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Schweißroboter
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Die Erfindung bezieht sich auf einen Schweißroboter der im Oberbegriff
des ersten Anspruchs genannten Art.
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Ein derartiger Schweißroboter ist aus der EP-OS 00 43 153 bekannt.
Dort ist an dem vorderen Ende eines Schweißroboters ein Anschlußflansch vorgesehen,
der mit einer Anschlußplatte, die die Schweißzangen trägt, zusammenwirkt. Als Haltemittel
sind umfangsverteilt mehrere elastische Klammern vorgesehen, die über Vorsprünge
an der Halteplatte der Schweißzange diese am Schweißarm festhalten. Zum Lösen werden
die Halteklammern pneumatisch gegen Federkraft verschoben und gleiten dabei über
eine geneigte Fläche, so daß sie die Halteplatte freigeben. Zum Ansetzen der Schweißzangen
sind weiterhin Zentrierdorne vorgesehen sowie venti Ibestückte Bohrungen für Kühlwasser
und Schweißluft.
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Diese Vorrichtung weist den Nachteil auf, daß hier sehr viele Kontakt-
und Berührungsflächen vorgesehen sind, die sehr genau hergestellt werden müssen.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Schweißroboter der
im Oberbegriff des ersten Anspruchs genannten Gattung dahingehend weiterzubilden,
daß die Schweißzange leicht und einfach ausgewechselt werden kann.
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Diese Aufgabe wird erfindungsqemaß durch die kennzeichnenden Merkmale
des ersten Anspruchs gelöst. Dementsprechend ist es nur noch notwendig, einen einzigen
Befestigungsdorn in eine Aufnahmebohrung einzuführen. Separate Zentriereinrichtungen
entfallen. Die Erfindung hat weiterhin den Vorteil, daß die Halteeinrichtung nur
noch auf Axialkräfte beansprucht wird und nicht wie beim Stand der Technik zusätzlich
auch das Gewicht der Schweißzange tragen muß. Diese Anordnung eignet sich besonders
für einen automatisierten Schweißzangenwechsel, der vom Roboter selbst eingeleitet
und evtl. auch durchgeführt werden kann.
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Die Weiterbildung nach Anspruch 2 hat den Vorteil, daß das Einschieben
des Besfestigungsdornes wesentlich erleichtert wird, da durch die einzelnen Stufen
diese nur dann erst mit der Bohrungswand in Berührung gelangen, wenn sich die entsprechenden
Durchmesser gegenüberstehen. Dadurch wird der Reibschluß wesentliche verringert,
so daß das Einsetzen und Herausziehen des Befestigungsdornes wesentlich vereinfacht
wird. Darüberhinaus ist es von den Toleranzen her einfacher sowohl den Befestigungsdorn
als auch die Aufnahmebohrung maßhaltig in Stufen herzustellen.
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Die erfindungsgemäße Weiterbildung nach Anspruch 3 weist den Vorteil
auf, daß die einzelnen Stufensprünge keine Axialanschläge zwischen Befestlgungsdorn
und Aufnahmebohrung bilden, sondern daß nur ein einziger Axialanschlag für die Begrenzung
der Einstecktiefe vorgesehen werden braucht. Dieser ist üblicherweise das vordere
Ende des Befestigungsdornes bzw. in der Halteeinrichtung. Zur Vermeidung von Relativdrehungen
des Befestigungsdornes gegenüber dem Roboterarm ist vorteilhafterweise am vorderen
Ende des Befestigungsdornes ein Profil versehen.
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Die Weiterbildung nach Anspruch 4 schreibt eine einfache und sichere
Möglichkeit, wie Kühlwasser und die Druck-.
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luft zum Betätigen der Schweißzangen von dem Roboterarm auf die Schweißzange
übertragen werden können. Hierbei wird eine automatische Verbindung der gehäuseseitigen
und dornseitigen Bohrungen erreicht, ohne daß durch die Einschieb- oder lierausziehbewegung
Ventile geschaltet werden müssen. Auch wird durch diese Ausbildung die Anforderung
an die Paßgenauigkeit der Bohrungsmündungen verringert, so daß die Herstellungskosten
gesenkt werden können. Ein weiterer Vorteil dieser Ausbildung liegt darin, daß die
im Ringkanal strömenden Medien durch ihren Druck die Anpreßkraft in der Halteeinrichtung
erzeugen.
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Anspruch 5 beschreibt eine vorteilhafte und einfach aufgebaute Dichtmöglichkeit
für den Ringkanal. Je nach Paßgenauigkeit der Berührungsflächen von Befestigungsdorn
und Aufnahmebohrung wäre es auch denkbar, ohne zusätzliche Dichtelemente auszukommen.
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Anspruch 6 beschreibt eine einfache und sichere Haltemöglichkeit gegen
axiales Herausfallen des Befestigungsdornes.
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Die Weiterbildung nach Anspruch 7 beschreibt eine Möglichkeit, wie
gleichzeitig mit der Herstellung der drehfesten Verbindung auch die Übertragung
des Schweißstromes durchgeführt werden kann. Hierzu ist es nicht mehr erforderlich,
daß Stecker oder Kabelstücke miteinander verbunden werden. Durch den axial beweglichen
Zylinder wird unabhängig von der Lage des Befestigungsdornes die Übertragung des
Schweißstromes entweder durch Schleifringe (Anspruch 8) oder induktiv über einen
Ringtransformator (Anspruch 9) eingeleitet und die erforderliche Anpreßkraft bei
den Schleifringen oder der
erforderliche geringe Luftspalt bei der
induktiven Übertragung optimal eingestellt.
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Im folgenden wird die Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispieles
näher beschrieben.
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Es stellen dar: Fig. 1 einen Querschnitt durch den vorderen Arm eines
Schweißroboters mit der erfindungsgemäßen Befestigungsmöglichkeit der Schweißzange
und induktiver Übertragung des Schweißstromes; Fig. 2 die gleiche Anordnung wie
in Fig. 1, jedoch mit Schleifringübertragen des Schweißstromes.
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In Fig. 1 ist rein schematisch der vordere Arm 1 eines Schweißroboter
dargestellt, an dem eine Schweißzange 2 befestigt werden soll. Hierzu ist an der
Drehachse des Armes 1 ein Kupplungsgehäuse 3 befestigt. Das Kupplungsgehäuse 3 ist
mit Anschlüssen für die Druckluft zum Betätigen der Schweißzangen sowie mit weiteren
Anschlußöffnungen für Khrwasser ausgerüstet.
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Das Kupplungsgehäuse 3 weist weiterhin eine zentrale Aufnahmebohrung
5 auf, deren Mitte in der Drehachse 6 des Armes 1 liegt. Die Aufnahmebohrung 5 besitzt
im vorliegenden Beispiel fünf Stufen 7.0 bis 7.4 sowie ein Innenvierkant 7.5 zur
drehfesten Verbindung des Befestigungsdornes 8, welcher die Schweißzange 2 trägt.
Die Übergänge zwischen den einzelnen Stufen sind in diesem Beispiel kegelförmig
ausgebildet. Es ist jedoch auch ohne Beeinträchtigung der Funktion möglich, eine
der Stufen - entweder auf dem Befestigungsdorn oder an der Aufnahmebohrung - rechtwinklig
auszubilden.
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Zwischen der Stufe 7.4 und dem Innenvierkant 7.5 ist die Halteeinrichtung
an dem Kupplungsgehäuse 3 angeordnet.
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Die Halteeinrichtung 9 besteht im wesentlichen aus einem in einer
zylinderförmigen Ausnehmung 10 verschiebbaren Kolben 11. Am vorderen unteren Ende
des Kolbens 11 ist eine Leitfläche 12 angeordnet, welche mit Kugeln 13 zusammenwirkt.
Hierzu ist der Kolben 11 gleichzeitig als Käfig ausgebildet. Die Kugeln werden von
der Leitfläche 12 auf etwa einem Viertel ihres Umfanges umschlossen.
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Angelehnt sind die Kugeln 13 an einem gehäusefesten Anschlag 14, welcher
von dem Kupplungsgehäuse 3 gebildet wird. Die kreisringförmige Ausnehmung 10 dient
als Zylinder und ist dem Druckluftanschluß 4 über eine Verteilerleitung 15 verbunden.
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Der Befestigungsdorn 8 weist einen zur Aufnahmebohrung 5 korrespondierenden,
ebenfalls gestuften Außendurchmesser auf. Die Uebergänge zwischen den einzelnen
Stufen sind in diesem Beispiel auch kegelförmig ausgebildet, jedoch ist ihr Kegelwinkel
wesentlich größer als der zwischen den Stufen der Aufnahmebohrung. Zur drehfesten
Verbindung weist der Aufnahmedorn 8 an seinem vorderen Ende ebenfalls einen Innenvierkant
16 auf, der in das Profil des Innenvierkantes 7.5 spielfrei eingreift.
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Jede Stufe des Befestigungsdornes 8 weist eine Dichtung auf. Die Dichtung
ist am Beginn einer Stufe unmittelbar hinter dem kegelförmigen Übergang angeordnet.
Dadurch ist sichergestellt, daß sie mit der korrespondierenden Stufe der Aufnahmebohrung
zusammenwirkt.
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Aufgrund der unterschiedlichen Kegelwinkel der Übergänge von Aufnahmebohrung
5 und Befestigungsdorn 8 wird bei eingeschobenen Befestigungsdorn (obere Hälfte
der Fig, 1) ein umlaufender Ringkanal 18 an jedem Stufensprung gebildet. Dieser
wird in Axialrichtung von den einzelnen Dichtungen einzelnen Stufen des Befestigungsdornes
abgedichtet. In diesen Ringkanal münden Stichbohrungen von den im Kupplungsgehäuse
3 verlaufenden Versorgungsbohrungen.
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Aus dem Ringkanal 18 werden die einzelnen Medien durch radial im Befestigungsdorn
8 angeordnete Stichbohrungen zu dem im Dorn axial verlaufenden Bohrungen, die mit
der Schweißzange in Verbindung stehen, weiter geleitet. In der oberen Hälfte der
Fig. 1 sind zwei Bohrungen 17.1 und 17.2 strichpunktiert dargestellt.
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Weiterhin trägt das Kupplungsgehäuse 3 zur induktiven Schweißstromübertragung
einen Ringtransformator 19. Der Ringtransformator ist auf seiner vorderen Stirnseite
geteilt. Dieser Teil 20 ist über ein als Zylinder ausgebildetes Gehäuse 21 auf dem
Befestigungsdorn verschiebbar gelagert. Hierzu weist der Befestigungsdorn 8 einen
festen Kolben 22 auf, so daß zwei Zylinderräume 23 und 23.1 gebildet werden. Diese
können über nicht dargestellte Leitungen mit Druckluft beaufschlagt werden, so daß
das Gehäuse 21 nach rechts oder links verfahren werden kann. An dem Teil 20 kann
ebenfalls die Sekundärwicklung befestigt sein. Es kann jedoch auch das Blechpaket
auf Höhe zwischen Primär- und Sekundärwicklung geteilt werden. Die letztgenannte
Teilung hat den Vorteil der einfacheren Herstellung.
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Zum Befestigen der Schweißzange 2 an dem Arm 1 steht die Halteeinrichtung
9 in der in Fig. 1 gezeigten unteren Stellung, d. h. die Kugeln 13 sind zurückgezogen,
da der Kolben 11 an seinem linken Anschlag steht. Dadurch werden die Kugeln 13 an
der Leitfläche 12 entlang auf einen größeren Durchmesser verschoben. Sodann wird
der Befestigungsdorn 8 axial in die Aufnahmebohrung 5 geschoben. Aufgrund der Stufensprünge
gelangen die einzelnen Stufen erst dann miteinander in Kontakt, wenn der Befestigungsdorn
8 nahezu vollständig eingeschoben ist. Dadurch ist praktisch während des gesamten
Einschiebevorganges keine Reibung zwischen Aufnahmebohrung und Dorn vorhanden, so
daß der Einschubvorgang leicht vonstatten geht.
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Sobald der Außenvielkant 16 in die Aufnahmeöffnung 7.5 eingerastet
ist, liegt der Befestigungsdorn 8 fest in der Aufnahmebohrung 5. Sodann wird die
Druckluftversorgung eingeschaltet. Dadurch wird der Kolben 11 in die in Fig. 1 in
der oberen Hälfte dargestellte Stellung nach rechts verschoben. Aufgrund der Leitfläche
12 und des gehäusefesten Anschlages 14 sowie des Käfigs wandern die Kugeln 13 nach
innen auf einen kleineren Durchmesser.
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Dadurch greifen sie in die im Befestigungsdorn 8 vorgesehene Nut 8.1
und sichern den Befestigungsdorn 8 gegen axiales Verschieben. Gleichzeitig wird
die Druckluftversorgung über die Bohrung 15, den Ringkanal 18 und die Bohrung 17.1
zur Schweißzange hergestellt. Der Ringkanal 18 hat hierbei den weiteren Vorteil,
daß die beiden radial verlaufenden Stichbohrungen nicht hundertprozentig fluchten
müssen und daß durch den Druck der Luft der Befestigungsdorn gegen die Kugeln 13
verspannt wird.
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Zur Übertragung des Schweißstromes wird in den Zylinderraum 23 Druckluft
eingespeist. Dadurch verschiebt das Gehäuse 21 sich nach rechts, so daß der Ringtransformator
19 geschlossen wird und die Sekundärwicklung eingefahren wird.
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Zum Herausziehen der Schweißzange 2 aus dem Arm 1 wird in umgekehrter
Reihenfolge vorgegangen. Hierzu wird zuerst in den Zylinder 24 Druckluft eingeleitet.
Dadurch wird das Gehäuse 21 zurückgezogen, so daß der Ringtransformator 19 auseinanderfährt.
Anschließend wird die Druckluftversorgung 4 unterbrochen. Dadurch können die Kugeln
13 den Zylinder 11 über die Leitfläche 12 nach links verschieben (unter Bildhälfte
in Fig. 1), wenn der Befestigungsdorn 8 axial aus dem Kupplungsgehäuse 3 herausgezogen
wird.
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Die Ausbildung in Fig. 2 unterscheidet sich von der in Fig. 1 nur
dadurch, daß anstelle des Ringtransformators 19 eine Schleifringübertragung des
Schweißstromes stattfindet. Alle übrigen Teile sind gleich und deshalb auch mit
gleichen Bezugsziffern versehen.
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In Fig. 2 ist zur Schweißstromübertragung das Gehäuse 21 mit mehreren
federbelasteten Stromabnehmern 25 versehen.
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Anstelle des Ringtransformators trägt das Kupplungsgehäuse 3 zwei
gegeneinander und gegenüber dem Kupplungsgehäuse 3 isoliert angeordnete Schleifringe
26. Nach dem Einstecken des Befestigungsdornes 8 und dem Einschalten der Druckluft
wird das Gehäuse 21 durch Einleiten der Druckluft in den Zylinder 23 nach rechts
verschoben und drückt die Stromabnehmer 25 gegen die Schleifringe 26.
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Dadurch ist ein fester Kontakt gewährleistet, so daß ein sicherer
Stromübergang gewährleistet ist.