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Die Erfindung betrifft eine Widerstandspunktschweißvorrichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
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Im Karosserierohbau werden mittels Schweißanlagen die noch separaten Rohbauteile durch Punktschweißung miteinander verbunden. An Abhängigkeit von den zu setzenden Schweißpunkten können in einer Großserienproduktion die erforderlichen Taktzeiten in einem Bereich zwischen 30 und 60 Sekunden liegen.
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Aus der
DE 101 01 787 A1 ist eine gattungsgemäße Widerstandspunktschweißvorrichtung bekannt, die eine Punktschweißzange mit kühlmitteldurchströmten Elektrodenarmen aufweist, mit deren Hilfe Schweißpunkte zwischen zwei Fügepartnern gesetzt werden. Die einander zugewandten Spitzen der Elektrodenarme sind durch Elektrodenkappen gebildet, die als Verschleißteile nach einer Anzahl von gesetzten Schweißpunkten von einem Werker manuell auszutauschen sind. Die Elektrodenarme der Punktschweißzange sind in gängiger Praxis an einem Kühlmittelkreislauf angeschlossen, bei dem das Kühlmittel von einem, von einer zentralen Kühlmittelversorgung entkoppelten, dezentralen Kühlmitteltank über eine kühlmittelzuführende Vorlaufleitung den jeweiligen Elektrodenarm durchströmt und im weiteren Strömungsverlauf über eine kühlmittelabführende Rücklaufleitung wieder in den dezentralen Kühlmitteltank rückführbar ist. Beim Wechsel der Elektrodenkappen wird an den Elektrodenarm-Spitzen zwangsläufig der Kühlmittelkreislauf freigelegt. Um daher eine Kühlmittel-Leckage aus den Elektrodenarmen zu vermeiden, sind Maßnahmen vorzusehen, mit deren Hilfe eine solche Kühlmittel-Leckage verhindert wird.
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Aus der
DE 39 42 195 C1 ist ein Absaugsystem für eine kühlmittelgekühlte Schweißvorrichtung bekannt. Die Schweißvorrichtung weist ein Kühlsystem auf, das im Gegensatz zum obigen gattungsgemäßen Stand der Technik über einen Kühlmittelzulauf mit einem zentralen Kühlmittel-Versorgungsnetz gekoppelt ist, nicht jedoch mit einem davon dezentralen Kühlmitteltank. Zudem weist das Kühlsystem sowohl in der Vorlaufleitung als auch in der Nachlaufleitung Sperrventile auf, die zur Durchführung eines Kappenwechsel einen durch den Elektrodenarm geführten Leitungsabschnitt vom übrigen Kühlmittelkreislauf strömungstechnisch abtrennen. Zudem ist eine Absaugeinheit vorgesehen, mittels der zur Vermeidung einer Kühlmittel-Leckage bei entfernten Elektrodenkappen das Restkühlmittel im Leitungsabschnitt mit einem Unterdruck beaufschlagt. Die Absaugeinheit ist in der
DE 39 42 195 C1 mit der Vorlaufleitung in Verbindung und als eine Kolbenzylindereinheit ausgeführt. Diese weist einen ersten Zylinderabschnitt mit darin geführtem ersten Kolben und einen zweiten Zylinderabschnitt mit darin geführtem zweiten Kolben auf, die zueinander über eine Kolbenstange bewegungsgekoppelt sind. Die vom ersten Kolben begrenzten Teilkammern sind über Druckluftleitungen belüftbar oder aber entlüftbar. Durch entsprechende Belüftung/Entlüftung wird der, eine Ansaugkammer begrenzende zweite Kolben hubverstellt, wodurch bei entsprechender Kolbenverstellung Kühlmittel in die Ansaugkammer gesaugt oder aus dieser ausgestoßen wird.
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Bei einem Kappenwechsel wird in der
DE 39 42 195 C1 zunächst durch manuelle Betätigung der Sperrventile die Vor- und Rücklaufleitung gesperrt. Durch die manuelle Betätigung der Sperrventile wird automatisch über eine elektronische Steuerschaltung das Saugsignal (Druckluftsignal) generiert und zur Absaugeinheit geleitet.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Widerstandspunktschweißvorrichtung bereitzustellen, bei der ein Kappenwechsel prozesssicher sowie steuerungstechnisch einfach durchführbar ist.
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Die Aufgabe ist durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen offenbart.
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Gemäß dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 weist die Widerstandspunktschweißvorrichtung zur Durchführung eines Kappenwechsels eine Sperreinheit und eine Absaugeinheit auf. Mittels der Sperreinheit kann ein, durch den jeweiligen Elektrodenarm geführter Leitungsabschnitt vom übrigen Kühlmittelkreislauf strömungstechnisch entkoppelt werden. Mittels der Absaugeinheit kann zur Vermeidung eines unbeabsichtigten Kühlmittelaustrittes (das heißt bei gelöster Elektrodenkappe) aus dem freigelegten Kühlmittelkreislauf das Restkühlmittel im Leitungsabschnitt mit einem Unterdruck beaufschlagt werden. Auf diese Weise ist – bei gelöster Elektrodenkappe – die Restkühlmittel-Säule von der freigelegten Öffnung an der Elektrodenspitze zurückgezogen.
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Im Normalbetrieb der Widerstandspunktschweißvorrichtung werden die beiden Elektrodenarme der Punktschweißzange zum Setzen eines Schweißpunktes unter Zwischenlage von Fügepartner zusammengefahren und mit einem elektrischen Energieimpuls beaufschlagt, wodurch der Schweißpunkt gesetzt wird. Nach erfolgtem Setzen des Schweißpunktes erfolgt eine Impulskühlung der Elektrodenarme, bei der mittels einer Förderpumpe Kühlmittel impulsartig im Kühlmittelkreislauf umgewälzt wird. Nach einer vorgegebenen Anzahl von Punktschweißvorgängen erfolgt ein Kappenwechsel. Für eine prozesssichere Durchführung des Kappenwechsels kann bevorzugt eine elektronische Steuereinheit vorgesehen sein. Diese steuert bei einem beabsichtigten Kappenwechsel die Sperreinheit mit einem Sperrsignal und die Absaugeinheit mit einem Saugsignal automatisch an.
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Zur prozesssicheren Durchführung des Kappenwechsels ist es von großer Bedeutung, wenn die Aktivierung der Ansaugeinheit und die Aktivierung der Sperreinheit zeitlich zueinander abgestimmt erfolgt. Bevorzugt ist es, wenn zunächst der durch den Elektrodenarm geführte Leitungsabschnitt vom übrigen Kühlmittelkreislauf entkoppelt wird und erst anschließend das darin befindliche Restkühlmittel mit einem Unterdruck beaufschlagt wird. Vor diesem Hintergrund kann der elektronischen Steuereinheit ein Verzögerungsglied zugeordnet sein, mit dem die Absaugeinheit zeitverzögert nach erfolgter Aktivierung der Sperreinheit mit dem Saugsignal ansteuerbar ist. Mittels des Verzögerungsgliedes wird zur Vorbereitung des Kappenwechsels eine Signal-Weiterleitung des Saugsignals zur Saugeinheit – im Vergleich zur Weiterleitung des Sperrsignals zur Sperreinheit, zeitverzögert durchgeführt.
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Im Hinblick auf eine signaltechnisch einfache Ausführung kann das Verzögerungsglied nicht in der elektronischen Steuereinheit als Programmbaustein integriert sein, sondern vielmehr als eine Komponente unmittelbar in der zur Absaugeinheit führenden Signalleitung angeordnet sein. Erst nachdem der Elektrodenarm-Leitungsabschnitt vom Kühlmittelkreislauf entkoppelt ist und dieser mit Unterdruck beaufschlagt ist, wird vom Werker der Kappenwechsel durchgeführt.
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Zur weiteren Vereinfachung der Steuerungstechnik kann die Saugeinheit und die Sperreinheit pneumatisch betreibbar sein. Entsprechend sind auch die zu den Saug- und Sperreinheiten geführten Signalleitungen als Druckluftleitungen ausgeführt, über die die Saug- und Sperrsignale als Druckluftsignale weitergeleitet werden. In diesem Fall kann das Verzögerungsglied prozesstechnisch einfach eine in der Druckleitung angeordnete Pneumatickomponente sein, das heißt eine Blende oder eine Drosselstelle.
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In einer technischen Umsetzung des Kühlsystems kann die Sperreinheit ein in der Vorlaufleitung angeordnetes Sperrventil und ein in der Rücklaufleitung angeordnetes Sperrventil aufweisen. Im Hinblick auf eine einfache Ansteuerung können die beiden Sperrventile einen gemeinsamen pneumatischen Antrieb aufweisen, der durch ein gemeinsames Sperrsignal ansteuerbar ist. Bevorzugt sind die Sperrventile als robuste Kugelhähne ausgeführt.
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Zur weiteren Vereinfachung der Steuerungstechnik können die zu der Absaugeinheit geführten Druckleitungen und die zur Sperreinheit geführten Druckleitungen jeweils an einer Verzweigungsstelle in eine gemeinsame Druckleitung übergehen. Die beiden gemeinsamen Druckluftleitungen sind unter Zwischenschaltung eines, von der elektronischen Steuereinheit elektromagnetisch ansteuerbaren Steuerventils – je nach Schaltstellung – mit einer Druckluftquelle belüftbar oder entlüftbar.
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In einer Realisierung des Kühlsystems kann die Ansaugeinheit eine Kolbenzylindereinheit sein, wie sie beispielhaft aus der oben erwähnten
DE 39 42 106 C1 bekannt ist. Entsprechend weist die Kolbenzylindereinheit einen ersten Zylinderabschnitt mit darin geführtem ersten Kolben und einen zweiten Zylinderabschnitt mit darin geführtem zweiten Kolben aufweisen, die über eine Kolbenstange miteinander bewegungsgekoppelt sind. Die beidseitig des ersten Kolbens befindlichen Teilkammern sind unter Kolbenhubverstellung über die Druckluftleitungen belüftbar oder entlüftbar. Der mit dem ersten Kolben bewegungsgekoppelte zweite Kolben begrenzt eine mit dem Elektrodenarm-Leitungsabschnitt verbundene Ansaugkammer, die bei entsprechender Kolbenhubverstellung Kühlmittel aus dem Leitungsabschnitt ansaugt (zur Vorbereitung des Kappenwechsels) oder Kühlmittel in den Leitungsabschnitt ausstößt (nach erfolgtem Kappenwechsel).
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Die vorstehend erläuterten und/oder in den Unteransprüchen wiedergegebenen vorteilhaften Aus- und/oder Weiterbildungen der Erfindung können – außer zum Beispiel in den Fällen eindeutiger Abhängigkeiten oder unvereinbarer Alternativen – einzeln oder aber auch in beliebiger Kombination miteinander zur Anwendung kommen.
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Die Erfindung und ihre vorteilhaften Aus- und Weiterbildungen sowie deren Vorteile sind nachfolgend anhand der beigefügten Figur näher erläutert.
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In der Figur sind grob schematisch die zusammenwirkenden Elektrodenarme 1 einer Punktschweißzange gezeigt, die Bestandteil einer Widerstandsschweißvorrichtung ist. In der Figur sind die beiden Elektrodenarme 1 mit ihren einander zugewandten Spitzen 3 in Kontakt zueinander gezeigt. Die Elektrodenarm-Spitzen 3 sind Kappen, die nach einer Anzahl von erfolgten Punktschweißvorgängen als Verschleißteile ausgewechselt werden. Die zur Ansteuerung der Punktschweißzange erforderliche Steuerungselektronik ist nicht Gegenstand der Erfindung und daher in der Figur nicht angedeutet.
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In der Figur sind die beiden Elektrodenarme 1 kühlmitteldurchströmt und Bestandteil eines geschlossenen Kühlmittelkreislaufes K, bei dem Kühlmittel von einem Kühlmitteltank 5 über eine Förderpumpe 7 in eine bis zur jeweiligen Elektrodenkappe 3 führende Vorlaufleitung 9 gefördert wird und dort in einer kühlmittelrückführenden Rücklaufleitung 11 bis zum Kühlmitteltank 5 rückgeführt wird. Stromauf des Kühlmitteltanks 5 ist eine ventilatorbelüftete Kühleinheit 13 angeordnet, mittels der das rückgeführte Kühlmittel gekühlt wird.
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Die Förderpumpe 7 ist über eine Signalleitung 15 mit einer elektronischen Steuereinheit 17 in Verbindung. Die Signalleitung 15 ist, wie auch die später beschriebenen mit Luftdruck beaufschlagbaren Signalleitungen 45, 47, 55, 59, 61, 63, mit gestrichelter Linie gezeigt. Die Steuereinheit 17 aktiviert während eines Schweißbetriebes über ein Kühlsignal Skühl die Förderpumpe 7, wodurch diese während oder unmittelbar nach dem Setzen eines Schweißpunktes Kühlmittel durch den Kühlmittelkreislauf K umwälzt, und zwar impulsartig, das heißt nicht im Dauerbetrieb.
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Die Elektrodenkappen 3 sind Verschleißteile, die nach einer vorgegebenen Anzahl von Punktschweißvorgängen vom Werker manuell auszutauschen sind. Zur Vorbereitung eines solchen Kappenwechsels sind im Kühlmittelkreislauf K eine Sperreinheit 19 sowie eine Absaugeinheit 21 angeordnet, die jeweils pneumatisch antreibbar sind. Die Sperreinheit 19 weist zwei Kugelhähne 23, 25 auf, die jeweils in der Vorlaufleitung 9 und in der Rücklaufleitung 11 positioniert sind. Mittels der Kugelhähne 23, 25 ist ein durch die Elektrodenarme 1 geführter Leitungsabschnitt 27 vom übrigen Kühlmittelkreislauf K strömungstechnisch abkoppelbar.
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Die Absaugeinheit 21 ist in der Figur als eine pneumatisch betriebene Kolbenzylindereinheit ausgeführt. Diese weist voneinander über eine Trennwand 29 getrennte erste und zweite Zylinderabschnitte 31, 33 auf. In jedem der Zylinderabschnitte 31, 33 ist jeweils ein erster Kolben 35 und ein zweiter Kolben 37 geführt, die über eine Kolbenstange 39 bewegungsgekoppelt sind. Beidseitig des ersten Kolbens 35 sind Teilkammern 41, 43 angeordnet, die jeweils über später beschriebene Druckluftleitungen 45, 47 belüftbar oder entlüftbar sind, und zwar unter Hubverstellung der beiden Kolben 35, 37. Der zweite Kolben 37 begrenzt eine Ansaugkammer 49, die über eine Verbindungsleitung 51 mit dem Leitungsabschnitt 27 (das heißt der Rücklaufleitung) verbunden ist.
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Bei einer Impulskühlung der Elektrodenarme 1 kann der Kühlmittel-Staudruck in der Vorlaufleitung 9 exemplarisch auf ca. 5 bis 6 bar ansteigen, während in der Rücklaufleitung 11 ein Kühlmittel-Druck von etwa 0,8 bar anstehen kann. Von daher ist es von Vorteil, wenn, wie in der Figur gezeigt, die Absaugeinheit 21 nicht an der Vorlaufleitung 9, sondern an der Rücklaufleitung 11 angeschlossen ist. Aufgrund der im Vergleich zum Vorlaufleitungsdruck reduzierten Druckverhältnisse kann daher die Absaugeinheit 21 mit einer geringeren Zylindergröße ausgeführt sein.
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Die zur Ansaugeinheit 21 geführte Druckluftleitung 45 sowie eine zum Ventilantrieb 53 der Sperreinheit 19 geführte Druckleitung 55 gehen an einer Verzweigungsstelle 57 in eine gemeinsame Druckluftleitung 59 über. In gleicher Weise ist auch die zur Ansaugeinheit 21 geführte Druckluftleitung 47 sowie eine zur Absperrhahn-Antriebseinheit 53 geführte Druckleitung 61 an einer Verzweigungsstelle 62 zu einer gemeinsamen Druckleitung 63 zusammengeführt. Die gemeinsamen Druckluftleitungen 59, 63 sind über ein, von der elektrischen Steuereinheit 17 ansteuerbares Steuerventil 65 entlüftbar oder (je nach Schaltstellung) mit einer Niederdruckquelle ND belüftbar.
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Während des normalen Schweißbetriebes befindet sich das Steuerventil 65 in der, in der Figur gezeigten Schaltstellung. Demzufolge sind die gemeinsame Druckluftleitung 59 sowie die davon abzweigenden Druckluftleitungen 45, 55 entlüftet. Gleichzeitig sind die gemeinsame Druckluftleitung 63 sowie die davon abzweigenden Druckluftleitungen 47, 61 mittels der Niederdruckquelle ND belüftet. Dadurch werden die beiden Kolben 35, 37 in die in der Figur gezeigte Hubposition gedrückt und die Absperrhähne 23, 25 in der Offenstellung gehalten.
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Nachfolgend ist die vor der Durchführung eines Kappenwechsel erfolgende Ansteuerung des Kühlmittelkreislaufes K beschrieben: So wird durch eine werkerseitige manuelle Betätigung einer Eingabeeinheit 67 die von der Steuereinheit 17 vollautomatisch durchgeführte Ansteuerung aktiviert, wodurch die Steuereinheit 17 das elektromagnetisch betätigbare Steuerventil 65 in die, in der Figur nicht gezeigte Schaltstellung verstellt. Demzufolge sind die gemeinsame Druckluftleitung 59 sowie die davon abzweigenden Druckluftleitungen 45, 55 mittels der Niederdruckquelle ND belüftet. Gleichzeitig sind die gemeinsame Druckluftleitung 63 sowie die davon abzweigenden Druckluftleitungen 47, 61 entlüftet. Sowohl die Ansaugeinheit 21 als auch die Sperreinheit 19 sind daher jeweils mit einem Druckluft-Saugsignal Ssaug und mit einem Druckluft-Sperrsignal Ssperr angesteuert. Dadurch werden die beiden Kolben 35, 37 in der Figur nach links hubverstellt, und zwar unter Vergrößerung der Ansaugkammer 49. Zudem sperrt die Antriebseinheit 53 die beiden Ansaughähne 23, 25, um den Elektrodenarm-Leitungsabschnitt 27 strömungstechnisch abzukoppeln.
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Für einen prozesssicheren Kappenwechsel ist es von großer Bedeutung, dass die Abkoppelung des Leitungsabschnittes 27 und die Aktivierung der Absaugeinheit 21 in einer zeitlichen Reihenfolge hintereinander erfolgt. Aus diesem Grunde ist in der zur Absaugeinheit 21 führenden Druckleitung 45 ein als Blende oder Drosselstelle ausgeführtes Verzögerungsglied 69 angeordnet, mit dem eine Signal-Weiterleitung des Saugsignals Ssaug – im Vergleich zur Weiterleitung des Sperrsignals Ssperr – zeitverzögert erfolgt. Dadurch ist steuerungstechnisch sowie signaltechnisch einfach sichergestellt, dass zunächst der Leitungsabschnitt 27 gesperrt und erst anschließend mit einem Zeitversatz das in dem Elektrodenarm-Leitungsabschnitt 27 befindliche Restkühlmittel mit einem Unterdruck beaufschlagt wird.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 10101787 A1 [0003]
- DE 3942195 C1 [0004, 0004, 0005]
- DE 3942106 C1 [0015]
