DE20023018U1

DE20023018U1 - Bolzenschweißvorrichtung, insbesondere für das Bolzenschweißen ohne Stützfuß

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Publication number: DE20023018U1
Application number: DE20023018U
Authority: DE
Original assignee: Nelson Bolzenschweiss Technik GmbH and Co KG
Current assignee: Nelson Bolzenschweiss Technik GmbH and Co KG
Priority date: 2000-06-08
Filing date: 2000-06-08
Publication date: 2002-09-19
Anticipated expiration: 2010-06-09

Description

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Bolzenschweißvorrichtung, insbesondere für das Bolzenschweißen ohne Stützfuß

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung fur das Bolzenschweißen, insbesondere für das Bolzenschweißen ohne Stützfuß.

Bei bisher überwiegend verwendeten Bolzenschweißgeräten wird ein Schweißkopf bzw. für manuelles Schweißen eine Schweißpistole eingesetzt, wobei jeweils am vorderen Ende des Schweißkopfs bzw. der Schweißpistole ein Stützfuß oder Abstandshalter vorgesehen ist. Nach dem Aufsetzen des Bolzenschweißkopfs bzw. der Schweißpistole mit dem Stützfuß auf die Werkstückoberfläche ergibt sich somit eine definierte Position, insbesondere ein definierter Abstand des Schweißkopfs bzw. der Schweißpistole von der Werkstückoberfläche. Die Bewegung des Bolzenhalters und des darin gehaltenen und zu verschweißenden Teils in Bezug auf die Werkstückoberfläche kann dann ausgehend von dieser definierten Position vorgenommen werden.

Eine derartige Bolzenschweiß vorrichtung ist beispielsweise in der DE 32 15 453 Cl beschrieben. Bei dieser Bolzenschweißvorrichtung weist die Bolzenschweißpistole einen elektromotorischen Antrieb für die Schweißachse auf, wobei ein Gleichstrommotor die Schweißachse (hier die Pinole) und den damit verbundenen Bolzenhalter in axialer Richtung antreibt. Nach dem Aufsetzen der Schweißpistole mit dem Stützfuß auf die Werkstückoberfläche wird der Bolzenhalter zunächst solange auf die Werkstückoberfläche zubewegt, bis die Stirnseite des im Bolzenhalter gehaltenen zu verschweißenden Teils in Kontakt mit der Werkstückoberfläche steht. Anschließend wird der Strom für den Vorstromlichtbogen eingeschaltet und die Schweißachse mittels des Gleichstrommotors von der

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Werkstückoberfläche abgehoben. Hierdurch wird ein Vorstromlichtbogen gezündet. Der weitere Verlauf entspricht dem üblichen Verfahren des Bolzenschweißens mit Hubzündung.

Des Weiteren ist aus der EP 0 776 261 Bl eine Vorrichtung zum Zusammenschweißen wenigstens zweier Teile bekannt, bei der ein Schweißkopf mittels eines Verstellantriebs, beispielsweise eines Roboterarms, gegenüber der beabsichtigten Schweißstelle des Werkstücks ausgerichtet und anschließend in Richtung auf das Werkstück bewegt wird, bis die Stirnseite des zu verschweißenden Teils an die Werkstückoberfläche angepresst ist. Der Schweißkopf wird dabei über die Position einer erstmaligen Berührung des zu verschweißenden Teils mit der Werkstückoberfläche hinaus in Richtung auf das Werkstück zubewegt. Die Schweißachse des Schweißkopfs ist hierzu derart ausgebildet, dass sie bei dieser weiteren Bewegung des Schweißkopfs in Richtung auf das Werkstück in den Schweißkopf hineinbewegt wird. Durch das Vorsehen eines derartigen zusätzlichen Bewegungswegs für den Schweißkopf ist es möglich, in einem großen Bereich unabhängig von Lagetoleranzen des Werkstücks und Toleranzen bei der Bewegung des Schweißkopfs einen sicheren Kontakt zwischen der Stirnseite des zu verschweißenden Teils und dem Werkstück herzustellen. Nach dem Stoppen der Bewegung des Schweißkopfs kann die Schweißachse des Schweißkopfs mit dem Bolzenhalter und dem darin gehaltenen zu verschweißenden Teil ausgehend von der dann vorhandenen Ausgangsstellung zur weiteren Durchführung des Schweiß Vorgangs bewegt werden. Diese Bewegung erfolgt mittels des Antriebs für die Schweißachse. Diese Vorrichtung bzw. dieses Verfahren ermöglicht somit ein Schweißen ohne Stützfuß.

Der Vorteil des Schweißens ohne Stützfuß ist u.a. darin zu sehen, dass der Schweißbereich, d.h. der Bereich der Werkstückoberfläche, der für das Schwei-

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ßen zugänglich sein muss, im Vergleich zum Schweißen mit Stützfuß eine deutlich geringere Fläche aufweisen kann. Insbesondere ist es beim Schweißen mit Stützfuß kaum möglich, ein zu verschweißendes Teil in relativ engen Nuten des Werkstücks mit diesem zu verschweißen.

Insbesondere bei Bolzenschweißverfahren bzw. Bolzenschweißvorrichtungen, die ohne Stützfuß arbeiten, besteht jedoch eine gewisse Gefahr darin, dass bei einem Fehlen eines zu verschweißenden Teils im Bolzenhalter der Bolzenhalter selbst mit dem Werkstück verschweißt wird.

Bei Bolzenschweißvorrichtungen, die mit einem Stützfuß arbeiten, könnte das Detektieren des Vorhandensein eines zu verschweißenden Teils im Bolzenhalter auf einfache Weise dadurch erfolgen, dass nach dem Aufsetzen des Schweißkopfs auf das Werkstück der Weg gemessen wurde, um den die Schweißachse auf das Werkstück zubewegt werden muss, bis ein Kontakt erreicht ist. In Kenntnis der Geometrie des zu verschweißenden Teils und dessen Position im Bolzenhalter kann dann auf das Vorhandensein eines zu verschweißenden Teils geschlossen werden, wenn die zurückgelegte Wegstrecke der Schweißachse bis zum Kontakt des zu verschweißenden Teils mit dem Werkstück kleiner ist als ein vorgegebener Weg. Dieses Verfahren versagt jedoch bei Bolzenschweißvorrichtungen, die ohne Stützfuß arbeiten.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Bolzenschweißvorrichtung für das Bolzenschweißen ohne Stützfuß zu schaffen, mit der ein unmittelbarer elektrischer Kontakt zwischen dem Bolzenhalter und dem Werkstück vermieden wird und wobei das Vorhandensein eines zu verschweißenden Teils im Bolzenhalter sicher detektierbar ist.

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Die Erfindung löst diese Aufgabe mit den Merkmalen der nsprüche 1 bzw. 9

Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, dass durch die Verwendung eines speziellen Bolzenhalters mit einer elektrisch isolierenden Stirnseite die erfindungsgemäße Vorrichtung für folgende Funktionen geeignet ausgebildet ist:

a) Bewegen des Bolzenhalters in Richtung auf die Werkstückoberfläche bei gleichzeitigem Überwachen eines mechanischen Kontakts zwischen der Stirnseite des Bolzenhalters oder der Stirnseite eines im Bolzenhalter gehaltenen zu verschweißenden Teils und der Werkstückoberfläche und gleichzeitigem Überwachen eines elektrischen Kontakts zwischen der Stirnseite eines im Bolzenhalter gehaltenen zu verschweißenden Teils und dem Werkstück; wobei die Bewegung zumindest solange fortgesetzt wird, bis ein elektrischer oder mechanischer Kontakt detektiert wird,

b) für den Fall dass nur ein mechanischer Kontakt detektiert wird:

i) Interpretieren des alleinigen mechanischen Kontakts als Zustand, in

dem kein zu verschweißendes Teil im Bolzenhalter gehalten ist,
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ii) Abheben des Bolzenhalters vom Werkstück bis ein vorbestimmter Abstand zwischen der Stirnseite des Bolzenhalters und der Werkstückoberfläche erreicht ist;

iii) Zuführen eines zu verschweißenden Teils in den Bolzenhalter so, dass

die Stirnseite des zu verschweißenden Teils um einen vorbestimmten Überstand über die Stirnseite des Bolzenhalters hinausragt;

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iv) Durchführen eines Schweißvorgangs;

c) für den Fall dass nur ein elektrischer oder ein elektrischer und mechanischer

Kontakt detektiert wird:
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i) Interpretieren des alleinigen elektrischen oder elektrischen und mechanischen Kontakts als Zustand, in dem ein zu verschweißendes Teil im Bolzenhalter gehalten ist,

ii) Erzeugen eines Bolzen-Vorhanden-Signals.

Diese Vorrichtung hat den Vorteil, dass sie in bestehende Bolzenschweiß vorrichtungen ohne großen Aufwand integriert werden kann. Hierzu muss lediglich ein geeigneter Bolzenhalter verwendet werden und die Auswerte- und Steuereinheit muss entsprechend umgerüstet werden.. Hinzu kommt, dass, falls die Vorrichtung noch keine Mittel zum Detektieren eines mechanischen Kontakts aufweist, eine entsprechende Hardwareänderung vorgenommen werden muss (beispielsweise das Vorsehen einer Einheit zur Erfassung der Leistungsaufnahme des betreffenden Antriebs).

Nach einer Ausführungsform der Erfindung kann die Vorrichtung zur Auslösung eines Ausstoßvorgangs für ein bereits im Bolzenhalter vorhandenes zu verschweißendes Teil ausgebildet werden, wenn ein Bolzen-Vorhanden-Signal auftritt. Hierzu wird von der Auswerte- und Steuereinheit vorzugsweise die Historie bereits durchgeführter Aktionen gespeichert, so dass Situationen, in denen kein zu verschweißendes Teil im Bolzenhalter vorhanden sein dürfte, erkannt werden.

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In einer Ausfuhrungsform Bolzenschweißvorrichtung kann ein zu verschweißendes Teil nach einem Ausstoßvorgang erst dann zugeführt werden, wenn mittels Detektion des Vorhandenseins eines zu verschweißenden Teils festgestellt wurde, dass sich kein zu verschweißendes Teil im Bolzenhalter befindet.
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Selbstverständlich kann der Ausstoß Vorgang jedoch auch in der Weise durchgeführt werden, dass ein weiteres zu verschweißendes Teil zugeführt und mit diesem das bereits vorhandene zu verschweißende Teil aus dem Bolzenhalter ausgestoßen wird.

Erfindungsgemäß kann zumindest die Bewegung des Bolzenhalters gemäß Merkmal a) des Anspruchs 9 durch einen im Bolzenschweißkopf vorgesehenen Antrieb für den Bolzenhalter oder eines damit gekoppelten Elements bewirkt werden.

Nach einer Ausführungsform des Bolzenschweißkopfs kann dieser mittels eines Positionierantriebs so in Bezug auf das Werkstück positioniert wird, dass zwischen der Stirnseite des Bolzenhalters und der Werkstückoberfläche, vorzugsweise an der gewünschten Schweißstelle, ein vorbestimmter Abstand gegeben ist.

Dieser muss selbstverständlich so klein sein, dass die weiteren erforderlichen Bewegungen des Bolzenhalters in Richtung auf das Werkstück durch den im Bolzenschweißkopf vorgesehenen Antrieb erfolgen können.

Das Detektieren eines mechanischen Kontakts kann durch das Erfassen der Leistungsaufnahme des Antriebs für den Bolzenhalter oder die bei dem Bewegungsversuch im Bolzenhalter oder einem damit gekoppelten Element in diesem wirkende Anpresskraft erfolgen, wobei bei einem Detektieren einer eine vorbe-

stimmte Schwelle übersteigenden Leistungsaufnahme oder Anpresskraft der Bewegungsversuch abgebrochen und das Vorliegen eines mechanischen Kontakts zwischen Bolzenhalter und Werkstück angenommen wird.

Nach einer Ausführungsform Schweißkopfvorrichtung kann beim Zufuhren eines zu verschweißenden Teils das Auftreten eines mechanischen oder elektrischen Kontakts überwacht werden. Bei Detektieren eines Kontakts bereits beim Zuführvorgang kann auf das Vorhandensein eines bereits vor dem Zufuhrvorgang im Zufuhrweg befindliches zu verschweißendes Teil geschlossen und vorzugsweise der Zufuhrvorgang gestoppt werden.

Falls erforderlich, kann der Bolzenhalter in eine Position bewegt werden, in der durch ein erneutes Starten der Zuführbewegung des zu verschweißenden Teils für dessen Zufuhren in die Ausgangsposition im Bolzenhalter das bereits vorhandene zu verschweißende Teil ausgestossen werden kann.

Die Bolzenschweißvorrichtung umfasst einen Bolzenschweißkopf und in einer vorteilhaften Ausfürhungsform einen Antrieb für einen Bolzenhalter mit elektrisch isolierender Stirnseite oder ein damit gekoppeltes Element, Mittel zum Detektieren eines mechanischen Kontakts zwischen dem Bolzenhalter oder einem darin gehaltenen zu verschweißenden Teil und einem Werkstück, Mittel zum Detektieren eines elektrischen Kontakts zwischen dem Bolzenhalter und dem Werkstück und eine Auswerte- und Steuereinheit, welche mit dem Antrieb für den Bolzenhalter und den Mitteln zum Detektieren eines elektrischen sowie den Mitteln zum Detektieren eines mechanischen Kontakts verbunden ist. Die Auswerteeinheit ist so ausgebildet, dass sie den Antrieb für den Bolzenhalter und die Mittel zum Detektieren eines elektrischen oder mechanischen Kontakts ansteuert und von den Mitteln zum Detektieren eines mechanischen und den Mit-

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teln zum Detektieren eines elektrischen Kontakts gelieferte Signale entsprechend auswertet.

Ein Bolzenhalter für eine Vorrichtung nach der Erfindung besteht vorzugsweise aus Metall und weist im Bereich der Stirnseite eine elektrisch isolierende Schicht

auf. Anstelle einer elektrisch isolierenden Schicht kann jedoch auch der gesamte vordere Bereich des Bolzenhalters aus einem elektrisch isolierenden Material bestehen. Die Schicht kann eine Keramikschicht sein bzw. der vordere Bereich des Bolzenhalters kann vollständig aus einem keramischen Material bestehen. .-10

Weitere Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Bolzenschweißvorrichtung nach der Erfindung;

Fig. 2 eine vergrößerte Darstellung des Bolzenhalters der Bolzenschweiß vor

richtung in Fig. 1;

Fig. 3 die schematische Darstellung verschiedener Phasen der Bewegung des

Bolzenhalters

Fig. 4 eine vergrößerte Darstellung eines Bolzenhalters für die Bolzen

schweißvorrichtung in Fig. 1.

Fig. 1 zeigt eine Bolzenschweiß vorrichtung 1, welche einen Bolzenschweißkopf 3 umfasst, welcher aus der eigentlichen Schweißachse 5 und einem Antrieb 7 zur axialen Bewegung der Schweißachse 5 (Pfeil I in Fig. 1) besteht.

Der gesamte Schweißkopf 3 kann, wie in Fig. 1 angedeutet, an einem Roboterarm 9 angeordnet sein, mittels welchem der Schweißkopf 3 in einer oder mehreren räumlichen Achsen bewegbar ist.

Sowohl-der Antrieb 7 für die Schweißachse 5 als auch ein Antrieb 11 für den Roboterarm 9 wird mittels einer Auswerte- und Steuereinheit 13 angesteuert.

Die Auswerte- und Steuereinheit 13 kann dabei zusätzlich (in nicht dargestellter Art und Weise) die weiteren Ansteuerungen des Schweißkopfs 3 hinsichtlich der Steuerung des Schweißstroms übernehmen. Da sich die vorliegende Erfindung im Wesentlichen auf einen Bolzenhalters 15 der Schweißachse 5 bezieht, wurde auf eine Darstellung weiterer Komponenten der Bolzenschweiß vorrichtung 1 verzichtet.

Fig. 1 zeigt des Weiteren ein Werkstück 17, auf welches ein im Bolzenhalter 15 gehaltenes zu verschweißendes Teil (Bolzen) 19 aufgeschweißt werden soll. Das Werkstück 17 steht in elektrischem Kontakt mit der Auswerte- und Steuereinheit 13. Dies ist zum einen für das Fließen eines Schweißstroms während des Schweißvorgangs erforderlich und zum anderen, um in der nachfolgend erläuterten Art und Weise einen elektrischen Kontakt zwischen dem Bolzenhalter 15 bzw. dem zu verschweißenden Teil 19 und dem Werkstück 17 zu detektieren.

Fig. 1 zeigt des Weiteren, dass der Schweißachse 5 des Bolzenschweißkopfs 3 mittels einer nicht näher dargestellten automatischen Zuführvorrichtung zu ver-

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schweißende Teile 19 zugeführt werden können. Dies erfolgt mittels eines Zuführkanals 21 im vorderen Bereich des Schweißkopfs 3, welcher in üblicher Weise mittels eines Schlauchs (nicht dargestellt) mit der automatischen Zuführvorrichtung verbunden ist.
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Das Zuführen eines zu verschweißenden Teils 19 erfolgt mittels Blasluft, wodurch das zu verschweißende Teil über den Zuführkanal 21 in den vorderen Bereich des Bolzenschweißkopfs 3 bewegt wird. In dieser Lage befindet sich das zu verschweißende Teil bereits im Wesentlichen in der Achse der Schweißachse 5 bzw. des Bolzenhalters 15. Das zu verschweißende Teil 19 wird dann mittels eines Ladestifts 23 durch den Bolzenhalter hindurch in dessen vorderen Bereich in eine axiale Position geschoben, in welcher ein Verschweißen des Teils 19 möglich ist. Hierzu muss das Teil 19 selbstverständlich um einen vorbestimmten Überstand d über die Stirnseite des Bolzens hinausragen. Der Ladestift 23 wird von einem in Fig. 1 nur schematisch dargestellten Antrieb 25 beaufschlagt, der üblicherweise als pneumatischer Antrieb ausgebildet ist. Der Antrieb 25 ermöglicht die Bewegung des Ladestifts 23 zwischen einer vorderen Position, in welcher die Stirnseite des Ladestifts 23 die rückwärtige Stirnseite des zu verschweißenden Teils 19 beaufschlagt, und einer zurückgezogenen Position, in welcher der vordere Bereich des Ladestifts 23 soweit zurückgezogen ist, dass der Zuführkanal 21 für das Zuführen eines zu verschweißenden Teils frei ist. Der Antrieb 25 wird ebenfalls von der Auswerte- und Steuereinheit 13 angesteuert.

Fig. 2 zeigt den vorderen Bereich des Schweißkopfs 3, insbesondere den Bolzenhalter 15. Dieser weist erfindungsgemäß an seiner Stirnseite eine elektrisch isolierende Schicht 15a auf, die beispielsweise aus keramischem Material oder einem hitzebeständigen Kunststoffmaterial bestehen kann. Das Material kann aufgedampft, aufgesputtert oder in sonstiger Weise aufgebracht sein. Anstelle einer

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Beschichtung kann auch zumindest der gesamte vordere Bereich des Bolzenhalters 15 aus einem elektrisch isolierenden Material bestehen.

In jedem Fall muss der Bolzenhalter zur Durchfuhrung des erfindungsgemäßen Materials auch bei einem Aufsetzen auf das Werkstück gewährleisten, dass kein elektrischer Kontakt mit dem Werkstück hergestellt wird.

Im Folgenden wird eine Anwendung der erfindungsgemäßen Bolzenschweißvorrichtung näher erläutert.

Hierzu zeigt Fig. 3 verschiedene Phasen bzw. einzelne Schritte eines Schweißvorgangs, wobei jeweils nur der vordere Bereich der Schweißachse 5 dargestellt ist, sowie das Werkstück 17, auf welches ein oder mehrere zu verschweißende Teile aufgeschweißt werden sollen. Dabei wird davon ausgegangen, dass zunächst kein zu verschweißendes Teil 19 im Bolzenhalter 15 vorhanden ist.

Die in Fig. 3a dargestellte Phase zeigt die bereits in Bezug auf das Werkstück 5 positionierte Schweißachse 5. Die in Fig. 3a dargestellte Position kann dabei entweder durch eine Ansteuerung des Antriebs 7 für die Schweißachse 5 oder durch eine Ansteuerung des Antriebs 11 für den Roboterarm 9 angefahren werden.

Dabei sei an dieser Stelle erwähnt, dass die Ansteuerung des Antriebs 11 für den Roboterarm 9 nicht nur von der Auswerte- und Steuereinheit 13, wie in Fig. 1 dargestellt, erfolgen kann, sondern selbstverständlich auch durch eine selbständige Auswerte- und Steuereinheit für den Roboterarm. Die beiden Steuereinheiten können hierzu selbstverständlich miteinander kommunizieren, um einen korrekten und möglichst effizienten Ablauf des Schweiß Vorgangs zu gewährleisten.

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Bei der in Fig. 3a dargestellten Position der Schweißachse 5 weist die Stirnseite des Bolzenhalters 15 einen Abstand X_a von der Oberfläche des Werkstücks 17 auf. Ausgehend von dieser Position wird die Schweißachse 5 solange auf die Werkstückoberfläche zubewegt, bis die Stirnseite des Bolzenhalters 15 mit der Werkstückoberfläche in mechanischem Kontakt steht. Diese Phase ist in Fig. 3b dargestellt. Das Bewegen der Schweißachse kann durch einen der beiden Antriebe 7 oder 11 erfolgen. Vorzugsweise wird man die Bewegung jedoch mittels des Antriebs 7 vornehmen, da dieser in der Regel eine genauere Positionierung der Schweißachse 5 in deren axialer Richtung ermöglicht.

Das Detektieren eines mechanischen Kontakts zwischen der Stirnfläche des Bolzenhalters 15 und der Oberfläche des Werkstücks 17 kann beispielsweise durch das Messen der Antriebsleistung des jeweiligen Antriebs, vorzugsweise des Antriebs 7, erfolgen. Sobald die Antriebsleistung in Folge eines mechanischen Kontakts zwischen Werkstück und Bolzenhalter sprunghaft ansteigt, wird von einem mechanischen Kontakt ausgegangen und der Antrieb stillgesetzt.

Eine derartige Auswertung zur Erfassung eines mechanischen (oder wie unten beschrieben, eines elektrischen) Kontakts kann in üblicherweise durch die Auswerte- und Steuereinheit vorgenommen werden.

Wie bereits erläutert, kann die Auswerte- und Steuereinheit 13 für das Detektieren eines mechanischen Kontakts die Leistungsaufnahme des Antriebs 7 bzw. des Antriebs 11 erfassen. Hierzu können in der Auswerte- und Steuereinheit 13 geeignete Mittel vorgesehen sein. Nach dem Aufsetzen des Bolzenhalters auf die Oberfläche gemäß Fig. 3b steuert die Auswerte- und Steuereinheit 13 den An-

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trieb 7 (alternativ den Antrieb 11) so an, dass die Stirnseite des Bolzenhalters 15 um einen Abstand X_c von der Werkstückoberfläche abgehoben wird.

Anschließend kann ein zu verschweißendes Teil 19 über den Zuführkanal 21 der Schweißachse zugeführt werden. Hierzu kann die Auswerte- und Steuereinheit 13 ein Signal an eine nicht dargestellte Steuereinheit für eine selbsttätige Zuführvorrichtung abgeben. Nach dem Zuführen des zu verschweißenden Teils 19 wird dieses mittels des Ladestifts 23 im Bolzenhalter 15 nach vorne bewegt, bis die Schweißposition erreicht ist. Diese Position bzw. Phase des Schweißvorgangs ist in Fig. 3d dargestellt.

Selbstverständlich muss dafür gesorgt werden, dass der Abstand X_c der Stirnseite des Bolzenhalters 15 von der Werkstückoberfläche in den Fig. 3c größer oder gleich ist dem Überstand d, um welchen die Stirnseite des zu verschweißenden Teils 19 über die Stirnseite des Bolzenhalters 15 hinausragt.

Im nächsten Schritt wird die Schweißachse 5 wiederum auf die Werkstückoberfläche zu bewegt, bis ein Kontakt zwischen der Stirnseite des zu verschweißenden Teils 19 und der Werkstückoberfläche detektiert wird. Das Detektieren des Kontakts erfolgt durch das Detektieren eines elektrischen Kontakts.

Für das Detektieren eines elektrischen Kontakts wird zwischen dem Werkstück und der Auswerte- und Steuereinheit 13 eine elektrisch leitende Verbindung hergestellt. Des Weiteren muss selbstverständlich eine elektrisch leitende Verbindung zwischen der Auswerte- und Steuereinheit 13 und dem Bolzenhalter bestehen. Diese elektrischen Verbindungen sind jedoch ohnehin nötig, da die Auswerte- und Steuereinheit 13 üblicherweise auch für das Zuführen eines Schweißstroms ausgebildet ist. Zwischen dem Werkstück 17 und dem Bolzenhalter 5 wird eine Messspannung angelegt. Sobald ein Stromfluß detektiert wird,

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ist von einem elektrischen Kontakt zwischen Bolzenhalter und Werkstück auszugehen, wobei nach dem Detektieren eines Stromflusses der Antrieb 7 (bzw. gegebenenfalls der Antrieb 11) stillgesetzt wird.

Die Auswerte- und Steuereinheit 13 kann bei dieser erneuten Bewegung der Schweißachse 5 in Richtung auf das Werkstück den Weg (X_c - d), um welchen die Schweißachse 5 beim Übergang von der Phase gemäß Fig. 3d in die Phase gemäß Fig. 3e bewegt werden muss, erfassen. Die Differenz zwischen dem Abstand X_c und der zurückgelegten Wegstrecke beim Übergang zwischen den Phasen gemäß den Fig. 3d und 3e kann im Hinblick auf eine korrekte axiale Position (korrekter Überstand d) des zu verschweißenden Teils 19 im Bolzenhalter 15. Beispielsweise kann eine korrekte Position dann angenommen werden, wenn die Differenz zwischen dem Abstand X_c und der zurückgelegten Wegstrecke innerhalb eines vorbestimmten Bereichs liegt.

Wird dagegen vorausgesetzt, dass mittels des Ladestifts 23 der Bolzen in die korrekte Lage innerhalb des Bolzenhalters 15 geschoben wurde, so kann bei Verwendung unterschiedlich langer Bolzen darauf geschlossen werden, ob ein Bolzen der gewünschten Länge im Bolzenhalter vorliegt. Denn ein längerer Bolzen wird ohne eine Verstellung der vorderen Endposition des Ladestifts 23 weiter über das vordere Ende des Bolzenhalters hervorstehen (d.h. es wird eine geringere Strecke X_c - d detektiert) als ein kürzerer Bolzen.

Nach dem Detektieren des Berührpunkts in Fig. 3e (und ggf. dem Feststellen eines korrekten Überstands oder des Vorhandenseins des gewünschten Bolzentyps) kann der eigentliche Schweiß Vorgang ausgelöst werden. Beispielsweise kann beim Schweißen mit Hubzündung der Vorstrom eingeschaltet werden und anschließend die Schweißachse 5, wie in Fig. 2f dargestellt, um einen vorbe-

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stimmten Abhub von der Werkstückoberfläche abgehoben werden, so dass der Vorstromlichtbogen gezogen wird. Anschließend kann dann der Hauptstromlichtbogen gestartet und die Schweißachse nach einer vorbestimmten Schweißzeit auf das Werkstück zubewegt und in die Schmelze eingetaucht werden.
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War bereits vor der Durchführung der vorstehend erläuterten Schritte ein zu verschweißendes Teil 19 im Bolzenhalter 15 gehalten und ragt dieses über die Stirnseite des Bolzenhalters hinaus, so wird bereits bei Durchführung der ersten Bewegung der Schweißachse 5 in Richtung auf das Werkstück 17 ein elektrischer Kontakt detektiert. Hieraus kann die Auswerte- und Steuereinheit 13 auf das Vorhandensein eines Bolzen schließen und ein Bolzen-Vorhanden-Signal erzeugen.

In diesem Fall kann entsprechend Fig. 2e und Fig. 2f sofort der Schweißvorgang ausgelöst werden.

Falls der Auswerte- und Steuereinheit 13 jedoch keinerlei plausible Informationen vorliegen, warum bereits ein zu verschweißendes Teil 19 im Bolzenhalter gehalten war, kann diese auch einen Ausstoßvorgang durchfuhren. Hierzu kann die Auswerte- und Steuereinheit 13 beispielsweise den Ladestift 23 entsprechend ansteuern. Der Schweißkopf 5 kann hierzu an eine Position bewegt werden, an der sich das Ausstoßen des zu verschweißenden Teils nicht störend auswirken kann.

Nach dem Ausstoß Vorgang kann die Auswerte- und Steuereinheit 13 nochmals das Detektieren eines Bolzens im Bolzenhalter durchführen. Wird nochmals ein Bolzen-Vorhanden-Signal erzeugt, beispielsweise weil der Ausstoß Vorgang nicht

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erfolgreich durchgeführt wurde, so kann nunmehr ein Fehlersignal oder ein Bedienerruf erzeugt werden.

Nach einer anderen Aus führungs form der Bolzenschweiß vorrichtung kann der Abstand X_c gemäß Fig. 3c so gesetzt werden, dass bei einem anschließenden Zuführen des zu verschweißenden Teils 19 dieses bereits bei dem Nach-Vorne-Schieben im Bolzenhalter 15 mit seiner Stirnseite auf das Werkstück 17 aufgesetzt wird. Hierzu kann während des Nach-Vorne-Schiebens des zu verschweißenden Teils 19 im Bolzenhalter 15 das Auftreten eines mechanischen oder elektrischen Kontakts überwacht und bei Detektieren eines Kontakts der Vorgang des Nach-Vorne-Schiebens abgebrochen werden. Anschließend kann der Schweißvorgang ausgehend von dieser Referenzposition durchgeführt werden. Bei dieser Vorgehensweise ist es erforderlich, den gemäß Fig. 3c einzustellenden Abstand X_c gleich dem späteren Überstand d zu wählen.

Das Detektieren eines mechanischen Kontakts kann, wie vorstehend beschrieben, durch das Erfassen der Antriebsleistung für den Antrieb des Ladestifts 23 oder das Erfassen von in der Schweißachse auftretenden Druckspannungen erfolgen. Aus Gründen der einfacheren Realisierbarkeit wird man in der Praxis jedoch das Detektieren eines elektrischen Kontakts in der Regel vorziehen.

In der Praxis kann der Fall auftreten, dass aus bestimmten Gründen bereits vor dem Zuführen eines zu verschweißenden Teils 19 in den Bolzenhalter 15 ein weiteres zu verschweißendes Teil in diesem gehalten ist.

Bei der vorstehend geschilderten Vorrichtung kann dies von der Auswerte- und Steuereinheit dadurch detektiert werden, dass der Ladestift um eine gesamte Bolzenlänge (die der Auswerte- und Steuereinheit 13 bekannt ist) zu wenig nach vorne bewegt werden muss. Hierfür kann beispielsweise die Zeit des Nach-

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Vorne-Bewegens des Ladestifts 23 ausgewertet werden oder es können Mittel zur Erfassung des Bewegungswegs des Ladestifts vorgesehen sein.

Wird der Abstand X_c in Fig. 3 c größer als der spätere Überstand d gewählt, so würde dies in der Phase gemäß Fig. 3d dazu fuhren, dass beim Zufuhren eines weiteren zu verschweißenden Teils das bereits im Bolzenhalter 15 enthaltene Teil weiter nach vorne, d.h. in Richtung auf die Werkstück-oberfläche zubewegt würde. Ist die Länge des zu verschweißenden Teils 19 größer als der zuvor eingestellte Abstand X_c, so führt dies zu einem Kontakt zwischen der Stirnseite des bereits zuvor vorhandenen zu verschweißenden Teils und der Werkstückoberfläche. Dieser kann wiederum detektiert werden. Stellt die Auswerte- und Steuereinheit 13 bereits beim Ladevorgang, d.h. während der Bewegung des Ladestifts 23 mittels des Antriebs 25 einen elektrischen oder mechanischen Kontakt fest, so wird dies als der zuvor geschilderte Fehler interpretiert.

Stellt die Auswerte- und Steuereinheit 13 fest, dass ein zweites Teil 19 zugeführt wurde, so kann kann die Schweißachse 5 um einen Abstand von der Werkstückoberfläche abgehoben werden, bei welchem durch das erneute oder weitere Ansteuern des Ladestifts 23 ein Ausstoßen des bereits im Bolzenhalter 15 gehaltenen zu verschweißenden Teils ermöglicht ist. Selbstverständlich kann hierzu auch der Antrieb 11 so angesteuert werden, dass der Bolzenschweißkopf an einen Ort bewegt wird, an welchem ein Ausstoßen des bereits vorhandenen zu verschweißenden Teils gefahrlos möglich ist.

Auf diese Weise ermöglicht die Erfindung in den vorstehend beschriebenen Ausgestaltungen eine sichere Entscheidung, ob ein zu verschweißendes Teil im Bolzenhalter gehalten ist. Insbesondere beim Schweißen ohne Stützfuß kann hierdurch bzw. durch den Einsatz einer elektrisch isolierend ausgebildeten Stirnseite

im Bereich des Bolzenhalters sicher vermieden werden, dass beim Fehlen eines zu verschweißenden Teils der Bolzenhalter selbst auf das Werkstück aufgeschweißt wird. Auch bei üblichen Schweiß verfahren mit Stützfuß kann verhindert werden, dass zwischen der Stirnseite des Bolzenhalters und der Werkstückoberfläche ein Lichtbogen gezündet und damit der Bolzenhalter beschädigt wird.

Des Weiteren kann auf eine korrekte Position des Bolzens im Bolzenhalter bzw. auf das Vorhandensein eines Bolzens der gewünschten richtigen Länge geschlossen werden.

Fig. 4 zeigt eine andere Ausführungsform eines Bolzenhalters 15, bei dem die elektrisch isolierende Stirnseite nicht durch den Bereich des Bolzenhalters gebildet ist, der für das Halten des zu verschweißenden Teils dient, sondern durch separate ein Distanzhaltemittel 16. Dieses kann, wie in Fig. 4 gezeigt, beispielsweise aus einem rohrförmigen Element bestehen, welches mit dem Bolzenhalter 15 selbst oder mir der axial beweglichen Schweißachse 5 verbunden ist. Die Stirnseite des Distanzhaltemittels 16 ragt um einen definierten Betrag über die Stirnseite des das zu verschweißende Teil haltenden Bereichs des Bolzenhalters hinaus, so dass ohne das Vorhandensein eines zu verschweißenden Teils beim Aufsetzten des Bolzenhalters auf ein Werkstück kein elektrischer Kontakt entsteht. Das Distanzhaltemittel 16 bzw. das rohrförmige Element kann an seiner Stirnseite drei oder mehrere, vorzugsweise jedoch drei Erhebungen 16b aufweisen. Zumindest die Stirnseite der Erhebungen 16b müssen in diesem Fall elektrisch isolierend ausgebildet sein. Die Erhebungen ermöglichen auf einfache Weise, visuell zu erkennen, ob die Schweißachse bzw. der Bolzenhalter senkrecht auf das Werkstück aufgesetzt wurde, d.h. ob ein Bolzen in der meist gewünschten senkrechten Stellung aufgeschweißt wird.

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Anstelle des rohrförmigen Elements können die Distanzhaltemittel auch als 3 oder mehrere, vorzugsweise drei Arme ausgebildet sein, die um den Umfang des das zu verschweißende Teil haltenden Bereichs des Bolzenhalters angeordnet sind.
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Selbstverständlich können entsprechende Erhebungen zur visuellen Prüfung der senkrechten Stellung des Bolzenhalters bzw. der Schweißachse auch bei einem Bolzenhalter gemäß Fig. 2 vorgesehen sein. Die Erhebungen sind dann an den Stirnseiten der einzelnen Lamellen des Bolzenhalters angeordnet, die das zu verschweißende Teil halten. Die Erhebungen können auch durch bereichsweises Aufbringen jeweils einer isolierenden Schicht mit ausreichender Dicke erzeugt werden oder durch metallische Vorsprünge an den Stirnseiten der Lamellen, wobei zumindest die Stirnseiten der Vorsprünge mit einem elektrisch isolierenden Material beschichtet werden.

Claims

1. Bolzenschweißvorrichtung

a) mit einem Bolzenschweißkopf (3), welcher ohne Stützfuß ausgebildet ist, und

b) welcher einen Bolzenhalter (15) umfasst, der im Bereich der Stirnseite eine elektrisch isolierende Schicht (15a) aufweist oder dessen gesamter vorderer Bereich aus einem elektrisch isolierenden Material besteht

2. Bolzenschweißvorrichtung

b) welcher einen Bolzenhalter (15) mit einer elektrisch isolierenden Stirnseite umfasst, wobei die elektrisch isolierende Stirnseite des Bolzenhalters (15) durch an seinem Umfang angeordnete Distanzhaltemittel (16) gebildet wird, die in axialer Richtung über das vordere Ende des ein zu verschweißendes Teil haltenden Bereichs des Bolzenhalters um einen definierten Überstand hinausragen, und deren stirnseitiger Bereich eine elektrisch isolierende Schicht (15a) aufweist oder aus einem elektrisch isolierenden Material besteht.

3. Bolzenhalter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Distanzhaltemittel (16) vorzugsweise rohrförmige und/oder einstückig mit dem Bolzenhalter (15) ausgebildet oder fest oder lösbar mit dem Bolzenhalter oder einer axial beweglichen Schweißachse (5) verbunden sind.

4. Bolzenschweißvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Schicht (15a) eine Keramikschicht ist oder das Material ein keramisches Material oder ein hitzebeständiges Kunststoffmaterial ist.

5. Bolzenschweißvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Stirnseite des Bolzenhalters oder der Distanzhaltemittel (15) wenigstens und vorzugsweise drei Vorsprünge oder Arme aufweist, mit denen der Bolzenhalter in Kontakt mit dem Werkstück gebracht werden kann.

6. Bolzenschweißvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

a) mit einem Antrieb (7) für den Bolzenhalter (15) oder ein damit gekoppeltes Element,

b) mit Mitteln zum Detektieren eines mechanischen Kontakts zwischen dem Bolzenhalter (15) oder einem darin gehaltenen zu verschweißenden Teil (19) und einem Werkstück (17),

c) mit Mitteln zum Detektieren eines elektrischen Kontakts zwischen dem Bolzenhalter (15) und dem Werkstück (17) und

d) mit einer Auswerte- und Steuereinheit (13) welche mit dem Antrieb (7) für den Bolzenhalter (15) und den Mitteln zum Detektieren eines elektrischen sowie den Mitteln zum Detektieren eines mechanischen Kontakts verbunden ist,

dadurch gekennzeichnet, dass

a) die Auswerteeinheit (13) so ausgebildet ist, dass sie den Antrieb (7) für den Bolzenhalter und die Mittel zum Detektieren eines elektrischen oder mechanischen Kontakts ansteuert und von den Mitteln zum Detektieren eines mechanischen und den Mitteln zum Detektieren eines elektrischen Kontakts gelieferte Signale auswertet.

7. Bolzenschweißvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zum Detektieren eines mechanischen Kontakts eine Einheit zur Erfassung der elektrischen Antriebsleistung des Antriebs (7) für den Bolzenhalter oder eines damit gekoppelten Parameters erfassen.

8. Bolzenschweißvorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein Antrieb (11) zur Bewegung des gesamten Schweißkopfs (3) vorgesehen ist, welcher vorzugsweise von der Auswerte- und Steuereinheit (13) ansteuerbar ist.

9. Bolzenschweißvorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung zur Durchführung der folgenden Bearbeitungsschritte ausgebildet ist:

a) Bewegen des Bolzenhalters (15) in Richtung auf die Werkstückoberfläche bei gleichzeitigem Überwachen eines mechanischen Kontakts zwischen der Stirnseite des Bolzenhalters (15) oder der Stirnseite eines im Bolzenhalter gehaltenen zu verschweißenden Teils (19) und der Werkstückoberfläche und gleichzeitigem Überwachen eines elektrischen Kontakts zwischen der Stirnseite eines im Bolzenhalter gehaltenen zu verschweißenden Teils (19) und dem Werkstück (17); wobei die Bewegung zumindest solange fortgesetzt wird, bis ein elektrischer oder mechanischer Kontakt detektiert wird,

b) für den Fall dass nur ein mechanischer Kontakt detektiert wird:

a) Interpretieren des alleinigen mechanischen Kontakts als Zustand, in dem kein zu verschweißendes Teil (19) im Bolzenhalter (15) gehalten ist,

b) Abheben des Bolzenhalters (15) vom Werkstück (17) bis ein vorbestimmter Abstand (X_c) zwischen der Stirnseite des Bolzenhalters (15) und der Werkstückoberfläche erreicht ist;

c) Zuführen eines zu verschweißenden Teils (19) in den Bolzenhalter (15) so, dass die Stirnseite des zu verschweißenden Teils (19) um einen vorbestimmten Überstand (d) über die Stirnseite des Bolzenhalters (15) hinausragt oder in Kontakt mit dem Werkstück (17) steht;

d) Durchführen eines Schweißvorgangs;

c) für den Fall dass nur ein elektrischer oder ein elektrischer und mechanischer Kontakt detektiert wird:

a) Interpretieren des alleinigen elektrischen oder elektrischen und mechanischen Kontakts als Zustand, in dem ein zu verschweißendes Teil (19) im Bolzenhalter (15) gehalten ist,

b) Erzeugen eines Bolzen-Vorhanden-Signals.

10. Bolzenschweißvorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass bei Auftreten eines Bolzen-Vorhanden-Signals ein Ausstoßvorgang für ein möglicherweise bereits im Bolzenhalter (15) vorhandenes zu verschweißendes Teil (19) durchführbar ist.

11. Bolzenschweißvorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Ausstoßvorgang erforderlichenfalls ein zu verschweißendes Teil (19) in den Bolzenhalter (15) zuführbar ist.

12. Bolzenschweißvorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Ausstoßvorgang erneut die Durchführung der Bearbeitungsschritte nach Anspruch 9 durchführbar sind, und dass bei erneutem Erzeugen eines Bolzen-Vorhanden-Signals ein Fehlersignal erzeugbar ist.

13. Bolzenschweißvorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Abheben des Bolzenhalters (15) vom Werkstück (17) bis ein vorbestimmter Abstand (X_c) zwischen der Stirnseite des Bolzenhalters (15) und der Werkstückoberfläche erreicht ist und nach dem Zuführen eines zu verschweißenden Teils (19) in den Bolzenhalter (15) so, dass die Stirnseite des zu verschweißenden Teils (19) um einen vorbestimmten Überstand (d) über die Stirnseite des Bolzenhalters (15) hinausragt oder in Kontakt mit dem Werkstück (17) steht, der Bolzenhalter (15) in Richtung auf das Werkstück (17) bewegbar ist, bis ein Kontakt detektiert wird und dass aus dem erfassten Bewegungsweg durch dessen Vergleich mit dem Sollweg (X_c-d) ermittelbar ist, ob das zu verschweißende Teil, dessen korrekte Länge vorausgesetzt, in einer korrekten Position im Bolzenhalter vorliegt oder ob, eine korrekte Position vorausgesetzt, das zu verschweißende Teil die gewünschte Länge aufweist.

14. Bolzenschweißvorrichtung nach einem der Anspruche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest die Bewegung des Bolzenhalters (15) gemäß Merkmal a) des Anspruchs 1 durch einen im Bolzenschweißkopf (3) vorgesehenen Antrieb (7) für den Bolzenhalter (15) oder eines damit gekoppelten Elements bewirkbar ist.

15. Bolzenschweißvorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Bolzenschweißkopf (3) vor der Durchführung der Bearbeitungsschritte nach Anspruch 9 Schritte mittels eines Positionierantriebs (11) so in Bezug auf das Werkstück (17) positionierbar wird, dass zwischen der Stirnseite des Bolzenhalters (15) und der Werkstückoberfläche, vorzugsweise an der gewünschten Schweißstelle, ein Abstand (X_c) gegeben ist.

16. Bolzenschweißvorrichtung nach Anspruch 14 oder 15, soweit dieser auf Anspruch 13 rückbezogen ist, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Bewegungsversuch gemäß Merkmal a) des Anspruchs 9 die Leistungsaufnahme des Antriebs (7) für den Bolzenhalter (15) oder die bei dem Bewegungsversuch im Bolzenhalter (15) oder einem damit gekoppelten Element in diesem wirkende Anpresskraft erfassbar ist, und dass bei einem Detektieren einer eine vorbestimmte Schwelle übersteigenden Leistungsaufnahme oder Anpresskraft der Bewegungsversuch abbrechbar ist und das Vorliegen eines mechanischen Kontakts zwischen Bolzenhalter und Werkstück angenommen wird.

17. Bolzenschweißvorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass beim Zuführen eines zu verschweißenden Teils (19) das Auftreten eines mechanischen oder elektrischen Kontakts überwachbar ist und dass bei Detektieren eines Kontakts bereits beim Zuführvorgang auf das Vorhandensein eines bereits vor dem Zuführvorgang im Zuführweg befindliches zu verschweißendes Teil (19) schließbar ist und vorzugsweise der Zuführvorgang stoppbar ist.

18. Bolzenschweißvorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass, falls erforderlich, der Bolzenhalter (15) in eine Position bewegbar ist, in der durch ein erneutes Starten der Zuführbewegung des zu verschweißenden Teils (19) für dessen Zuführen in die Ausgangsposition im Bolzenhalter (15) das bereits vorhandene zu verschweißende Teil (19) ausgestoßen werden kann.