WO2001076803A1 - Schweisseinrichtung - Google Patents

Abstract

Es wird eine Schweisseinrichtung angegeben mit einer Elektrodenhalterung (1), die über eine Antriebseinrichtung mit einem Träger (5) verbunden ist. Bei einer derartigen Schweisseinrichtung möchte man bei gleicher Leistung die Baugrösse verringern können. Hierzu ist die Antriebseinrichtung als doppelt wirkende Kolben-Zylinder-Anordnung (4, 7) ausgebildet.

Description

Schweißeinrichtunq

Die Erfindung betrifft eine Schweißeinrichtung mit einer Elektrodenhalterung, die über eine Antriebseinrichtung mit einem Träger verbunden ist.

Eine derartige Schweißeinrichtung dient dazu, Metallteile durch Punktschweißen miteinander zu verbinden. Hierzu wird eine Schweißelektrode in die Elektrodenhalterung eingesetzt und dort befestigt. Der Träger wird in die Nähe der zu verschweißenden Teile bewegt. Mit Hilfe der Antriebseinrichtung kann dann die Elektrodenhalterung so auf die Werkstücke zu bewegt werden, daß die Elektrode die beiden Werkstücke gegen eine Unterlage, die als Gegenelektrode dient, preßt. Der notwendige Preßdruck hängt unter anderem von der Stromstärke ab, mit der der Schweißpunkt gesetzt werden soll. Die notwendige Stromstärke ist unter anderem abhängig von den verwendeten Materialien und der Materialstärke. Wenn die Elektrode und die Gegenelektrode die beiden zu verbindenden Teile zwischen sich einklemmen, kann durch Beaufschlagen der Elektrode mit einer vorbestimmten Spannung ein Stromfluß bewirkt werden, der letztendlich zum Verschweißen der beiden Bauteile führt . Danach muß die Elektrode wieder von dem Schweißpunkt abgehoben werden. Hierzu wird eine Rückstellfeder verwendet.

Normalerweise möchte man beim Verschweißen von zwei oder mehr Werkstücken nicht nur einen Schweißpunkt herstellen, sondern es werden mehrere Schweißpunkte benötigt . Hierzu werden mehrere Träger in eine Grundplatte eingesetzt. Die Grundplatte wird dann in die Nähe der Werkstücke verfahren. Der Abstand der Schweißpunkte richtet sich nach der Größe der einzelnen Träger, d.h. er kann, wenn man ohne zwischenzeitliche Bewegung der Grundplatte mehrere Schweißpunkte herstellen möchte, nicht kleiner sein als die Größe eines Trägers. Wenn ein Träger beispielsweise eine Breite von 60 mm hat, dann beträgt der minimale Schweißpunktabstand etwa 65 mm.

Je größer die zum Verschweißen benötigte Stromstärke ist, desto höher muß auch der aufzubringende Druck sein und desto größer werden wiederum die einzelnen Träger. Damit steigt auch der Abstand der Schweißpunkte.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Möglichkeit anzugeben, bei gleichem Schweißstrom die Schweiß- punktabstände zu verringern.

Diese Aufgabe wird bei einer Schweißeinrichtung der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß die Antriebseinrichtung als doppelt wirkende Kolben-Zylinder- Anordnung ausgebildet ist.

Überraschenderweise hat sich herausgestellt, daß man auf diese Weise bei gleicher Leistung die Baugröße ei- nes Trägers verringern kann oder - anders herum - bei gleicher Baugröße die Leistung erhöhen kann. Dies wird dadurch erreicht, daß man die zum Rückstellen benötigten Kräfte besser steuern kann. Die Rückstellung des Kolbens erfolgt unter dem Druck des gleichen Mediums, das auch die Anstellung der Elektrode an die Werkstücke bewirkt, beispielsweise eine Hydraulikflüssigkeit. Damit kann man die Rückstellkräfte ganz wesentlich erhöhen, ohne gleichzeitig eine entsprechend große Feder zur Rückstellung verwenden zu müssen. Wenn die Feder entbehrlich ist oder kleiner ausgeführt werden kann, dann nimmt sie weniger Bauraum in Anspruch. Darüber hinaus kann man gegenüber bekannten Fällen auf eine Führung der Feder verzichten, so daß eine größere Druckangriffsfläche an dem Kolben der Kolben-Zylinder- Anordnung zur Verfügung steht , die wiederum größere Kräfte bei gleichem Druck ermöglicht. Dadurch, daß die Rückstellung des Kolbens nicht mehr oder nicht mehr nur unter der Wirkung einer Feder erfolgt, kann man auch die Zuverlässigkeit der Schweißeinrichtung erhöhen. Man kann beobachten, daß die Elektroden gelegentlich am Werkstück haften oder kleben bleiben, sich also nach Beendigung des eigentlichen Schweißvorgangs nicht vom Werkstück lösen. Ein derartiges Kleben behindert vor allem einen automatischen Produktionsprozeß. Die Kraft einer Feder reicht in der Regel nicht aus, um ein derartiges Kleben zu überwinden. Wenn man hingegen den Kolben unter der Wirkung eines hydraulischen Drucks zwangsweise zurückführt, dann reichen die auf den Kol- ben wirkenden Kräfte in der Regel aus, um die Elektrode vom Werkstück abzureißen. Man kann dabei in Kauf nehmen, daß das Werkstück beschädigt wird. Der Produktionsprozeß kann aber weiterlaufen. Wenn man bislang bei einer entsprechenden Leistung die Breite des Schweiße- lements mit 60 mm ansetzen mußte, dann kommt man durch die Ausbildung der Antriebseinrichtung als doppelt wirkende Kolben-Zylinder-Anordnung mit 50 mm aus, gewinnt also ca. 20% Platz. Der Punktabstand kann bei gleicher Schweißleistung auf etwa 55 mm verringert werden. Es ist nun auch leichter möglich, die Elektrodenbewegung in einer Richtung ablaufen zu lassen, die von der Vertikal- oder Schwerkraftrichtung abweicht. Eine derartige Bewegung hat erhöhte Reihungskräfte zur Folge, weil die relativ zueinander bewegten Teile zusätzlich mit Schwerkraft belastet sind. Bei derartigen Reibungen war die Rückstellfeder bislang nicht immer in der Lage, ihre Funktion zuverlässig auszuführen. Wenn man nun eine druckgesteuerte Rückstellung vorseht, dann fallen diese Begrenzungen fort .

Vorzugsweise weist die Kolben-Zylinder-Anordnung einen Druckraum und einen Rückstellraum auf, wobei der Druckraum größer als der Rückstellraum ist. Auf diese Weise ist es möglich, bei wiederholten Kolbenhüben einen ge- wissen Austausch der hydraulischen Flüssigkeit zu bewirken. Dies gilt insbesondere dann, wenn ein Ventil, das die Flüssigkeitszufuhr der Druckflüssigkeit steuert, relativ nahe an der Kolben-Zylinder-Anordnung angeordnet ist. Ein derartiger Flüssigkeitsaustausch ist von Vorteil, weil nicht zu vermeiden ist, daß sich der Träger und damit die in der Kolben-Zylinder-Anordnung befindliche Flüssigkeit erwärmt. Auch wenn das Ventil weiter weg ist, kann man zumindest dafür sorgen, daß das Öl in Leitungen verdrängt wird, wo es abkühlen kann .

Vorzugsweise weist die Kolben-Zylinder-Anordnung einen Kolben auf, der in einer Buchse mit einer gestuften. Bohrung geführt ist. Die Buchse läßt sich relativ ein- fach bearbeiten. Man kann sie dementsprechend als Ver- schleißteil konzipieren. Aufwendige Bearbeitungen des Trägers können entfallen. Die gestufte Bohrung läßt die Ausbildung des Kolbens mit einer Kolbenstange zu, wobei die Kolbenstange in einem Abschnitt der Bohrung mit verringertem Durchmesser geführt ist . Auf diese Weise wird der Kolben in der Buchse über seinen gesamten Bewegungshub zuverlässig an zwei relativ weit voneinander beabstandeten Punkten geführt, so daß das Risiko eines Verkantens klein bleibt und damit ein größerer Ver- schleiß vermieden werden kann.

Bevorzugterweise ist der Kolben über Führungselemente in der Buchse abgestützt . Derartig Führungselemente können auch als "Kolbenringe" bezeichnet werden. Auch sie sind Verschleißteile und können bei regelmäßigen Wartungen ausgetauscht werden, bevor größere Schäden auftreten.

Vorzugsweise weist die Buchse eine seitliche Öffnung im Rückstellraum auf, die mit einem Ringraum im Träger in

Verbindung steht. Dies vereinfacht die Leitungsführung für die Hydraulikflüssigkeit in den Rückstellraum. Eine seitliche Öffnung in der Buchse läßt sich problemlos herstellen, beispielsweise durch Bohren. Durch den Rin- graum wird sichergestellt, daß die Drehlage der Buchse gegenüber dem Träger beim Einbau keine Rolle spielt .

Hierbei ist besonders bevorzugt, daß der Kolben im Bereich seines rückstellraumseitigen Endes einen Außen- durchmesser aufweist, der kleiner als der Innendurchmesser der Buchse im Rückstellraum ist. Damit wird gewährleistet, daß auch bei einer Endlage des Kolbens an der Stufe, die den Rückstellraum begrenzt, eine Druckbeaufschlagung des Kolbens in Rückstellrichtung möglich ist. Vorzugsweise weist der Träger eine durchgehende Bohrung auf, in der die Buchse angeordnet ist und die durch einen Deckel verschlossen ist. Dies vereinfacht die Her- Stellung des Trägers und die Montage der Buchse im Träger. Im Träger muß lediglich eine Bohrung angebracht werden, was ohne Schwierigkeiten möglich ist. Gehalten wird die Buchse dann unter anderem durch den Deckel .

Auch ist bevorzugt, daß die Buchse auf der dem Deckel abgewandten Seite durch einen Klemmring im Träger gehalten ist. Dies hat den Vorteil, daß man zum Austausch der Buchse den Deckel nicht lösen muß. Über den Deckel werden in der Regel unter anderem auch Schweißströme übertragen, für die eine Grenzfläche, beispielsweise die zwischen Deckel und Träger, einen gewissen elektrischen Widerstand bildet . Man kann daher auf die Verbindung zwischen Deckel und Träger bei der Montage eine gewisse Aufmerksamkeit richten und diese mit einem mög- liehst geringen elektrischen Widerstand ausbilden. Zum

Austausch der Buchse wird dann, falls dies erforderlich ist, lediglich der Klemmring gelöst.

Vorzugsweise ist die Kolben-Zylinder-Anordnung über ein Vier/Zwei-Wege-Ventil mit einer Druckversorgungseinrichtung verbunden. Ein Vier/Zwei-Wege-Ventil ist eine sehr einfache Möglichkeit, den Druck auf den Kolben gesteuert in beide Richtungen wirken zu lassen.

Auch ist von Vorteil, wenn der Kolben eine Rückstellfeder aufweist. Diese Rückstellfeder gewährleistet auch bei Abwesenheit von Druckflüssigkeit, daß die Elektro- denhalterung in ihre "LeerlaufStellung" oder "Parkstellung" zurückgeschoben werden kann, d.h. die Elektrodenhalterung möglichst dicht am Träger anliegt. Die Erfindung wird im folgenden anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der Zeichnung beschrieben. Hierin zeigen:

Fig. 1 eine erste Ausführungsform einer Elektrode - halterung mit Träger und

Fig. 2 eine zweite Ausführungsform.

Fig. 1 zeigt einen Teil einer Schweißeinrichtung, nämlich eine Elektrodenhalterung 1 mit einer Aufnahme 2 für eine nicht näher dargestellte Schweißelektrode. Die Elektrodenhalterung ist an einer Kolbenstange 3 eines Kolbens 4 befestigt, der in einem Träger 5 verlagerbar ist .

Im Träger 5 ist eine Bohrung 6 vorgesehen, in der eine Buchse 7 angeordnet ist. Die Buchse 7 weist eine ge- stufte Bohrung auf mit einem Abschnitt 8 größeren

Durchmessers, wobei der Innendurchmesser des Abschnitts 8 mit dem Außendurchmesser des Kolbens 4 übereinstimmt. Ferner weist die Bohrung der Buchse 7 einen Abschnitt 9 kleineren Durchmessers auf, dessen Innendurchmesser im wesentlichen mit dem Außendurchmesser der Kolbenstange 3 übereinstimmt.

Der Kolben 4 trennt im ersten Abschnitt 8 einen Druckraum 10 von einem Rückstellraum 11. Hierbei ist die wirksame Fläche des Kolbens 4, auf die die Drücke wirken können, im Druckraum 10 wesentlich größer als im Rückstellraum 11, weil im Rückstellraum 11 der Querschnitt der Kolbenstange 3 vor der Kolbenfläche abzuziehen ist . Der Kolben 4 weist an seiner druckraumseitigen Stirnseite einen Vorsprung 12 auf, der verhindert, daß der Kolben 4 flächig zur Anlage an die obere Begrenzung des Druckraumes 10 kommt. Am unteren Ende weist der Kolben 4 einen Abschnitt 13 mit etwas verringertem Durchmesser auf, der zwischen dem Kolben und der Buchse 7 einen Spalt 14 beläßt.

Zwischen dem ersten Abschnitt und dem zweiten Abschnitt 9 der Buchse ist eine Stufe 15 vorgesehen. Diese bildet eine Grenze des Rückstellraums 11. Der Stufe benachbart angeordnet ist eine Bohrung 16 in der Wand der Buchse 7. Diese Bohrung steht in Überdeckung mit einem Ringkanal 17, der auf nicht näher dargestellte Weise mit ei- nein, Leitungsanschluß in Verbindung steht, der Druckraum 10 steht mit einem anderen Leitungsanschluß 30 in Verbindung, wobei die einzelnen Kanäle innerhalb des Trägers 5 nicht näher dargestellt sind.

Zwischen dem Kolben 4 und der Buchse 7 sind eine Dichtung 18 und mehrere Führungselemente 19 vorgesehen, die man auch als Kolbenringe bezeichnen kann. In ähnlicher Weise sind zwischen der Kolbenstange 3 und der Buchse 7 eine Dichtung 20 und mehrere Führungselemente 21 vorge- sehen, so daß der Kolben 4 mit seiner Kolbenstange 3 bei einer Bewegung in Axialrichtung immer an zwei voneinander beabstandeten Positionen gut abgestützt ist. Ein Verkanten wird damit praktisch ausgeschlossen.

Die Buchse 7 ist, wie oben ausgeführt, in einer Bohrung

6 des Trägers 5 angeordnet . Der Träger 5 ist mit einem Deckel 22 versehen, der die Bohrung 6 abdeckt. Hierbei kann der Deckel 22 eine Ausnehmung 23 aufweisen, in die die Buchse 7 hineinragt. Zur Befestigung des Deckels 22 am Träger 5 können Schrauben 24 dienen Ferner kann man in nicht näher dargestellter Weise dafür sorgen, daß der elektrische Widerstand beim Übergang von Deckel 22 auf den Träger 5 möglichst klein bliebt.

Am kolbenstangenseitigen Ende, d.h. in Fig. 1 unten, ist die Buchse 7 durch einen Klemmring 25 in dem Träger festgehalten, der durch Schrauben 26 am Träger 5 befestigt ist. Wenn es notwendig sein sollte, die Buchse auszutauschen, dann werden die Schrauben 26 gelöst, und der Klemmring 25 kann abgehoben werden. Danach kann die Buchse 7 aus dem Träger 5 herausgezogen werden.

Die Elektrodenhalterung 1 ist mit einer FührungsStange 27 versehen, die in einer Führungsbohrung 28 im Träger 5 geführt ist, was eine weitere Sicherheit gegen Verkanten gibt .

Ferner ist die Elektrodenhalterung 1 über eine elektrische Leitung 29 mit dem Träger 5 verbunden. Der Träger 5 wird im Betrieb in eine Halteplatte eingesetzt (nicht näher dargestellt) und mit Strom versorgt, vorzugsweise über den Deckel 22. Dieser Strom gelangt dann über die Leitung 29 zur Elektrodenaufnahme 2 und damit an die nicht näher dargestellte Elektrode.

Im Betrieb wird der Träger 5 zunächst in die Nähe von zu verschweißenden Werkstücken bewegt, wobei die Werkstücke mit einer ebenfalls nicht näher dargestellten Gegenelektrode in Verbindung stehen. Alsdann wird der Druckraum 10 mit Druck beaufschlagt und der Kolben 4 wird aus dem Träger 5 herausgeschoben, d.h. in der Darstellung nach Fig. 1 nach unten. Da der Druck im Druckraum 10 auf die gesamte Kolbenquerschnittsflache wirken kann, lassen sich hier relativ hohe Kräfte erzielen. Diese Kräfte pressen die nicht näher dargestellte Elek- trode gegen das Werkstück, und es kann nun ein Schweißpunkt gesetzt werden, indem Strom durch die Elektrode geleitet wird.

Danach wird umgesteuert, d.h. die Hydraulikflüssigkeit unter Druck wird in den Ringkanal 17 geleitet und gelangt über die Bohrung 16 in den Rückstellraum 11. Der Kolben 4 wird damit nach oben gedrückt , und zwar mit einer Kraft, die wesentlich stärker sein kann als die Rückstellkraft einer Feder, die man in diesem Raum unterbringen könnte . Dadurch wird die Elektrodenhalterung 1 und die mit ihr verbundene Elektrode vom Werkstück abgehoben. Die Kraft, die durch den Druck im Rückstell- räum 11 erzeugt wird, ist so groß, daß auch bei einem Klebenbleiben der Elektrode am Werkstück ein zuverlässiges Abheben der Elektrode gewährleistet ist.

Wenn man das zum Umsteuern verwendete Ventil, vorzugsweise ein Vier/Zwei-Wege-Ventil , relativ nahe an dem Träger 5 anordnet, kann man aufgrund der Größenverhältnisse von Druckraum 10 und Rückstellraum 11 dafür sorgen, daß die Hydraulikflüssigkeit , die den Druckraum 10 befüllt hat, regelmäßig ausgetauscht wird, d.h. eine unausweichliche Erwärmung, die aufgrund des Stromflus- ses durch den Deckel 22 und den Träger 5 erfolgt, hat keine negativen Auswirkungen auf die Qualität der Hydraulikflüssigkeit, die aufgrund des Austusches immer wieder abgekühlt wird. Auch wenn man das Umsteuerventil in einer gewissen Entfernung vom Träger 5 anordnen muß, kann man dafür sorgen, daß die Hydraulikflüssigkeit über den Anschluß 30 in Bereiche gelangt, die kälter sind als der Träger 5.

Die Buchse 7 und die Führungseie ente 19, 21 sowie die Dichtungen 18, 20 sind als Verschleißteile ausgebildet, die bei Wartungsarbeiten erneuert werden können, falls dies erforderlich ist. Die Buchse 7 ist ein relativ einfach aufgebautes Teil, das einfach in den Träger 5 hineingesteckt werden kann.

Über die Position der Stufe 15 läßt sich nun die Hublänge auf relativ einfache Weise verändern. Wenn die Stufe 15 weiter vom Deckel 22 entfernt ist, dann entsteht ein größerer Hub. Man kann die Hublänge also ein- fach durch Austausch der Buchse 7 verändern.

Der Abstand von benachbarten Schweißpunkten ist im wesentlichen durch die Breite des Trägers 5 (in Fig. 1: senkrecht zur Zeichenebene) bestimmt. Diese Breite wird wiederum bestimmt durch den Durchmesser des Kolbens 4. Dieser Durchmesser wiederum ist abhängig von der gewünschten Kraft, mit der die Elektroden gegen die Werkstücke gepreßt werden sollen. Da man nun den gesamten Kolbenquerschnitt des Kolbens 4 als Druckangriffsfläche zur Verfügung hat, läßt sich der Kolben relativ klein halten. Man benötigt auch keinen Bauraum für eine Rückstellfeder, weil die Rückstellkraft durch den Druck im Rückstellraum 11 aufgebracht wird.

Fig. 2 zeigt eine abgewandelte Ausgestaltung, bei der zum einen die Stufe 15 weiter vom Deckel 22 entfernt, also die Hubhöhe vergrößert, ist. Zum anderen ist eine zusätzlich Rückstellfeder 31 vorgesehen. Diese Rückstellfeder 31 kann relativ schwach dimensioniert sein. Sie dient nicht dazu, den Kolben nach dem Schweißvorgang wieder zurückzuziehen. Dies wird nach wie vor durch hydraulischen Druck im Rückstellraum 11 bewirkt. Die Feder 31 wird vielmehr dazu verwendet, in Abwesenheit von Hydraulikflüssigkeit den Kolben 4 in seine in Fig. 2 dargestellte Ruheposition zu bewegen.

Claims

Patentansprüche

1. Schweißeinrichtung mit einer Elektrodenhalterung, die über eine Antriebseinrichtung mit einem Träger verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebseinrichtung als doppelt wirkende Kolben- Zylinder-Anordnung (4, 7) ausgebildet ist.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolben-Zylinder-Anordnung (4, 7) einen Druckraum (10) und einen Rückstellrau (11) auf- weist, wobei der Druckraum (10) größer als der Rückstellraum (11) ist.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolben-Zylinder-Anordnung (4, 7) einen Kolben (4) aufweist, der in einer Buchse (7) mit einer gestuften Bohrung (8, 9) geführt ist.

4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (4) über Führungselemente (19) in der Buchse (7) abgestützt ist.

5. Einrichtung nach Anspruch 3 oder 4 , dadurch gekennzeichnet, daß die Buchse (7) eine seitliche Öffnung (16) im Rückstellraum (11) aufweist, die mit einem Ringraum (17) im Träger (5) in Verbindung steht.

6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (4) im Bereich seines rück- stellraumseitigen Endes einen Außendurchmesser auf- weist, der kleiner als der Innendurchmesser der Buchse (7) im Rückstellraum (11) ist.

7. Einrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 6 , dadurch gekennzeichnet, daß der Träger (5) eine durchgehende Bohrung (6) aufweist, in der die Buchse (7) angeordnet ist und die durch einen Deckel (22) verschlossen ist.

8. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeich- net, daß die Buchse (7) auf der dem Deckel (22) abgewandten Seite durch einen Klemmring (25) im Träger (5) gehalten ist.

9. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, da- durch gekennzeichnet, daß die Kolben-Zylinder- Anordnung (4, 7) über ein Vier/Zwei-Wege-Ventil mit einer Druckversorgungseinrichtung verbunden ist.

10. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, da- durch gekennzeichnet, daß der Kolben (4) eine Rückstellfeder (31) aufweist.