel " 25 verbundener Kurbelabtrieb 50, sowie ein elektrischer Antrieb 70 als Bestandteil des Kurbelantriebs 40. .
5 Der Zangenausgleich kann bei minimaler oder maximaler Auslenkung des unteren
Schweißzangenschenkels 25 eine Parkposition einnehmen. Bei maximaler Auslenkung befindet sich der Kurbeltrieb im Totpunkt, die Zange ist festgesetzt und kann sich nicht unkontrolliert bewegen. Die Kurbelwelle kann noch durch eine Raste oder Bremse in
' diesem Totpunkt gesichert werden. Alle Auslenkungen außerhalb der Parkpositiόn 0 können als Arbeitspunkte definiert werden. Der Zustand der minimalen Auslenkung wird hier nicht genutzt.
Die Arbeitsposition der Schweißzange 80 liegt in einem Bereich zwischen maximaler Auslenkung des unteren Schweißzangenschenkels 25 und minimaler Auslenkung des 5 unteren Schweißzangenscheήkels 25. Sowohl bei maximaler als auch bei minimaler Auslenkung fluchtet die Längsachse der Pleuelstange 60 mit dem Drehmittelpunkt der Scheibe 50.
In Figur 2 hat sich der untere Schweißzangenschenkel 25 seiner bevorzugten Arbeitsposition bereits angenähert. Diese lässt sich so definieren, dass sie einen Winkel von etwa 90 Bogengrad von der Parkposition beabstandet ist.
Das Bild zeigt außerdem nochmals deutlich den Unterschied zwischen dem Elektrodenantrieb 10 und dem Zangenausgleich 40. Während der Elektrodenantrieb 10 den oberen Schweißzangenschenkel 30 bewegt und damit die Zange öffnet bzw. schließt, greift der Zangenausgleich 40 nur an dem unteren Schweißzangenschenkel 25
' an, um die gesamte Schweißzange um ihren Drehpunkt 90 zu bewegen und an ein
Werkstück (im Bild nicht gezeigt) heranzuführen.