DE102010037903A1

DE102010037903A1 - Verfahren und Anordnung zum Fügen von Fügeteilen

Info

Publication number: DE102010037903A1
Application number: DE201010037903
Authority: DE
Inventors: Stefan Seiler; Franz Som; Michael Rotzsch
Original assignee: ELEKTRO SCHWEISSTECHNIK DRESDEN GmbH; ELEKTRO-SCHWEISSTECHNIK-DRESDEN GmbH; Reis Group Holding GmbH and Co KG
Current assignee: ELEKTRO-SCHWEISSTECHNIK-DRESDEN GMBH, DE; REIS ROBOTICS GMBH & CO. KG, DE
Priority date: 2010-09-30
Filing date: 2010-09-30
Publication date: 2012-04-05
Anticipated expiration: 2030-10-01
Also published as: DE102010037903B4; ITTO20110872A1

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung und ein Verfahren zum Fügen von Fügeteilen, wobei die Fügeteile in ihren zu fügenden Bereichen kontaktiert werden und zu jeder Seite eines durch die Bereiche gebildeten vorzugsweise gekrümmt verlaufenden Fügebereichs eine den Fügebereich druckbeaufschlagende Rolle einwirkt. Die Rollen gehen von einer Fügeeinrichtung aus, die bei rotierender Bewegung der Rollen mittels einer Handhabungseinrichtung entlang des Fügebereichs bewegt wird. Damit die Rollen schlupffrei entlang dem Fügebereich bewegt werden können, wird vorgeschlagen, dass zumindest eine der Rollen aktiv angetrieben wird und dass der Bewegungsverlauf der Handhabungseinrichtung synchron auf die Rotation der angetriebenen Rolle übertragen wird.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Fügen von Fügeteilen, wie Behälter und Verschluss, wobei die Fügeteile in ihren zu fügenden Bereichen kontaktiert werden, zu jeder Seite eines durch die Bereiche gebildeten vorzugsweise gekrümmt wie bogen- oder kreisförmig verlaufenden Fügebereichs eine den Fügebereich druckbeaufschlagende Rolle einwirkt, wobei die Rollen von einer Fügeeinrichtung ausgehen, die bei rotierender Bewegung der Rollen mittels einer Handhabungseinrichtung wie Roboter entlang des Fügebereichs bewegt werden. Auch ist Gegenstand der Erfindung eine Anordnung zum Fügen von Fügeteilen umfassend eine Fügeeinrichtung mit zwei zueinander beabstandbaren rotierenden Rollen, zwischen denen die Fügeteile in ihren zu fügenden Fügebereich druckbeaufschlagt hindurchführbar sind, eine Handhabungseinrichtung, die mit der Fügeeinrichtung verbunden ist, sowie eine Steuerung zum Steuern der Bewegung der Handhabungseinrichtung.
Um zum Beispiel Behälter bodenseitig zu verschließen ist es bekannt, dass die Ränder der Umfangswandung des Behälters mit umgekanteten Rändern des Bodens durch Rollnahtwiderstandsschweißen gefügt werden. Hierzu fährt auf jeder der Seite der übereinander liegenden Bereiche eine Rolle entlang. Die Rollen sind zueinander druckbeaufschlagt, so dass die zu verschweißenden Bereiche geklemmt sind. Über die Rollen fließt der Strom durch den Fügebereich, so dass ein Verschweißen erfolgt. Um einen automatischen Schweißablauf zu ermöglichen, können entsprechende Rollen von sogenannten Rollnahtschweißzangen als Fügeeinrichtungen ausgehen, die über eine Handhabungseinrichtung geführt wird. Die Rollnahtschweißzange wird mittels der Handhabungseinrichtung entlang des üblicherweise gekrümmten wie bogen- oder kreisförmig verlaufenden Fügebereichs geführt. Der Fügebereich kann jedoch auch geradlinig verlaufen. Die Rollen selbst werden bei der Bewegung der Handhabungseinrichtung durch die zwischen den Rollen und dem Fügebereich auftretende Reibung in Drehbewegung versetzt, wobei eine Bewegung mit Schlupf erfolgt. Dabei besteht gegebenenfalls die Möglichkeit, dass eine der Rollen in ihrer Rotationsbewegung mit einem pneumatischen Antrieb unterstützt wird, ohne dass jedoch hierdurch ein Schlupf vermieden werden kann.
Ein Fügeverfahren nach der DE-A-199 01 015 sieht ein Verbinden von Fügeteilen durch Umformung vor. Die Fügeteile werden durch zwei Rollen hindurchgefördert, von denen eine als Stempelrad und die andere als Matrizenrad ausgebildet ist. Dabei besteht die Möglichkeit, dass die Bewegungen von Stempel- und/oder Matrizenrad miteinander synchronisiert werden.
Um Solarzellenkontakte und Solarzellenverbinder stoffschlüssig zu verbinden, wird nach der DE-C-31 47 255 eine Sonotrode einer Ultraschallschweißvorrichtung benutzt, die durch Reibschluss drehend entlang der zu verschweißenden Bauteile bewegt wird. Unterhalb der Bauteile kann eine drehbar gelagerte Antriebsrolle als Widerlager vorgesehen sein.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Anordnung der eingangs genannten Art so weiterzubilden, dass die das Fügen bewirkenden Rollen schlupffrei entlang des Fügebereichs bewegt werden, so dass insbesondere Verspannungen und Fehlfügungen ausgeschlossen sind.
Zur Lösung der Aufgabe sieht die Erfindung verfahrensmäßig im Wesentlichen vor, dass zumindest eine der Rollen aktiv angetrieben wird und dass der Bewegungsverlauf der Handhabungseinrichtung synchron auf die angetriebene Rolle übertragen wird.
Insbesondere ist vorgesehen, dass die angetriebene Rolle eine Antriebsachse aufweist, die synchron zur Vorschubbewegung der Handhabungseinrichtung über deren Steuerung angesteuert wird.
Erfindungsgemäß wird der Antrieb wie CNC-Antrieb der zumindest einen aktiv angetriebenen Rolle von der Steuerungs des Handhabungssystems angesteuert. Somit ist sichergestellt, dass die Abrollgeschwindigkeit der angetriebenen Rolle im Fügebereich zur Vorschubgeschwindigkeit bzw. -beschleunigung, mit der die Fügeeinrichtung, also im Falle eines Widerstandsschweißens die Rollnahtschweißzange, vom Handhabungsgerät an den Fügeteilen entlang geführt wird, identisch ist. Somit werden die Rollen frei von Verspannungen und ohne Schlupf an den zu fügenden Fügeteilen geführt.
Wird bevorzugterweise eine der Rollen servo-elektrisch angetrieben, so besteht selbstverständlich auch die Möglichkeit, dass beide Rollen insbesondere einen CNC-Antrieb aufweisen, der von der Steuerung der Handhabungseinrichtung angesteuert wird.
Aufgrund der Tatsache, dass die Rollen mit exakt der gleichen Abrollgeschwindigkeit bzw. -beschleunigung wie die der Handhabungseinrichtung, mit der die die Rollen aufweisende Fügeeinrichtung verbunden ist, angetrieben werden, ist eine Relativbewegung zwischen Rolle und Fügeteil ausgeschlossen. Somit ist insbesondere auch bei Rollen kleiner Durchmesser sichergestellt, dass die Rolle am Fügeteil nicht geschoben wird, sondern ausschließlich abrollt. Infolgedessen können Bauteile mit sehr geringen Radien gefügt werden.
Die Fügeeinrichtung geht vorzugsweise von einem zweidimensionalen Verschiebeschlitten wie Kreuzschlitten aus, um eine Relativbewegung zwischen Handhabungseinrichtung und Fügeeinrichtung zum Ausgleich der Toleranzen zu erzielen, die das reale Fügeteil gegenüber der programmierten idealen Bewegungsbahn aufweist. Bei einer horizontalen Bewegung der Fügeeinrichtung wirken in diesem Fall keine Kräfte auf den Fügebereich, die durch das Gewicht der Fügeeinrichtung hervorgerufen werden.
Um auch einen Einsatz bei einer dreidimensionalen Bewegung, also nicht nur einer ausschließlich horizontalen Bewegung zu ermöglichen, ohne dass das Eigengewicht der Fügeeinrichtung wie Rollnahtschweißzange in Folge der Bewegungsmöglichkeit im Ausgleich auf das Fügeteil einwirkt, ist vorgesehen, dass die Gravitationskraft der Fügeeinrichtung durch ein Stellsystem ausgeglichen wird. Somit können unabhängig von der Bewegung der Fügeeinrichtung im Raum stets gleiche reproduzierbare Füge- wie Schweißergebnisse erzielt werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren gelangt vorrangig beim Widerstandsschweißen zum Einsatz, gleichwenn andere Fügeverfahren, bei denen Fügeteile zwischen Rollen hindurchbewegt werden, wie zum Beispiel umformtechnische Fügeverfahren auch in Frage kommen.
Um eine unerwünschte Aufheizung der Rollen durch den durch diese fließenden Strom zu vermeiden, ist in Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, dass die Rollen von einem Kühlfluid durchströmt werden. Hierzu können in den Rollen Kanäle verlaufen, die zum Beispiel von Kühlwasser durchströmt werden. Somit erfolgt eine direkte Kühlung der Rollen. Im Vergleich hierzu sieht der Stand der Technik ein Kühlen der Fügeeinrichtung bis zur Anflanschstelle für die Rollen vor.
Eine Anordnung der eingangs genannten Art zeichnet sich dadurch aus, dass zumindest eine der Rollen mit einem Antrieb verbunden ist, der mit der Steuerung der Handhabungseinrichtung zum synchronen Übertragen des Bewegungsablaufs der Handhabungseinrichtung auf die Rotation der angetriebenen Rolle verbunden ist.
Insbesondere ist vorgesehen, dass jede Rolle mit einem mit der Steuerung verbundenen Antrieb verbunden ist. Der Antrieb selbst kann CNC-Antrieb sein.
Um dann, wenn die Anordnung zum Widerstandsschweißen verwendet wird, eine unerwünschte Erwärmung der Rollen auszuschließen, ist vorgesehen, dass zumindest eine der Rollen, vorzugsweise beide Rollen, zumindest einen im Inneren verlaufenden mit Kühlfluid durchströmbaren Kanal aufweist.
Weitere Einzelheiten, Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich nicht nur aus den Ansprüchen, den diesen zu entnehmenden Merkmalen – für sich und/oder in Kombination –, sondern auch aus der nachfolgenden Beschreibung eines der Zeichnungen zu entnehmenden bevorzugten Ausführungsbeispiels.
Es zeigen:
1 eine Seitenansicht einer servo-motorischen Rollnahtschweißzange,
2 eine Vorderansicht der Schweißzange gemäß 1,
3 eine Prinzipdarstellung eines Schweißvorganges und
4 einen Schnitt durch eine Schweißrolle.
Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Rollnahtwiderstandsschweißprozesses erläutert, ohne dass hierdurch eine Einschränkung erfolgen soll. Vielmehr gelten die verfahrensmäßigen Merkmale für Fügeverfahren ganz allgemein, bei denen Fügeteile zwischen Rollen hindurchgeführt werden, um einen Fügeprozess durchzuführen. Beispielhaft ist das umformtechnische Fügen von Teilen zu nennen.
Um zum Beispiel einen Behälter mit einem Boden zu verschließen, werden in bekannter Weise stirnseitiger Randbereich 10 eines die Behälterwandung bildenden Hohlzylinders 12 mit einem abgekanteten umlaufenden Rand 14 eines Bodenblechs 16 verschweißt.
Die abgewinkelte Kante 14 und der Randbereich 10 werden übereinanderliegend angeordnet, um sodann zu beiden Seiten eines Fügebereichs 17, der von den aufeinanderliegenden Bereichen 10, 14 des Hohlzylinders 12 und des Bodenblechs 16 gebildet wird, Rollen 20, 22 entlang zu fahren, die von einer Widerstandsschweißzange 26 ausgehen und zueinander derart verstellbar sind, dass die aufeinander liegenden Bereiche, also die Ränder 10, 14 geklemmt werden. Sodann werden die Rollen 20, 22 und damit auch der Fügebereich 17 von Strom durchflossen, um eine stoffschlüssige Verbindung zwischen den Bauteilen 12, 16 zu erzielen.
Eine Prinzipdarstellung einer entsprechenden Schweißzange 26 ist den 1 und 2 zu entnehmen. In diesen sind die Rollen 20, 22 dargestellt, die drehbar in der Schweißzange 26 bzw. einem Rahmen 28 bzw. in einem Gehäuse von dieser gelagert sind.
Wie der Doppelfeil 29 symbolisiert, ist die größere Schweißrolle 20 zu der kleineren Schweißrolle 22 verstellbar, um im erforderlichen Umfang die zu verschweißenden Bauteile 12, 16 zwischen den Rollen 20, 22 klemmen zu können. Zum Verstellen der Schweißrolle 20 ist ein Pneumatikzylinder 30 vorgesehen, dessen Kolben 31 den erforderlichen Hub auf die Lagerung der Schweißrolle 20 überträgt. Die Lagerung ist dabei in einer Prismenführung 32 geführt, um eine exakte Bewegung sicherzustellen.
Des Weiteren werden im Ausführungsbeispiel sowohl die größere Schweißrolle 20 als auch die kleinere Schweißrolle 22 mittels eines Servo-Motors mit Winkelgetriebe angetrieben. Diese sind mit den Bezugszeichen 33 und 34 gekennzeichnet.
Ferner geht von der Rollnahtschweißzange 26 bzw. dessen Gehäuse eine Flanschplatte 36 aus, die mit einer Handhabungseinrichtung wie Arm eines Roboters verbunden ist. Dabei ist die Rollnahtschweißzange 26 mit der Flanschplatte 36 über eine Linearführung 38 verbunden, um zur Erzielung eines Toleranzausgleichs eine Relativbewegung zwischen der Flanschplatte 36 und damit dem Roboter und der Rollnahtschweißzange 26 sicherzustellen. Dieser Toleranzausgleich ist erforderlich, um die Abweichung zwischen der programmierten idealen Bewegungsbahn der Schweißzange 26 und der durch die realen Bauteile 12, 16 vorgegebenen Bewegungsbahn auszugleichen. Ferner ist ein Stromband 40 eingezeichnet, mit dem der zum Widerstandsschweißen erforderliche Strom zu den Schweißrollen 20, 22 über die Bauteile 10, 16 fließen kann.
Um zu vermeiden, dass die Schweißrollen 20, 22 mit Schlupf entlang des Schweißbereichs 17 bewegt werden, ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass zumindest eine der Rollen 20, 22, im Ausführungsbeispiel beide Rollen 20, 22, über den jeweiligen Servo-Motor mit Winkelgetriebe 33, 34 aktiv angetrieben werden. Dabei erfolgt eine Ansteuerung der Antriebe derart, dass der Bewegungsverlauf der Handhabungseinrichtung synchron auf die Rotation der Rollen 20, 22 übertragen wird mit der Folge, dass die Abrollgeschwindigkeit bzw. -beschleunigung der Rollen 20, 22 im Fügebereich 17, also an den Bauteilen 10, 14 mit der Vorschubgeschwindigkeit bzw. Beschleunigung, mit der die Widerstandsrollnahtschweißzange 26 vorn Handhabungsgerät entlang des Fügebereichs 17, also der Bauteile 10, 14 geführt wird, identisch ist. Somit wird die Schweißzange 26 mit den Rollen 20, 22 frei von Spannungen und zu 100% ohne Schlupf entlang der zu verschweißenden Bauteile 10, 16 geführt.
Erfindungsgemäß erfolgt die Ansteuerung der CNC-Antriebe für die Rollen 20, 22 über die Steuerung der Handhabungseinrichtung. Da die Rollen 20, 22 mit exakt der gleichen Abrollgeschwindigkeit bzw. -beschleunigung wie der Vorschub der von der Handhabungseinrichtung bewegten Rollnahtschweißzange 26 angetrieben werden, ist eine Relativbewegung zwischen den Rollen 20, 22 und den Bauteilen 10, 16 im Füge- bzw. Schweißbereich 17 ausgeschlossen. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass eine der Rollen – im Ausführungsbeispiel der Rolle 22 – einen sehr kleinen Durchmesser aufweisen kann, so dass im Vergleich zum Stand der Technik kleinere Radien am Bauteil gefügt werden können.
Um die Rollnahtschweißzange 26 auch dreidimensional im Raum bewegen zu können, sind des Weiteren von der Flanschplatte 36 ausgehende Stellsysteme vorgesehen, über die das aufgrund der Gravitationskraft auf den Fügebereich 17 einwirkende Eigengewicht der Rollnahtschweißzange 26 kompensiert werden, das bei fehlendem Ausgleich auf die Bauteile 12, 14 einwirken würde mit der Folge, dass eine unerwünschte Verformung auftreten könnte.
Wie sich aus der 4 ergibt, kann jede der Rollen 20, 22 direkt gekühlt werden. So sind in der der 4 zu entnehmenden und den Rollen 20, 22 entsprechenden Ausführungsform radial verlaufende Kanäle 42, 44 vorgesehen, die in einen umlaufenden Kanal 46 übergehen, die von einem Kühlmedium wie Wasser durchströmbar sind, das über Anschlüsse 48, 50 zugeführt wird. Somit kann ein unerwünschtes Aufheizen der Rollen 20, 22 unterbunden werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 19901015 A [0003]
DE 3147255 C [0004]

Claims

Verfahren zum Fügen von Fügeteilen, wie Behälterwandung und -verschluss, wobei die Fügeteile in ihren zu fügenden Bereichen kontaktiert werden, zu jeder Seite eines durch die Bereiche gebildeten vorzugsweise gekrümmt wie bogen- oder kreisförmig verlaufenden Fügebereichs eine den Fügebereich druckbeaufschlagende Rolle einwirkt, wobei die Rollen von einer Fügeeinrichtung ausgehen, die bei rotierender Bewegung der Rollen mittels einer Handhabungseinrichtung wie Roboter entlang des Fügebereichs bewegt wird, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine der Rollen aktiv angetrieben wird und dass Bewegungsverlauf der Handhabungseinrichtung synchron auf die Rotation der angetriebenen Rolle übertragen wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die angetriebene Rolle eine Antriebsachse aufweist, die synchron zur Vorschubbewegung der Handhabungseinrichtung über deren Steuerung angesteuert wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass beide Rollen angetrieben werden, insbesondere servo-elektrisch angetrieben werden.
Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer dreidimensionalen Bewegung der Fügeeinrichtung deren gegebenenfalls auf den Fügebereich einwirkendes Gewicht kompensiert wird.
Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine der Rollen über in deren Innerem verlaufenden Kanal mit einem Kühlfluid beaufschlagt wird.
Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rollen einen voneinander abweichenden Durchmesser aufweisen, wobei insbesondere die Rolle kleineren Durchmessers aktiv angetrieben wird.
Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rolle mit größerem Durchmesser zu der Rolle mit kleinerem Durchmesser in Abhängigkeit der Dicke des Fügebereichs zugestellt wird.
Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Fügen durch Widerstandsschweißverfahren durchgeführt wird.
Anordnung zum Fügen von Fügeteilen umfassend eine Fügeeinrichtung (26) mit zwei zueinander beabstandbaren rotierenden Rollen (20, 22), zwischen denen die Fügeteile (12, 16) in ihren zu fügenden Fügebereich (17) druckbeaufschlagt hindurchführbar sind, eine Handhabungseinrichtung, die mit der Fügeeinrichtung verbunden ist, sowie eine Steuerung zum Steuern der Bewegung der Handhabungseinrichtung, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine der Rollen (20, 22) mit einem Antrieb (33, 34) verbunden ist, der mit der Steuerung der Handhabungseinrichtung zum synchronen Übertragen des Bewegungsablaufs der Handhabungseinrichtung auf die Rotation der angetriebenen Rolle verbunden ist.
Anordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass jede Rolle (20, 22) mit einem mit der Steuerung verbundenen Antrieb (33, 34) verbunden ist.
Anordnung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Antrieb (33, 34) ein CNC-Antrieb ist.
Anordnung nach zumindest einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine der Rollen (20, 22), vorzugsweise beide Rollen, zumindest einen im Inneren verlaufenden mit einem Kühlfluid durchströmbaren Kanal (42, 44, 46) aufweist.
Anordnung nach zumindest einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Rolle (20, 22) über ein Winkelgetriebe mit einem Servormotor (33, 34) verbunden ist.
Anordnung nach zumindest einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Fügeeinrichtung (26) als Widerstandsschweißzange ausgebildet ist.