DE102007007100A1

DE102007007100A1 - Elektrodenkappenwechselsystem

Info

Publication number: DE102007007100A1
Application number: DE102007007100A
Authority: DE
Inventors: Attilio Rivo
Original assignee: PRO TECNICA INDUSTRIEVERTRETUN; Pro-Tecnica Industrievertretungen GbR (vertretungsberechtigter Gesellschafter Attilio Rivo 86159 Augsburg)
Current assignee: PRO TECNICA INDUSTRIEVERTRETUN; Pro-Tecnica Industrievertretungen GbR (vertretungsberechtigter Gesellschafter Attilio Rivo 86159 Augsburg)
Priority date: 2006-09-14
Filing date: 2007-02-13
Publication date: 2008-03-27

Abstract

Offenbart ist ein Elektrodenkappenwechselsystem für einen Schweißroboter oder Schweißautomaten, mit zumindest einem Trennkopf, über den eine zu wechselnde Elektrodenkappe von einer Schweißzange lösbar ist. Erfindungsgemäß sind als Klemmelemente Kugeln vorgesehen, die zum Aufbringen einer Klemmkraft jeweils entlang einer Außenumfangsfläche der Elektrodenkappe und einer Kurvenbahn des Trennkopfes geführt sind, die derart ausgebildet ist, dass die Kugeln bei der Drehbewegung des Roboterarms eine Radialbewegung zum Klemmen und Lösen der Elektrodenkappe ausführen. Des Weiteren offenbart ist ein Verfahren zum Wechseln einer Elektrodenkappe mit einem derartigen Wechselsystem.

Description

Die Erfindung betrifft ein Elektrodenkappenwechselsystem gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 und ein Verfahren zum Wechseln einer Elektrodenkappe mit einem derartigen Wechselsystem nach Patentanspruch 18.
Robotisierte Schweißstationen und Schweißanlagen, die beispielsweise in der industriellen Großserienfertigung der Automobilindustrie zum Widerstandspunktschweißen eingesetzt werden, weisen Schweißzangen auf, deren freie Enden mit Schweißelektrodenhaltern versehen sind, die Elektrodenkappen zum Aufbringen des Schweißstromes und der Schweißkraft auf das Bauteil tragen. Die Elektrodenkappen sind während des Schweißens einem Verschleiß durch Abnutzung und Verformung unterworfen, so dass es notwendig ist, die Elektrodenkappen an einem Elektrodenkappenwechselsystem zu entfernen und anschließend durch neue Elektrodenkappen zu ersetzen.
Aus der DE 298 15 320 C1 ist beispielsweise ein mit einem Fräswerkzeug zum Nachschneiden der Elektrodenkappen kombiniertes Elektrodenkappenwechselsystem bekannt, bei dem die Elektrodenhalter mit Elektrodenkappe axial in eine Aufnahme eines zylinderförmigen Trennkopfes eingebracht werden, in der als zylinderförmige Rollen ausgebildete Klemmelemente zur Aufbringung einer Klemmkraft auf die Elektrodenkappe vorgesehen sind. Die Rollen sind zum Aufbringen der Klemmkraft jeweils entlang einer Außenumfangsfläche der Elektrodenkappe und einer innenliegenden Kurvenbahn des Trennkopfes geführt, die derart ausgebildet ist, dass die Rollen bei einer Drehbewegung des Trennkopfes in Richtung der Elektrodenkappe verschoben werden und diese fixieren, wobei die Elektrodenkappe durch eine nach dem Klemmen der Elektrodenkappe fortgeführte Drehbewegung des Trennkopfes von dem Elektrodenhalter abgedreht (gelöst) wird. Der zylinderförmige Trennkopf wird bei dieser Lösung von der Antriebseinheit der Nachscheidevorrichtung angetrieben. Nachteilig bei derartigen Elektrodenkappenwechslern ist, dass die zylinderförmigen Rollen als Sonderbauteile mit geringen Fertigungstoleranzen bearbeitet sein müssen, um eine sichere Klemmung der Elektrodenkappe zu ermöglichen. Insbesondere müssen die Rollen abgelängt und mit balligen Kuppen versehen werden, um das Einführen der Elektrodenkappe in die Aufnahme zu erleichtern. Des Weiteren nachteilig ist, dass eine Antriebseinheit zum Antrieb des Wechselsystems erforderlich ist, so dass derartige Elektrodenkappenwechselsysteme in der Herstellung aufwändig und kostenintensiv sind.
Zur Vereinfachung der Herstellung ist beispielsweise aus der DE 101 24 243 C1 ein Elektrodenkappenwechselsystem bekannt, das ohne einen zusätzlichen Antrieb lediglich durch die Bewegung eines Roboters betrieben wird. Bei dieser Lösung werden die Elektrodenhalter mit Elektrodenkappe axial zwischen exzentrisch gelagerte sektorförmige Klemmbacken eingebracht, die von der Kraft einer Feder gegen die Elektrodenkappen vorgespannt sind. Bei einer Drehbewegung des Roboterarms wird die Elektrodenkappe von den Klemmbacken gehalten und durch eine Relativverdrehung des Elektrodenhalters durch den Roboterarm von diesem gelöst. Vorteilhaft bei dieser Lösung ist, dass die Klemmung und Lösung der Elektrodenkappe ohne einen zusätzlichen Antrieb lediglich durch die Bewegung des Roboters erfolgt. Die von dem Elektrodenhalter abgelöste Elektrodenkappe wird in den Klemmbacken lose gehalten und beim Einführen des nächsten Elektrodenhalters mit Kappe an der anderen Seite ausgeschoben. Nachteilig bei derartigen Elektrodenkappenwechslern ist, dass die sektorförmigen Klemmbacken ebenfalls als Sonderbauteile mit geringen Fertigungstoleranzen, beispielsweise im Feingussverfahren mit einer Nachbearbeitung durch Fräsen und Schleifen, bearbeitet sein müssen, um eine sichere Klemmung der Elektrodenkappe zu ermöglichen. Des Weiteren nachteilig ist, dass zum Vorspannen der sektorförmigen Klemmbacken in ihre Grundstellung eine alle Sektorkörper umgreifende Spannfeder erforderlich ist, so dass ein Federbruch zu einem Ausfall des Elektrodenkappenwechslers führt.
Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Elektrodenkappenwechselsystem und ein Verfahren zum Wechseln einer Elektrodenkappe mit einem derartigen Wechselsystem zu schaffen, bei denen gegenüber herkömmlichen Lösungen eine verbesserte Klemmung und Lösung der Elektrodenkappe bei minimalem vorrichtungstechnischen Aufwand ermöglicht ist.
Diese Aufgabe wird hinsichtlich des Elektrodenkappenwechselsystems durch die Merkmalskombination des Anspruchs 1 und hinsichtlich des Verfahrens zum Wechseln einer Elektrodenkappe durch die Merkmale des Anspruchs 18 gelöst.
Das erfindungsgemäße Elektrodenkappenwechselsystem für einen Schweißroboter oder Schweißautomaten verwendet zumindest einen Trennkopf, über den eine zu wechselnde Elektrodenkappe von einer Schweißzange lösbar ist. Der Trennkopf ist mit einer Aufnahme für die Elektrodenkappe versehen, in der Klemmelemente zur Aufbringung einer Klemmkraft auf die Elektrodenkappe vorgesehen sind, wobei die Klemmkraft über eine Drehbewegung eines Roboterarms des Schweißroboters oder eines Handlingroboters aufgebracht ist. Erfindungsgemäß sind als Klemmelemente Kugeln vorgesehen, die zum Aufbringen der Klemmkraft jeweils entlang einer Außenumfangsfläche der Elektrodenkappe und einer innenliegenden Kurvenbahn des Trennkopfes geführt sind, die derart ausgebildet ist, dass die Kugeln bei der Drehbewegung des Roboterarms eine Radialbewegung zum Klemmen und Lösen der Elektrodenkappe ausführen. Aufgrund der als Klemmelemente verwendeten Kugeln, die als Standardelemente mit hoher Fertigungsgenauigkeit beispielsweise für Kugellager in großen Stückzahlen Verwendung finden, ermöglicht die erfindungsgemäße Wechselstation eine verbesserte Zentrierung und Klemmung der Elektrodenkappen und ist gegenüber dem Stand der Technik gemäß der DE 298 15 320 C1 und der DE 101 24 243 C1 fertigungstechnisch einfach und kostengünstig herstellbar. Die Kugeln ermöglichen aufgrund der ihnen zugeordneten Kurvenbahn und ihrer Lage in einer zentralen Elektrodenkappenaufnahme eine Elektrodenkappenklemmung, auch wenn der Elektrodenkappenhalter nicht exakt mittig in die Aufnahme eingeführt wird. Das Lösen der Elektrodenkappen wird mittels der Kraft des Roboterarms vorgenommen, so dass gegenüber dem Stand der Technik gemäß der DE 298 15 320 C1 keine Antriebseinheit des Wechselsystems erforderlich ist.
Als besonders vorteilhaft hat es sich erwiesen, wenn die Kurvenbahnen jeweils als konkav in den Trennkopf eingebrachte Kreisbahnen ausgebildet sind. Eine derartige Kreisbahn ist fertigungstechnisch, beispielsweise durch ein Fräs- oder Schleifverfahren, einfach und kostengünstig in den Trennkopf einbringbar.
Bei einem erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel hat der Trennkopf sechs um jeweils etwa 60° zueinander versetzt angeordnete Kurvenbahnen. Gemäß einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung sind die Kurvenbahnen jeweils miteinander verbunden und bilden einen Innensechsrund aus.
Die Kugeln sind in einer Grundstellung vorzugsweise in etwa mittig auf der Kurvenbahn angeordnet. Dadurch sind beide Drehrichtungen des Roboterarms zur Klemmung und Lösung der Elektrodenkappe von dem Elektrodenhalter möglich.
Die Klemmung der Elektrodenkappe in dem Trennkopf erfolgt vorzugsweise nach einer Drehbewegung des Roboterarms von weniger als etwa 15°. Das heißt, schon ein relativ geringer Drehwinkel des Roboterarms reicht aus, um eine ausreichende Klemmung der Elektrodenkappe durch die Kugeln zu erreichen. Zum Klemmen und Lösen der Elektrodenkappe von dem Elektrodenhalter führt der Roboter beispielsweise eine Drehbewegung von insgesamt etwa 30° aus.
Bei einem erfindungsgemäß besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel sind zumindest zwei, vorzugsweise drei Kugeln benachbart in einer Kurvenbahn angeordnet. Dadurch wird die Flächenpressung zwischen den Kugeln und der Kurvenbahn gegenüber einer Variante mit lediglich einer Kugel verringert, so dass eine längere Lebensdauer des Wechselsystems erreicht wird.
Die Kugeln sind bei einem erfindungsgemäß bevorzugten Ausführungsbeispiel mittels zumindest eines Mitnehmers, beispielsweise eines Käfigmitnehmers, in dem Trennkopf beweglich gehalten.
Bei einer von der Vertikalen abweichenden Ausrichtung des Trennkopfes wird ein Verbleiben der zu wechselnden Elektrodenkappe auf der Schweißzange vorzugsweise dadurch vermieden, dass die Elektrodenkappen durch zumindest einen in die Aufnahme eintauchenden Kugelschnäpper in dem Trennkopf lösbar gehalten sind, dessen Federkraft zum Auswerfen der Elektrodenkappe von dem Roboter überdrückbar ist.
Als besonders vorteilhaft hat es sich erwiesen, wenn zwei diametral zueinander angeordnete Kugelschnäpper im Bereich der Aufnahme vorgesehen sind.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel, bei dem die Klemmkraft über eine Drehbewegung eines Roboterarms des Handlingroboters aufgebracht ist, sind erfindungsgemäß zwei Varianten möglich. Bei einer ersten Variante ist das Wechselsystem dauerhaft an dem Handlingroboter befestigt.
Gemäß eines alternativen Ausführungsbeispiels wird das Wechselsystem von dem Handlingroboter lediglich zum Wechsel der Elektrodenkappen von einer Ablageplatte aufgenommen und zu der Schweißzange verfahren. Vorzugsweise trägt der Handlingroboter ein Verbindungselement, beispielsweise eine Koppelplatte, zur Aufnahme des Wechselsystems, das zumindest zwei Fixierstifte aufweist, die mit entsprechenden Ausnehmungen des Wechselsystems verbindbar sind. Das Verbindungselement ermöglicht eine präzise Koppelung zwischen Wechselsystem und Roboter mit hoher Wiederholgenauigkeit. Die Ablageplatte hat vorzugsweise an zwei gegenüberliegenden Enden jeweils einen Anschlag, um bei der Lade- und Entladeoperation des Handlingroboters ein Verrutschen des Wechselsystems auf der Ablageplatte zu verhindern.
Der Wechselstation ist zur Aufnahme der neuen Elektrodenkappen vorzugsweise zumindest ein Elektrodenkappenmagazin zugeordnet. Beispielsweise sind zwei Einzelmagazine mit um 180° zueinander versetzten Entnahmerichtungen seitlich an dem Elektrodenkappenwechselsystem vorgesehen. Die Elektrodenkappenmagazine können einstückig ausgebildet sein und eine Ausnehmung zur Aufnahme des Trennkopfes aufweisen.
Nach dem Lösen der Elektrodenkappe wird der Elektrodenhalter vorzugsweise durch den Roboterarm in das Elektrodenkappenmagazin zur Aufnahme einer neuen Elektrodenkappe eingeführt, wobei nach dem Lösen der Elektrodenkappe und nach dem Elektrodenkappenmagazin eine Kontrolle der Ab- bzw. Anwesenheit der Elektrodenkappe erfolgt. Da der Roboter die Drehbewegung zum Klemmen und Lösen der Elektrodenkappe von dem Elektrodenhalter und die korrekte Positionierung des Elektrodenhalters im Elektrodenkappenmagazin sowie die Entnahme der Elektrodenkappe aus dem Magazin durchführt, liegt die Verantwortung der Arbeitsausführung beim Roboter.
Bei einer von der Vertikalen abweichenden Ausrichtung des Elektrodenkappenmagazins wird ein Nachrücken der Elektrodenkappen nach der Entnahme einer Elektrodenkappe vorzugsweise dadurch erreicht, dass die Elektrodenkappen durch die Kraft zumindest einer Druckfeder in ihre Entnahmeposition vorgespannt sind.
Die Druckfeder umgreift bei dieser Variante vorzugsweise eine Druckstange, die über ein abschnittsweise an die Kontur der Elektrodenkappe angepasstes Stützelement an den Elektrodenkappen abgestützt ist. Aufgrund der Druckstange mit an die Kontur der Elektrodenkappe angepasstem Querschnitt werden die Elektrodenkappen zentriert in dem Elektrodenkappenmagazin geführt. Die Druckfeder ist vorzugsweise an einer mit dem Magazin verbundenen Stützplatte abgestützt und hat einen Anschlag zur Begrenzung der Zustelltiefe. Zum Bestücken des Elektrodenkappenmagazins mit neuen Elektrodenkappen kann die Druckstange beispielsweise von dem Arbeiter entgegen der Federkraft gezogen und anschließend das Elektrodenkappenmagazin befüllt werden.
Zur Erfassung der Abwesenheit der Elektrodenkappe vor der Aufnahme einer neuen Elektrodenkappe aus dem Elektrodenkappenmagazin und der Anwesenheit der Elektrodenkappe nach der Aufnahme einer neuen Elektrodenkappe aus dem Elektrodenkappenmagazin ist bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung zumindest ein Sensor, vorzugsweise ein elektromechanischer Taster, vorgesehen, der von dem Roboter angefahren wird. Dadurch kann die Prozesssicherheit der Wechselstation weiter verbessert werden.
Die Kugeln weisen bei einem Elektrodendurchmesser von etwa 16 mm vorzugsweise einen Durchmesser im Bereich von etwa 4 bis 8 mm, insbesondere von 6 mm und die Kreisbahnen einen Radius von etwa 9 mm auf.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Wechseln einer Elektrodenkappe mit einem Elektrodenkappenwechselsystem wird die zu wechselnde Elektrodenkappe in die Aufnahme des Trennkopfes mittels eines Roboterarms des Schweißroboters oder eines Handlingroboters axial eingeführt. Anschließend führt der Roboterarm des Schweißroboters oder des Handlingroboters eine Drehbewegung aus, wobei die als Klemmelemente vorgesehenen Kugeln jeweils entlang einer Außenumfangsfläche der Elektrodenkappe und einer innenliegenden Kurvenbahn des Trennkopfes abrollen und eine Radialbewegung zum Klemmen der Elektrodenkappe durchführen. Durch eine nach dem Klemmpunkt fortgeführte Drehbewegung des Roboterarms wird die Elektrodenkappe von dem Elektrodenhalter abgedreht und dadurch gelöst.
Sonstige vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand weiterer Unteransprüche.
Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand schematischer Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
1 eine räumliche Darstellung eines Elektrodenkappenwechselsystems gemäß eines ersten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels;
2 eine Detaildarstellung des Elektrodenkappenwechselsystems aus 1;
3 eine räumliche Darstellung des Trennkopfes aus 2 ohne Deckel;
4 eine Draufsicht auf den Trennkopf aus 3 in seiner Grundstellung mit eingeführter Elektrodenkappe;
5 eine Draufsicht auf den Trennkopf aus 4 in seiner Klemmstellung.
6 eine räumliche Darstellung eines Elektrodenkappenwechselsystems für einen Handlingroboter;
7 einen Längsschnitt des Wechselsystems mit Koppelplatte aus 6;
8 ein von dem Handlingroboter aufgenommenes Wechselsystem 1;
9 eine Einzeldarstellung des Wechselsystems aus 6;
10 eine schematische Draufsicht auf das Wechselsystem aus 6 und
11 eine Schnittdarstellung des Wechselsystems aus 6.
1 zeigt eine räumliche Darstellung eines erfindungsgemäßen Elektrodenkappenwechselsystems 1 für einen Schweißroboter, von dem lediglich eine Schweißzange 2 dargestellt ist, die über einen Roboterarm bewegbar ist. Das Elektrodenkappenwechselsystem 1 besteht im Wesentlichen aus einem Trennkopf 4, über den zu wechselnde Elektrodenkappen 6 von einer konischen Elektrodenaufnahme 8 eines Elektrodenhalters 10 der Schweißzange 2 lösbar sind. Der Trennkopf 4 ist bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel auf einem Ständer 12 mit im Wesentlichen rechteckigem Querschnitt angeordnet, der auf seiner dem Trennkopf 4 gegenüberliegenden Seite mit einer quadratischen Grundplatte 14 verbunden ist. Zur Versteifung des Ständers 12 sind vier um jeweils 90° zueinander versetzt mit der Grundplatte 14 und dem Ständer 12 verbundene Stützrippen 16 vorgesehen. An Seitenflächen 18, 20 des Ständers 12 ist jeweils ein Elektrodenkappenmagazin 22, 24 mit einer schlitzförmigen Elektrodenkappenaufnahme 26 zur formschlüssigen Aufnahme neuer Elektrodenkappen 6 angeordnet. Die Magazine 22, 24 weisen eine um 180° zueinander versetzte Entnahmerichtung auf, um beide Elektrodenhalter 10 der Schweißzange 2 ohne eine Drehbewegung des Roboterarmes nach dem Lösen der alten Elektrodenkappen 6 mit neuen bestücken zu können. Die Elektrodenkappen 6 sind durch zwei in die Elektrodenkappenaufnahme 26 eintauchende Kugelschnäpper 28 in dem Magazin 22, 24 gehalten, deren Federkraft zur Entnahme der Elektrodenkappen 6 nach unten von dem Roboter überdrückbar ist. Zur Vorratskontrolle der Magazine 22, 24 sind diese jeweils mit einem Sensor 30 versehen, der die drittletzte Elektrodenkappenposition zur Übermittlung des Signals „Magazin befüllen" überwacht. Zur Erfassung der Abwesenheit der Elektrodenkappe 6 vor der Aufnahme einer neuen Elektrodenkappe 6 aus dem Elektrodenkappenmagazin 22, 24 und der Anwesenheit der Elektrodenkappe 6 nach der Aufnahme einer neuen Elektrodenkappe 6 aus dem Elektrodenkappenmagazin 22, 24 ist auf einer Stirnfläche 32 des Ständers 12 ein als elektromechanischer Taster 34 ausgebildeter Sensor angeordnet, der von dem Roboter definiert angefahren wird und anhand der Eintauchtiefe des Tasters 34 die An- und Abwesenheit einer Elektrodenkappe 6 erkennt und ein für den weiteren Betrieb des Wechselsystems 1 erforderliches Kontrollsignal erzeugt.
Gemäß 2, die eine Detaildarstellung des Elektrodenkappenwechselsystems 1 aus 1 zeigt, hat der Trennkopf 4 einen im Wesentlichen rechteckigen Grundkörper 36, der etwa mittig eine Aufnahme 38 aufweist, in der als Kugeln 40 ausgebildete Klemmelemente zur Aufbringung einer Klemmkraft auf die Elektrodenkappe 6 (siehe 1) angeordnet sind. Aufgrund der als Klemmelemente verwendeten Kugeln 40, die als Standardelemente mit hoher Fertigungsgenauigkeit beispielsweise für Kugellager in großen Stückzahlen Verwendung finden, ist die erfindungsgemäße Wechselstation 1 fertigungstechnisch einfach und kostengünstig herstellbar. Der Grundkörper 36 des Trennkopfs 4 ist beidseitig von Deckeln 42, 44 verschlossen, die jeweils mittig von einer Aufnahmebohrung 46 durchsetzt sind, so dass der Trennkopf 4 zur Einführung der Elektrodenkappen 6 in die Aufnahme 38 beidseitig offen ist. Der Trennkopf 4 ist mittels Befestigungsschrauben 48 an einer Stirnseite 50 des Ständers 12 befestigt.
Wie 3 zu entnehmen ist, die eine Darstellung des Trennkopfes 4 aus 2 ohne die beiden Deckel 42, 44 zeigt, ist in der Aufnahme 38 ein käfigförmiger Mitnehmer 52 angeordnet, der zur Führung der Kugeln 40 sechs zwischen diesen angeordnete Axialstege 54 hat, die an einem Endabschnitt über einen Ringbund 56 miteinander verbunden sind. Der Mitnehmer 52 ist zwischen den beiden Deckeln 42, 44 gehalten (siehe 2). Die Kugeln 40 sind zum Aufbringen der Klemmkraft auf die Elektrodenkappe 6 (siehe 1) jeweils entlang einer innenliegenden Kurvenbahn 58 des Trennkopfes 4 geführt. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind jeweils drei Kugeln 40 benachbart in einer Kurvenbahn 58 angeordnet, so dass die Flächenpressung zwischen den Kugeln 40 und der Kurvenbahn 58 verringert ist und eine längere Lebensdauer des Wechselsystems 1 erreicht wird. Die Oberfläche der Kurvenbahn 58 ist bis in eine Tiefe von ca. 0,5 mm, beispielsweise durch Laserhärten, auf eine Härte von etwa 62-65 HRC gehärtet. Die Kugeln 40 weisen bei einem Elektrodenkappendurchmesser von etwa 16 mm einen Durchmesser von ca. 6 mm und die Kurvenbahnen 58 einen Radius von etwa 9 mm auf.
Gemäß 4, die eine Draufsicht auf den Trennkopf 4 aus 3 in seiner Grundstellung mit eingeführter Elektrodenkappe 6 zeigt, sind die Kugeln 40 zum Aufbringen der Klemmkraft jeweils entlang einer Außenumfangsfläche 60 der Elektrodenkappe 6 und der Kurvenbahn 58 des Trennkopfes 4 geführt, die derart ausgebildet ist, dass die Kugeln 40 bei der Drehbewegung der Schweißzange 2 (siehe 1) eine Radialbewegung zum Klemmen und Lösen der Elektrodenkappe 6 durchführen. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Kurvenbahnen 58 jeweils als konkav in den Grundkörper 36 des Trennkopfs 4 eingebrachte Kreisbahnen ausgebildet. Derartige Kreisbahnen 58 sind fertigungstechnisch, beispielsweise durch ein Fräs- oder Schleifverfahren, einfach und kostengünstig in den Trennkopf 4 einbringbar. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel hat der Trennkopf 4 sechs um jeweils 60° zueinander versetzt angeordnete Kurvenbahnen 58, die jeweils miteinander verbunden sind und einen Innensechsrund 62 ausbilden. Die Kugeln 40 sind in der dargestellten Grundstellung des Trennkopfes 4 jeweils in etwa mittig zu der Kurvenbahn 58 angeordnet, so dass beide Drehrichtungen zum Klemmen und Lösen der Elektrodenkappe 6 möglich sind.
Wie insbesondere 5 zu entnehmen ist, die eine Draufsicht auf den Trennkopf 4 in seiner Klemmstellung zeigt, werden die Kugeln 40 bei einer Drehbewegung der Elektrodenkappe 6 durch die Kurvenbahn 58 nach innen in Richtung der Außenumfangsfläche 60 der Elektrodenkappe 6 verschoben und fixieren dadurch die Elektrodenkappe 6 in dem Trennkopf 4. Mit anderen Worten – durch den sich verengenden Spalt zwischen der Elektrodenkappe 6 und den Kurvenbahnen 58 verspannen sich die Kugeln 40 jeweils zwischen der Außenumfangsfläche 60 der Elektrodenkappe 6 und der Kurvenbahn 58, so dass die Elektrodenkappe 6 drehfest in dem Trennkopf 4 fixiert wird. Durch eine fortgeführte Drehbewegung des Roboterarms wird die drehfest in der Aufnahme gehaltene Elektrodenkappe 6 von dem Elektrodenhalter 10 (siehe 1) gelöst.
Im Folgenden wird die Funktion des Elektrodenkappenwechselsystems 1 anhand des ersten Ausführungsbeispiels beispielhaft erläutert. Zum Wechseln einer verbrauchten Elektrodenkappe 6 wird diese mittels des Roboterarms zumindest abschnittsweise in die Aufnahme 38 des Trennkopfes 4 axial eingeführt. Der Elektrodenhalter 10 mit Elektrodenkappe 6 kann hierbei von beiden Seiten in den Wechsler 1 eingeführt werden. Anschließend führt der Roboterarm eine Drehbewegung um die Mittelachse der Aufnahme 38 aus, wobei die Kugeln 40 jeweils entlang der Außenumfangsfläche 60 der Elektrodenkappe 6 und der ihnen zugeordneten Kurvenbahn 58 des Trennkopfes 4 abrollen und eine Radialbewegung zum Klemmen der Elektrodenkappe 6 durchführen. Die Drehrichtung des Roboterarms ist dabei beliebig. Die Elektrodenkappe 6 ist hierbei noch auf dem Elektrodenhalter 10 fixiert und folgt dieser radialen Roboterbewegung, bleibt aber immer in Kontakt mit den Kugeln 40 und zwingt diese, ihrer Bewegung zu folgen. Nach einer Drehbewegung des Roboterarms von weniger als etwa 15° erfolgt gemäß 5 die Klemmung der Elektrodenkappe 6 in dem Trennkopf 4. Das heißt, schon ein relativ geringer Drehwinkel des Roboterarms reicht aus, um eine Klemmung der Elektrodenkappe 6 durch die Kugeln 40 zu erreichen. Durch eine nach dem Klemmpunkt fortgeführte Drehbewegung des Roboterarms wird die Elektrodenkappe 6 von dem Elektrodenhalter 10 abgedreht (gelöst). Der Roboterarm führt beispielsweise eine Gesamtdrehbewegung von etwa 30° zum Klemmen und Lösen der Elektrodenkappe aus. Nach dem Lösen der Elektrodenkappe 6 von dem Elektrodenhalter 10 wird dieser über den Roboterarm aus dem Trennkopf 4 entfernt, wobei die Elektrodenkappe 6 innerhalb des Trennkopfes 4 verbleibt. Bei einem nicht dargestellten Ausführungsbeispiel der Erfindung mit senkrechter Anordnung der Aufnahme 38 kann die Elektrodenkappe 6 nach unten ausfallen. Nach dem Lösen der Elektrodenkappe 6 von dem Elektrodenhalter 10 erfolgt eine Kontrolle der Abwesenheit der Elektrodenkappe 6 mittels des Tastsensors 34. Anschließend wird der Elektrodenhalter 10 durch den Roboterarm in das ihm zugeordnete Elektrodenkappenmagazin 22 bzw. 24 zur Aufnahme einer neuen Elektrodenkappe 6 eingeführt. Nach der Aufnahme der neuen Elektrodenkappe 6 aus dem Magazin 22, 24 erfolgt eine Kontrolle der Anwesenheit der Elektrodenkappe 6 mittels des Tastsensor 34. Befindet sich eine neue Elektrodenkappe 6 auf dem Elektrodenhalter 10, wird die Schweißzange 2 geschlossen und die Elektrodenkappe 6 auf den Elektrodenhalter 10 aufgepresst.
Dieser Ablauf wird zum Wechsel der zweiten Elektrodenkappe 6 der Schweißzange 2 entsprechend wiederholt, um diese zu entfernen und durch eine neue zu ersetzten. Wird die nächste Elektrodenkappe 6 in die Aufnahme 38 eingeführt stößt der Roboterarm damit automatisch die im Inneren der Wechselvorrichtung 1 verbliebene Elektrodenkappe 6 mittels der zu wechselnden aus. Aufgrund der nacheinander gewechselten Elektrodenkappen 6 befindet sich jederzeit zumindest eine Elektrodenkappe 6 auf der Schweißzange 2, so dass ein Austreten von Kühlflüssigkeit aus dieser weitgehend verhindert ist, da hierbei ein Unterdruck im Kühlmittelkreislauf entstehen würde.
6 zeigt ein insbesondere für eine stationäre Schweißzange (nicht dargestellt) geeignetes Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei dem die Positionierung des Trennkopfes 4 an der stationären Schweißzange und das Aufbringen der Klemmkraft über eine Drehbewegung eines Roboterarmes 64 eines Handlingroboters 66 erreicht wird. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel wird das Wechselsystem 1 von dem Handlingroboter 66 lediglich zum Wechsel der Elektrodenkappe 6 von einer Ablageplatte 68 aufgenommen und zu der stationären Schweißzange verfahren. Hierbei wird es bevorzugt, wenn der Handlingroboter 66 neben dem Lösen der zu wechselnden Elektrodenkappen 6 ebenfalls die neuen Elektrodenkappen 6 mittels Elektrodenkappenmagazinen 70, 72 auf die Elektrodenhalter der stationären Schweißzange aufbringt. Der Handlingroboter 66 trägt ein als Koppelplatte 74 ausgebildetes Verbindungselement zur Aufnahme des Wechselsystems 1, das zwei etwa fingerförmige Fixierstifte 76, 78 aufweist, die in entsprechende stirnseitige Ausnehmungen 80, 82 des Wechselsystems 1 einführbar und dort festlegbar sind. Zur Erfassung der An- und Abwesenheit des Wechselsystems 1 an dem Handlingroboter 66 ist ein Sensor 84, beispielsweise ein elektromechanischer Taster, an der Koppelplatte 74 vorgesehen, der mit einem L-förmigen Sensoranschlag 86 auf dem Wechselsystems 1 zusammenwirkt. Dadurch kann die Prozesssicherheit des Wechselsystems 1 weiter verbessert werden. Die Koppelplatte 74 ermöglicht eine präzise Koppelung zwischen Wechselsystem 1 und Roboterarm 64 mit hoher Wiederholgenauigkeit. Dies wird im Folgenden anhand 7 näher erläutert, die einen Längsschnitt des Wechselsystems 1 und der Koppelplatte 74 zeigt.
Gemäß 7 ist die Koppelplatte 74 über Kugelschnäpper 90 an dem Wechselsystem 1 fixierbar. Die Kugelschnäpper 90 sind in Querbohrungen 89 angeordnet und mit jeweils einer Ringnut 88 der Fixierstifte 76, 78 in Eingriff bringbar. Die Ablageplatte 68 hat an zwei gegenüberliegenden Enden jeweils einen Anschlag 92, 94, der sich im Wesentlichen quer zur Lade- und Entladerichtung erstreckt, so dass die Anschläge 92, 94 bei der Lade- und Entladeoperation des Handlingroboters 66 ein Verrutschen des Wechselsystems 1 auf der Ablageplatte 68 verhindern und die Federkraft der Kugelschnäpper 90 zum Einführen und Lösen des Wechselsystems 1 von dem Handlingroboter 66 überdruckbar ist. Die elektrische Kontaktierung des Wechselsystems 1 erfolgt mittels eines Multikontakt-Steckers 96, wobei die Steckerbuchse 98 versenkt in einem Grundkörper 102 des Wechselsystems 1 angeordnet und über ein männliches Steckerteil 100 kontaktierbar ist, das parallel zu den Fixierstiften 76, 78 aus der Koppelplatte 74 herausragt. Um das Einführen des männlichen Steckerteils 100 in die Steckerbuchse 98 zu erleichtern und die Positionierung zu verbessern, ist der männliche Steckerteil 100 bei einem nicht dargestellten Ausführungsbeispiel mit einer Einführschräge versehen, die in einen im Wesentlichen zylinderförmige Positionierabschnitt übergeht.
Gemäß 8, die ein von dem Handlingroboter 66 aufgenommenes Wechselsystem 1 zeigt, tauchen die Kugelschnäpper 90 abschnittsweise in die Ringnuten 88 der Fixierstifte 76, 78 ein, so dass das Wechselsystem 1 formschlüssig an der Koppelplatte 74 fixiert ist. In der dargestellten Verriegelungsposition sind die Fixierstifte 76, 78 im Wesentlichen vollständig in die Ausnehmungen 80, 82 des Wechselsystems 1 eingetaucht, wobei zwischen der Koppelplatte 74 und der Rückseite des Wechselsystems 1 ein Spalt verbleibt, so dass die Positionierung des Wechselsystems 1 lediglich durch die fingerförmigen Fixierstifte 76, 78 mit hoher Genauigkeit erfolgt.
Bei einer nicht dargestellten Variante der Erfindung trägt der Handlingroboter 66 das Wechselsystem 1 dauerhaft.
Wie insbesondere 9 zu entnehmen ist, die eine Einzeldarstellung des Wechselsystems 1 aus 6 zeigt, sind zwei Elektrodenkappenmagazine 70, 72 mit um 180° zueinander versetzten Entnahmerichtungen an dem Grundkörper 102 ausgebildet, der eine Ausnehmung 104 zur Aufnahme des Trennkopfes 4 aufweist. Das Nachrücken der Elektrodenkappen 6 nach der Entnahme einer Elektrodenkappe 6 aus einem der Elektrodenkappenmagazine 70, 72 wird lageunabhängig dadurch erreicht, dass die Elektrodenkappen 6 durch die Kraft einer Druckfeder 106 gegen die Kugelschnäpper 28 in ihre Entnahmeposition vorgespannt sind. Dies wird im Folgenden anhand 10 näher erläutert, die eine schematische Draufsicht des Wechselsystems 1 aus 9 zeigt.
Gemäß 10 umgreifen die Druckfedern 106 jeweils eine zylinderförmige Druckstange 108, die über ein abschnittsweise an die Kontur der Elektrodenkappe 6 angepasstes Stützelement 110 an den Elektrodenkappen 6 abgestützt sind. Aufgrund der Druckstangen 108 mit an die die Kontur der Elektrodenkappe 6 angepasstem Querschnitt werden die Elektrodenkappen 6 zentriert in dem Elektrodenkappenmagazin 70, 72 geführt. Die Druckfedern 106 sind jeweils an mit dem Magazin 70, 72 verbundenen Stützplatten 112 abgestützt und mit einem Anschlag 114 zur Begrenzung der Zustelltiefe versehen. Zum Bestücken des Elektrodenkappenmagazins 70, 72 mit neuen Elektrodenkappen 6 kann die Druckstange 108 beispielsweise von dem Arbeiter entgegen der Federkraft gezogen und anschließend das Elektrodenkappenmagazin 70, 72 befüllt werden. Die Elektrodenkappen 6 sind nach dem Lösen von dem Elektrodenhalter 10 (siehe 1) durch in die Elektrodenkappenaufnahme 26 eintauchende Kugelschnäpper 28 in dem Magazin 70, 72 gehalten, deren Federkraft zur Entnahme der Elektrodenkappen 6 von dem Handlingroboter 66 überdrückbar ist.
11 zeigt eine Schnittdarstellung des Wechselsystems 1 aus 6, gemäß der ein Verbleiben der zu wechselnden Elektrodenkappe 6 auf der Schweißzange bei einer von der Vertikalen abweichenden Ausrichtung des Trennkopfes 4 dadurch vermieden wird, dass die Elektrodenkappe 6 nach dem Lösen von der stationären Schweißzange durch in die Aufnahme 38 eintauchende Kugelschnäpper 116 in dem Trennkopf 4 lösbar gehalten sind, deren Federkraft zum Auswerfen der Elektrodenkappe 6 beim Lösen der Elektrodenkappe 6 der anderen Zangenseite von dem Handlingroboter 66 überdrückbar ist, so dass die Elektrodenkappe 6 von der Schweißzange sicher abgenommen und dann ausgeworfen wird. Als besonders vorteilhaft hat es sich erwiesen, wenn zwei diametral zueinander angeordnete Kugelschnäpper 116 im Bereich der Aufnahme 38 vorgesehen sind.
Das erfindungsgemäße Elektrodenkappenwechselsystem 1 ist nicht auf die beschriebene Anordnung der Kurvenbahnen 58 beschränkt, vielmehr kann der Trennkopf 4 weniger oder mehr als sechs Kurvenbahnen 58 aufweisen.
Offenbart ist ein Elektrodenkappenwechselsystem 1 für einen Schweißroboter oder Schweißautomaten, mit zumindest einem Trennkopf 4, über den eine zu wechselnde Elektrodenkappe 6 von einer Schweißzange 2 lösbar ist, wobei der Trennkopf 4 eine Aufnahme 38 für die Elektrodenkappe 6 aufweist, in der Klemmelemente 40 zur Aufbringung einer Klemmkraft auf die Elektrodenkappe 6 vorgesehen sind, wobei die Klemmkraft über eine Drehbewegung eines Roboterarms des Schweißroboters oder eines Handlingroboters 66 aufgebracht ist. Erfindungsgemäß sind als Klemmelemente Kugeln 40 vorgesehen, die zum Aufbringen der Klemmkraft jeweils entlang einer Außenumfangsfläche 60 der Elektrodenkappe 6 und einer Kurvenbahn 58 des Trennkopfes 4 geführt sind, die derart ausgebildet ist, dass die Kugeln 40 bei der Drehbewegung des Roboterarms eine Radialbewegung zum Klemmen und Lösen der Elektrodenkappe 6 durchführen. Des Weiteren offenbart ist ein Verfahren zum Wechseln einer Elektrodenkappe 6 mit einem derartigen Wechselsystem 1.

1: Elektrodenkappenwechselsystem
2: Schweißzange
4: Trennkopf
6: Elektrodenkappe
8: Elektrodenaufnahme
10: Elektrodenhalter
12: Ständer
14: Grundplatte
16: Stützrippen
18: Seitenfläche
20: Seitenfläche
22: Elektrodenkappenmagazin
24: Elektrodenkappenmagazin
26: Elektrodenkappenaufnahme
28: Kugelschnäpper
30: Sensor
32: Stirnfläche
34: Tastsensor
36: Grundkörper
38: Aufnahme
40: Kugel
42: Deckel
44: Deckel
46: Aufnahmebohrung
48: Befestigungsschraube
50: Stirnfläche
52: Mitnehmer
54: Axialsteg
56: Ringbund
58: Kurvenbahn
60: Außenumfangsfläche
62: Innensechsrund
64: Roboterarm
66: Handlingroboter
68: Ablageplatte
70: Elektrodenkappenmagazin
72: Elektrodenkappenmagazin
74: Koppelplatte
76: Fixierstift
78: Fixierstift
80: Ausnehmung
82: Ausnehmung
84: Sensor
86: Anschlag
88: Ringnut
89: Querbohrung
90: Kugelschnäpper
92: Anschlag
94: Anschlag
96: Multikontakt-Stecker
98: Steckerbuchse
100: Steckerteil
102: Grundkörper
104: Ausnehmung
106: Druckfeder
108: Druckstange
110: Stützelement
112: Stützplatte
114: Anschlag
116: Kugelschnäpper

Claims

Elektrodenkappenwechselsystem für einen Schweißroboter oder Schweißautomaten, mit zumindest einem Trennkopf (4), über den eine zu wechselnde Elektrodenkappe (6) von einer Schweißzange (2) lösbar ist, wobei der Trennkopf (4) eine Aufnahme (38) für die Elektrodenkappe (6) aufweist, in der Klemmelemente (40) zur Aufbringung einer Klemmkraft auf die Elektrodenkappe (6) vorgesehen sind, wobei die Klemmkraft über eine Drehbewegung eines Roboterarms des Schweißroboters oder eines Handlingroboters (66) aufgebracht ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Klemmelemente Kugeln (40) sind, die jeweils entlang einer Außenumfangsfläche (60) der Elektrodenkappe (6) und einer Kurvenbahn (58) des Trennkopfes (4) geführt sind, die derart ausgebildet ist, dass die Kugeln (40) bei der Drehbewegung des Roboterarms eine Radialbewegung zum Klemmen und Lösen der Elektrodenkappe (6) ausführen.
Elektrodenkappenwechselsystem nach Anspruch 1, wobei die Kurvenbahnen (58) jeweils als konkav in den Trennkopf (4) eingebrachte Kreisbahn ausgebildet sind.
Elektrodenkappenwechselsystem nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Trennkopf (4) sechs um jeweils etwa 60° zueinander versetzt angeordnete Kurvenbahnen (58) aufweist.
Elektrodenkappenwechselsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Kurvenbahnen (58) jeweils miteinander verbunden sind und einen Innensechsrund (62) ausbilden.
Elektrodenkappenwechselsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Kugeln (40) in einer Grundstellung in etwa mittig auf der Kurvenbahn (58) angeordnet sind.
Elektrodenkappenwechselsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zumindest zwei, vorzugsweise drei Kugeln (40) benachbart in einer Kurvenbahn (58) angeordnet sind.
Elektrodenkappenwechselsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Klemmung der Elektrodenkappe (6) im Trennkopf (4) nach einer Drehbewegung des Roboterarms von weniger als etwa 15° erfolgt.
Elektrodenkappenwechselsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Roboterarm eine Drehbewegung von etwa 30° zum Klemmen und Lösen der Elektrodenkappe (6) durchführt.
Elektrodenkappenwechselsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Kugeln (40) mittels zumindest eines Mitnehmers (52), insbesondere eines Käfigmitnehmers, in dem Trennkopf (4) gehalten sind.
Elektrodenkappenwechselsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Elektrodenkappen (6) durch zumindest ein in die Aufnahme (38) eintauchendes Haltelement, insbesondere einen Kugelschnäpper (116), in dem Trennkopf (4) lösbar gehalten sind, dessen Federkraft zum Auswerfen der Elektrodenkappe (6) von dem Roboter (66) überdruckbar ist.
Elektrodenkappenwechselsystem nach Anspruch 10, wobei zwei diametral zueinander angeordnete Kugelschnäpper (116) vorgesehen sind.
Elektrodenkappenwechselsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Handlingroboter (66) ein Verbindungselement (74) zur Aufnahme des Wechselsystems (1) trägt, das zumindest zwei Fixierstifte (76, 78) aufweist, die mit entsprechenden Ausnehmungen (80, 82) des Wechselsystems (1) verbindbar sind.
Elektrodenkappenwechselsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei dem Wechselsystem (1) zumindest ein Elektrodenkappenmagazin (22, 24, 70, 72) zugeordnet ist.
Elektrodenkappenwechselsystem nach Anspruch 13, wobei die Elektrodenkappen (6) im Elektrodenkappenmagazin (22, 24, 70, 72) durch die Kraft zumindest einer Druckfeder (106) in ihre Entnahmeposition vorgespannt sind.
Elektrodenkappenwechselsystem nach Anspruch 14, wobei die Druckfeder (106) eine Druckstange (108) zumindest abschnittsweise umgreift, die über ein abschnittsweise an die Kontur der Elektrodenkappe (6) angepasstes Stützelement (110) an den Elektrodenkappen (6) abgestützt ist.
Elektrodenkappenwechselsystem nach einem der Ansprüche 13 bis 15, wobei zumindest ein Sensor (34, 84), vorzugsweise ein elektromechanischer Tastsensor, vorgesehen ist, um die Abwesenheit der Elektrodenkappe (6) vor der Aufnahme einer neuen Elektrodenkappe (6) aus dem Elektrodenkappenmagazin (22, 24, 70, 72) und/oder die Anwesenheit der Elektrodenkappe (6) nach der Aufnahme einer neuen Elektrodenkappe (6) aus dem Elektrodenkappenmagazin (22, 24, 70, 72) zu erfassen.
Elektrodenkappenwechselsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Kugeln (40) bei einem Elektrodenkappendurchmesser von etwa 16 mm einen Durchmesser im Bereich von etwa 4 bis 8 mm, vorzugsweise von 6 mm, und/oder die Kreisbahnen (58) einen Radius von etwa 9 mm aufweisen.
Verfahren zum Wechseln einer Elektrodenkappe mit einem Elektrodenkappenwechselsystem (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit den Schritten: a) Einführen der zu wechselnden Elektrodenkappe (6) in die Aufnahme (38) des Trennkopfes (4) mittels eines Roboterarms des Schweißroboters oder eines Handlingroboters (66); b) Drehbewegung des Roboterarms, wobei als Klemmelemente vorgesehene Kugeln (40) jeweils entlang einer Außenumfangsfläche (60) der Elektrodenkappe (6) und einer Kurvenbahn (58) des Trennkopfes (4) abrollen und eine Radialbewegung zum Klemmen der Elektrodenkappe (6) durchführen und c) Fortführen der Drehbewegung des Roboterarms, so dass die in dem Trennkopf (4) drehfest fixierte Elektrodenkappe (6) von dem Elektrodenhalter (10) gelöst wird.
Verfahren nach Anspruch 18, wobei die von dem Elektrodenhalter (10) des Roboterarms gelöste Elektrodenkappe (6) mittels zumindest eines Halteelements, insbesondere mittels eines Kugelschnäppers (116), bis zum Einführen der anderen Elektrodenkappe (6) in dem Trennkopf (4) gehalten ist.
Verfahren nach Anspruch 18 oder 19, wobei der Roboterarm den Elektrodenhalter (10) nach dem Lösen der Elektrodenkappe (6) in ein Elektrodenkappenmagazin (22, 24, 70, 72) zur Aufnahme einer neuen Elektrodenkappe (6) einführt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 20, wobei eine Kontrolle der Abwesenheit der Elektrodenkappe (6) nach dem Lösen der Elektrodenkappe (6) und/oder eine Kontrolle der Anwesenheit der Elektrodenkappe (6) nach dem Elektrodenkappenmagazin (22, 24, 70, 72) mittels eines Sensors (34, 84) erfolgt.