DE112020004603T5

DE112020004603T5 - Doppelt wirkende rührreibpunktschweissvorrichtung und verfahren zum betreiben einer doppelt wirkenden rührreibpunktschweissvorrichtung

Info

Publication number: DE112020004603T5
Application number: DE112020004603.6T
Authority: DE
Inventors: Masahiro Miyake; Syuhei YOSHIKAWA; Yusuke Yoshida
Original assignee: Kawasaki Heavy Industries Ltd; Kawasaki Jukogyo KK
Current assignee: Kawasaki Heavy Industries Ltd; Kawasaki Motors Ltd
Priority date: 2019-09-27
Filing date: 2020-09-15
Publication date: 2022-06-09
Also published as: JP7341824B2; WO2021060086A1; US11911841B2; JP2023155426A; JP7631447B2; KR20220062374A; JP2021053657A; US20220339734A1; CN114423562A

Abstract

Eine doppelt wirkende Rührreibpunktschweißvorrichtung gemäß der vorliegenden Offenbarung weist ein Stiftelement (11), das in zylindrischer Form ausgebildet ist, ein Schulterelement (12), das in Form eines Hohlzylinders ausgebildet ist und in das das Stiftelement (11) eingeführt wird, einen Drehantrieb (57), der das Stiftelement (11) und das Schulterelement (12) um eine zum Stiftelement (11) koaxiale Achse (Xr) dreht, und einen Linearantrieb (53), der sowohl das Stiftelement (11) als auch das Schulterelement (12) entlang der Achse (Xr) hin- und herbewegt, auf. Eine Öllösung (70) wird an wenigstens einer Umfangsfläche von einer äußeren Umfangsfläche (11c) des Stiftelements (11), einer inneren Umfangsfläche (12b) des Schulterelements (12), einer äußeren Umfangsfläche (12c) des Schulterelements (12) und einer inneren Umfangsfläche (13b) eines Klemmelements (13) aufgebracht.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Offenbarung betrifft eine doppelt wirkende Rührreibpunktschweißvorrichtung und ein Verfahren zum Betreiben der doppelt wirkenden Rührreibpunktschweißvorrichtung.
STAND DER TECHNIK
Es ist bekannt, dass ein doppelt wirkendes drehbares Werkzeug zum Rührreibpunktschweißen Material, das in einen Spalt zwischen einer Sonde und einem Schulterelement eingedrungen ist, nach außen abführt und das Material daran hindert, in dem Spalt zu verklumpen (siehe beispielsweise Patentdokument 1).
Bei dem in Patentdokument 1 offenbarten doppelt wirkenden drehbaren Werkzeug zum Rührreibpunktschweißen stellt ein abgestufter Teil zwischen einem spitzenseitigen Teil und einem Basisteil der Sonde eine Maßnahme zur Verhinderung/Beseitigung von Verklumpungen dar. Nach einem Rührreibpunktschweißvorgang wird die Sonde relativ zum Schulterelement vorgeschoben, um das eingedrungene Material nach außen abzuführen.
[Referenzdokument aus dem Stand der Technik]
[Patentdokument]
[Patentdokument 1] JP2007-029979A
BESCHREIBUNG DES OFFENBARUNGSGEHALTS
[Durch die Erfindung zu lösende Aufgabe(n)]
Aber auch bei dem in Patentdokument 1 offenbarten doppelt wirkenden drehbaren Werkzeug zum Rührreibpunktschweißen wird zwischen einer äußeren Umfangsfläche des abgestuften Teils und einer inneren Umfangsfläche des Schulterelements ein Spalt gebildet. Aus diesem Grund kann, wenn Material in diesen Spalt eindringt, das eingedrungene Material nicht durch den abgestuften Teil nach außen abgeführt werden. Ferner ist es an dem abgestuften Teil schwierig, das an der Oberfläche, etwa der äußeren Umfangsfläche der Sonde und/oder der inneren Umfangsfläche des Schulterelements, anhaftende Material abzuführen.
Die vorliegende Offenbarung erfolgt im Hinblick auf die Lösung der oben beschriebenen herkömmlichen Probleme, und eine Aufgabe davon ist, eine doppelt wirkende Rührreibpunktschweißvorrichtung und ein Verfahren zum Betrieb der doppelt wirkenden Rührreibpunktschweißvorrichtung bereitzustellen, die im Vergleich zu herkömmlichen doppelt wirkenden Rührreibpunktschweißvorrichtungen ein Verklumpen von Material, das von einem zu verbindenden Gegenstand stammt, an wenigstens einer Umfangsfläche von einer äußeren Umfangsfläche eines Stiftelements (Sonde), einer inneren Umfangsfläche eines Schulterelements, einer äußeren Umfangsfläche des Schulterelements und einer inneren Umfangsfläche eines Klemmelements verhindern kann.
[Mittel zum Lösen der Aufgabe(n)]
Um die Aufgabe zu lösen, weist eine doppelt wirkende Rührreibpunktschweißvorrichtung gemäß der vorliegenden Offenbarung auf: ein Stiftelement, das in zylindrischer Form ausgebildet ist, ein Schulterelement, das in Form eines Hohlzylinders ausgebildet ist und in das das Stiftelement eingeführt wird, ein Klemmelement, das in Form eines Hohlzylinders ausgebildet ist und in das das Schulterelement eingeführt wird, einen Drehantrieb, der das Stiftelement und das Schulterelement um eine zum Stiftelement koaxiale Achse dreht, und einen Linearantrieb, der sowohl das Stiftelement als auch das Schulterelement entlang der Achse hin- und herbewegt. Eine Öllösung wird an wenigstens einer Umfangsfläche von einer äußeren Umfangsfläche des Stiftelements, einer inneren Umfangsfläche des Schulterelements, einer äußeren Umfangsfläche des Schulterelements und einer inneren Umfangsfläche des Klemmelements aufgebracht.
Demgemäß wird, da ein Ölfilm auf wenigstens einer Umfangsfläche von der äußeren Umfangsfläche des Stiftelements, der inneren Umfangsfläche des Schulterelements, der äußeren Umfangsfläche des Schulterelements und der inneren Umfangsfläche des Klemmelements gebildet wird, im Vergleich zu herkömmlichen Rührreibpunktschweißvorrichtungen das Verklumpen von Material, das von einem zu verbindenden Gegenstand stammt, an der Umfangsfläche verhindert.
Weiterhin ist ein Verfahren zum Betreiben einer Rührreibpunktschweißvorrichtung gemäß der vorliegenden Offenbarung ein Verfahren zum Betreiben einer doppelt wirkenden Rührreibpunktschweißvorrichtung, und die doppelt wirkende Rührreibpunktschweißvorrichtung weist auf: ein Stiftelement von zylindrischer Form, ein Schulterelement, das in Form eines Hohlzylinders ausgebildet ist und in das das Stiftelement eingeführt wird, ein Klemmelement, das in Form eines Hohlzylinders ausgebildet ist und in das das Schulterelement eingeführt wird, einen Drehantrieb, der das Stiftelement und das Schulterelement um eine zum Stiftelement koaxiale Achse dreht, und einen Linearantrieb, der sowohl das Stiftelement als auch das Schulterelement entlang der Achse hin- und herbewegt. Das Verfahren beinhaltet, (A) das Zuführen einer Öllösung an wenigstens eine Umfangsfläche von einer äußeren Umfangsfläche des Stiftelements, einer inneren Umfangsfläche des Schulterelements, einer äußeren Umfangsfläche des Schulterelements und einer inneren Umfangsfläche des Klemmelements.
Demgemäß wird, da der Ölfilm auf wenigstens einer Umfangsfläche von der äußeren Umfangsfläche des Stiftelements, der inneren Umfangsfläche des Schulterelements, der äußeren Umfangsfläche des Schulterelements und der inneren Umfangsfläche des Klemmelements gebildet wird, im Vergleich zu herkömmlichen Rührreibpunktschweißvorrichtungen das Verklumpen von Material, das von dem zu verbindenden Gegenstand stammt, an der Umfangsfläche verhindert.
Die vorgenannte Aufgabe, andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Offenbarung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung geeigneter Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen deutlich.
[Effekt der Offenbarung]
Gemäß der Rührreibpunktschweißvorrichtung und dem Verfahren zum Betreiben der doppelt wirkenden Rührreibpunktschweißvorrichtung der vorliegenden Offenbarung wird das Verklumpen des von dem zu verbindenden Gegenstand stammenden Materials an der Umfangsfläche im Vergleich zu herkömmlichen Rührreibpunktschweißvorrichtungen verhindert.
Figurenliste

1 ist eine schematische Abbildung, die eine skizzenhafte Ausgestaltung einer Rührreibpunktschweißvorrichtung gemäß Ausführungsform 1 darstellt.
2 ist eine schematische Abbildung, in der ein wesentlicher Teil der in 1 gezeigten Rührreibpunktschweißvorrichtung vergrößert dargestellt ist.
3 ist eine schematische Abbildung, in der der wesentliche Teil der in 1 gezeigten Rührreibpunktschweißvorrichtung vergrößert dargestellt ist.
4 ist eine schematische Abbildung, in der der wesentliche Teil der in 1 gezeigten Rührreibpunktschweißvorrichtung vergrößert dargestellt ist.
5 ist ein Blockdiagramm, das schematisch eine Steuerungsausgestaltung der in 1 gezeigten Rührreibpunktschweißvorrichtung darstellt.
6 ist eine schematische Abbildung, die eine skizzenhafte Ausgestaltung eines wesentlichen Teils einer Rührreibpunktschweißvorrichtung gemäß Ausführungsform 2 darstellt.
7 ist eine schematische Abbildung, die eine skizzenhafte Ausgestaltung des wesentlichen Teils der Rührreibpunktschweißvorrichtung gemäß Ausführungsform 2 darstellt.
8 ist eine schematische Abbildung, die eine skizzenhafte Ausgestaltung des wesentlichen Teils der Rührreibpunktschweißvorrichtung gemäß Ausführungsform 2 darstellt.
9 ist eine schematische Abbildung, die eine skizzenhafte Ausgestaltung eines wesentlichen Teils einer Rührreibpunktschweißvorrichtung gemäß Ausführungsform 3 darstellt.
10 ist eine schematische Abbildung, die eine skizzenhafte Ausgestaltung des wesentlichen Teils der Rührreibpunktschweißvorrichtung gemäß Ausführungsform 3 darstellt.
11 ist eine schematische Abbildung, die eine skizzenhafte Ausgestaltung des wesentlichen Teils der Rührreibpunktschweißvorrichtung gemäß Ausführungsform 3 darstellt.
12 ist ein Flussdiagramm, das ein Beispiel für den Betrieb der Rührreibpunktschweißvorrichtung gemäß Ausführungsform 3 zeigt.
13 ist eine Kurve, die die Änderung des Stromwertes eines Motors, der einen Stiftantrieb darstellt, über die Anzahl der Schweißpunkte zeigt.

AUSFÜHRUNGSWEISEN DER OFFENBARUNG
Nachstehend werden wünschenswerte Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Es ist zu beachten, dass in den Zeichnungen gleiche Referenzzeichen für dieselben oder entsprechende Elemente zugewiesen sind, um redundante Erläuterungen zu vermeiden. Ferner werden in den Zeichnungen selektiv Komponenten dargestellt, die zur Erläuterung der vorliegenden Offenbarung notwendig sind, und kann auf die Darstellung anderer Komponenten verzichtet werden. Weiterhin ist die vorliegende Offenbarung nicht auf die nachstehenden Ausführungsformen beschränkt.
(Ausführungsform 1)
Eine doppelt wirkende Rührreibpunktschweißvorrichtung gemäß Ausführungsform 1 weist auf: ein Stiftelement, das in zylindrischer Form ausgebildet ist, ein Schulterelement, das in Form eines Hohlzylinders ausgebildet ist und in das das Stiftelement eingeführt wird, ein Klemmelement, das in Form eines Hohlzylinders ausgebildet ist und in das das Schulterelement eingeführt wird, einen Drehantrieb, der das Stiftelement und das Schulterelement um eine zum Stiftelement koaxiale Achse dreht, und einen Linearantrieb, der sowohl das Stiftelement als auch das Schulterelement entlang der Achse hin- und herbewegt. Eine Öllösung wird an wenigstens einer Umfangsfläche von einer äußeren Umfangsfläche des Stiftelements, einer inneren Umfangsfläche des Schulterelements, einer äußeren Umfangsfläche des Schulterelements und einer inneren Umfangsfläche des Klemmelements aufgebracht.
In der doppelt wirkenden Rührreibpunktschweißvorrichtung gemäß Ausführungsform 1 kann die Öllösung flüssig oder halbflüssig sein.
In einem Verfahren zum Betreiben einer doppelt wirkenden Rührreibpunktschweißvorrichtung gemäß Ausführungsform 1 weist die doppelt wirkende Rührreibpunktschweißvorrichtung auf: ein Stiftelement, das in zylindrischer Form ausgebildet ist, ein Schulterelement, das in Form eines Hohlzylinders ausgebildet ist und in das das Stiftelement eingeführt wird, ein Klemmelement, das in Form eines Hohlzylinders ausgebildet ist und in das das Schulterelement eingeführt wird, einen Drehantrieb, der das Stiftelement und das Schulterelement um eine zum Stiftelement koaxiale Achse dreht, und einen Linearantrieb, der sowohl das Stiftelement als auch das Schulterelement entlang der Achse hin- und herbewegt. Das Verfahren beinhaltet, (A) das Zuführen einer Öllösung an wenigstens eine Umfangsfläche von einer äußeren Umfangsfläche des Stiftelements, einer inneren Umfangsfläche des Schulterelements, einer äußeren Umfangsfläche des Schulterelements und einer inneren Umfangsfläche des Klemmelements.
In diesem Fall kann das Zuführen von Öllösung durch einen manuellen Bedienschritt durch einen Bediener oder durch einen Zuführungsmechanismus für Öllösung, wie später beschrieben, erfolgen.
In dem Verfahren zum Betreiben der doppelt wirkenden Rührreibpunktschweißvorrichtung gemäß Ausführungsform 1 kann in (A) die Öllösung durch den Zuführungsmechanismus für Öllösung an die Umfangsfläche zugeführt werden, bevor ein Rührreibpunktschweißvorgang durchgeführt wird und/oder nachdem der Rührreibpunktschweißvorgang durchgeführt worden ist.
Im Folgenden wird ein Beispiel der Rührreibpunktschweißvorrichtung gemäß Ausführungsform 1 unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ausführlich beschrieben.
[Ausgestaltung der Rührreibpunktschweißvorrichtung]
1 ist eine schematische Abbildung, die eine skizzenhafte Ausgestaltung einer Rührreibpunktschweißvorrichtung gemäß Ausführungsform 1 darstellt. 2 bis 4 sind schematische Abbildungen, in denen ein wesentlicher Teil der in 1 gezeigten Rührreibpunktschweißvorrichtung vergrößert dargestellt ist. Es ist zu beachten, dass in 1 eine Auf- und Abwärtsrichtung der Zeichnungen als Auf- und Abwärtsrichtung der Rührreibpunktschweißvorrichtung ausgedrückt ist.
Wie in 1 dargestellt, weist die Rührreibpunktschweißvorrichtung 50 gemäß Ausführungsform 1 ein Stiftelement 11, ein Schulterelement 12, einen Werkzeugfixierer 52, einen Linearantrieb 53, ein Klemmelement 13, einen Gegenhalter 55, ein Gegenelement 56 und einen Drehantrieb 57 auf.
Das Stiftelement 11, das Schulterelement 12, der Werkzeugfixierer 52, der Linearantrieb 53, das Klemmelement 13 und der Drehantrieb 57 sind an einem oberen Endteil von Gegenhalter 55, der aus einem C-förmigen Bügel (C-förmigen Rahmen) besteht, bereitgestellt. Ferner ist das Gegenelement 56 am unteren Endteil des Gegenhalters 55 bereitgestellt. Das Stiftelement 11, das Schulterelement 12 und das Klemmelement 13 sowie das Gegenelement 56 sind am Gegenhalter 55 in einander gegenüberliegenden Positionen abgebracht. Es ist zu beachten, dass ein Gegenstand 60, der verbunden werden soll (zu verbindender Gegenstand) zwischen dem Stiftelement 11, dem Schulterelement 12 und dem Klemmelement 13 sowie dem Gegenelement 56 angeordnet wird.
Der zu verbindende Gegenstand 60 hat je ein plattenartiges erstes Element 61 und zweites Element 62. Das erste Element 61 und das zweite Element 62 können aus Metall (z. B. Aluminium oder Stahl) oder aus faserverstärktem Kunststoff (z. B. kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff) bestehen.
Es ist zu beachten, dass der zu verbindende Gegenstand 60 in Ausführungsform 1 zwar aus dem plattenförmigen ersten Element 61 und zweiten Element 62 besteht, aber nicht auf diese Ausgestaltung beschränkt ist, sondern die Form des zu verbindenden Gegenstands 60 (das erste Element 61 und das zweite Element 62) beliebig ist. Beispielsweise kann es auch eine parallelflache Rechteckform oder eine Bogenform sein. Ferner kann der zu verbindende Gegenstand 60 aus drei oder mehr Elementen bestehen.
Das Stiftelement 11, das Schulterelement 12 und das Klemmelement 13 sind am Werkzeugfixierer 52 befestigt, der aus einem Fixierer für das drehbare Werkzeug 521 und einem Klemmfixierer 522 besteht. Im Einzelnen sind das Stiftelement 11 und das Schulterelement 12 am Fixierer für das drehbare Werkzeug 521 befestigt und ist das Klemmelement 13 am Klemmfixierer 522 über einen Klemmantrieb 41 befestigt. Der Fixierer für das drehbare Werkzeug 521 wird durch den Klemmfixierer 522 über den Drehantrieb 57 gehalten. Es ist zu beachten, dass der Klemmantrieb 41 aus einer Feder besteht.
Das Stiftelement 11, das Schulterelement 12 und das Klemmelement 13 werden in der Aufwärts- und Abwärtsrichtung durch den Linearantrieb 53, der aus einem Stiftantrieb 531 und einem Schulterantrieb 532 besteht, linear angetrieben. Im Folgenden wird wenigstens ein Element von dem Stiftelement 11, dem Schulterelement 12 und dem Klemmelement 13 als „das Werkzeug“ bezeichnet.
Das Stiftelement 11 ist in zylindrischer Form ausgebildet und wird, obwohl in 1 nicht im Detail dargestellt, vom Fixierer für das drehbare Werkzeug 521 gehalten. Außerdem wird das Stiftelement 11 durch den Drehantrieb 57 um eine zum Stiftelement 11 koaxiale Achse Xr (Rotationsachse) gedreht und durch den Stiftantrieb 531 in Richtung des Pfeils PI, d.h. in Richtung der Achse Xr (Auf- und Abwärtsrichtung in 1), linear bewegt. Der Stiftantrieb 531 kann eine Ausgestaltung haben, die eine Druckkraft auf das Stiftelement 11 ausübt, und beispielsweise können ein Mechanismus, der mit Gasdruck, Öldruck arbeitet, und ein Servomotor in geeigneter Weise verwendet werden.
Das Schulterelement 12 ist in Form eines Hohlzylinders ausgebildet und wird von dem Fixierer für das drehbare Werkzeug 521 gehalten. Das Stiftelement 11 wird in den Hohlraum des Schulterelements 12 eingeführt. Mit anderen Worten, das Schulterelement 12 ist so angeordnet, dass es eine äußere Umfangsfläche des Stiftelements 11 umgibt.
Außerdem wird das Schulterelement 12 durch den Drehantrieb 57 um die zum Stiftelement 11 koaxiale Achse Xr gedreht und ist durch den Schulterantrieb 532 in Richtung des Pfeils P2, d.h. in Richtung der Achse Xr, linear beweglich. Der Schulterantrieb 532 kann eine beliebige Ausgestaltung haben, solange wie er das Schulterelement 12 mit Druckkraft beaufschlagt, und beispielsweise können ein Mechanismus, der mit Gasdruck, Öldruck arbeitet, und ein Servomotor in geeigneter Weise verwendet werden.
In dieser Ausführungsform werden das Stiftelement 11 und das Schulterelement 12 von demselben Fixierer für das drehbare Werkzeug 521 gehalten und werden durch den Drehantrieb 57 integral um die Achse Xr gedreht. Außerdem sind das Stiftelement 11 und das Schulterelement 12 durch den Stiftantrieb 531 bzw. den Schulterantrieb 532 in Richtung der Achse Xr linear beweglich.
Es ist zu beachten, dass in Ausführungsform 1 das Stiftelement 11 zwar unabhängig linear beweglich ist und in Verbindung mit der linearen Bewegung des Schulterelements 12 linear beweglich ist, dass aber sowohl das Stiftelement 11 als auch das Schulterelement 12 unabhängig voneinander linear beweglich sein können.
Das Klemmelement 13 ist in Form eines Hohlzylinders ähnlich wie das Schulterelement 12 ausgebildet und wird so bereitgestellt, dass sein axialer Mittelpunkt mit der Achse Xr übereinstimmt. Das Schulterelement 12 wird in den Hohlraum des Klemmelements 13 eingeführt.
Das heißt, das zylinderförmige Schulterelement 12 ist so angeordnet, dass es die äußere Umfangsfläche des Stiftelements 11 umgibt, und das zylinderförmige Klemmelement 13 ist so angeordnet, dass es die äußere Umfangsfläche des Schulterelements 12 umgibt. Mit anderen Worten, das Klemmelement 13, das Schulterelement 12 und das Stiftelement 11 weisen einen koaxialen, teleskopartigen Aufbau auf.
Ferner ist das Klemmelement 13 so konstruiert, dass es von einer Fläche (obere Fläche) auf den zu verbindenden Gegenstand 60 drückt. In der Ausführungsform 1 wird das Klemmelement 13 über den Klemmantrieb 41 vom Klemmfixierer 522 gehalten, wie oben beschrieben. Der Klemmantrieb 41 ist so konstruiert, dass er das Klemmelement 13 zum Gegenelement 56 hin vorspannt. Das Klemmelement 13 (einschließlich des Klemmantriebs 41 und des Klemmfixierers 522) ist durch den Schulterantrieb 532 in Richtung des Pfeils P3 (gleiche Richtung wie Pfeil P1 und Pfeil P2) linear beweglich.
Es ist zu beachten, dass in Ausführungsform 1 der Klemmantrieb 41 zwar aus der Feder besteht, aber nicht auf diese Ausgestaltung beschränkt ist. Der Klemmantrieb 41 kann eine beliebige Ausgestaltung haben, solange wie er das Klemmelement 13 mit Vorspannkraft oder Druckkraft beaufschlagt, und beispielsweise können auch ein Mechanismus, der mit Gasdruck, Öldruck arbeitet, und ein Servomotor in geeigneter Weise verwendet werden.
Das Stiftelement 11, das Schulterelement 12 und das Klemmelement 13 sind jeweils mit einer spitzenseitigen Stirnfläche 11a, einer spitzenseitigen Stirnfläche 12a bzw. einer spitzenseitigen Stirnfläche 13a versehen. Ferner werden das Stiftelement 11, das Schulterelement 12 und das Klemmelement 13 durch den Linearantrieb 53 linear bewegt, so dass die spitzenseitige Stirnfläche 11a, die spitzenseitige Stirnfläche 12a bzw. die spitzenseitige Stirnfläche 13a die obere Fläche des zu verbindenden Gegenstands 60 (einen zu verbindenden Teil des zu verbindenden Gegenstands 60) berühren und gegen den zu verbindenden Gegenstand 60 drücken.
Wie in 2 bis 4 dargestellt, wird in Rührreibpunktschweißvorrichtung 50 gemäß Ausführungsform 1 eine Öllösung 70 an wenigstens einer Umfangsfläche von einer äußeren Umfangsfläche 11c des Stiftelements 11, einer inneren Umfangsfläche 12b des Schulterelements 12, einer äußeren Umfangsfläche 12c des Schulterelements 12 und einer inneren Umfangsfläche 13b des Klemmelements 13 aufgebracht (aufgetragen).
Es ist zu beachten, dass die Öllösung 70 bei der in 2 und 4 dargestellten Rührreibpunktschweißvorrichtung 50 zwar an beiden Umfangsflächen der äußeren Umfangsfläche 11c des Stiftelements 11 und der inneren Umfangsfläche 12b des Schulterelements 12 aufgebracht wird, die Öllösung 70 aber auch an einer beliebigen der Umfangsflächen aufgebracht werden kann. In ähnlicher Weise kann die Öllösung 70 bei der in 3 und 4 dargestellten Rührreibpunktschweißvorrichtung 50 zwar an beiden Umfangsflächen der äußeren Umfangsfläche 12c des Schulterelements 12 und der inneren Umfangsfläche 13b des Klemmelements 13 aufgebracht werden, jedoch kann die Öllösung 70 auch an einer beliebigen der Umfangsflächen aufgebracht werden.
Im Hinblick auf das Aufbringen der Öllösung 70 an der Umfangsfläche des spitzenseitigen Teils des Werkzeugs, wo die Verklumpung des von dem zu verbindenden Gegenstand 60 stammenden Materials leicht geschieht, kann sie an der Umfangsfläche wenigstens eines spitzenseitigen Teils von einem spitzenseitigen Teil 11d des Stiftelements 11, einem spitzenseitigen Teil 12d des Schulterelements 12 und einem spitzenseitigen Teil 13d des Klemmelements 13 aufgebracht werden.
Ferner kann im Hinblick auf das Zuführen der Öllösung 70 an die Umfangsfläche des spitzenseitigen Teils des Werkzeugs diese an der Umfangsfläche wenigstens eines basisseitigen Teils von einem basisseitigen Teil 11e des Stiftelements 11, einem basisseitigen Teil 12e des Schulterelements 12 und einem basisseitigen Teil 13e des Klemmelements 13 aufgebracht werden.
Dabei kann der spitzenseitige Teil des Werkzeugs ein Teil des Werkzeugs von einer spitzenseitigen Stirnfläche bis zu einer 1/2 Länge des Werkzeugs oder weniger in der Richtung der Achse Xr sein. Dabei kann der basisseitige Teil des Werkzeugs ein Teil des Werkzeugs von der basisseitigen Stirnfläche des Werkzeugs bis zu einer 1/2 Länge des Werkzeugs oder weniger in der Richtung der Achse Xr sein.
Ferner kann die Öllösung 70 im Hinblick auf das Verhindern des Verklumpens des von dem zu verbindenden Gegenstand 60 stammenden Materials an der spitzenseitigen Stirnfläche des Werkzeugs auf eine beliebige der spitzenseitigen Stirnfläche 11a des Stiftelements 11, der spitzenseitigen Stirnfläche 12a des Schulterelements 12 und der spitzenseitigen Stirnfläche 13a des Klemmelements 13 aufgebracht werden. Insbesondere kann, da das Verklumpen des von dem zu verbindenden Gegenstand 60 stammenden Materials verhindert werden kann, wenn die Öllösung 70 an der spitzenseitigen Stirnfläche 11a des Stiftelements 11 und der spitzenseitigen Stirnfläche 12a des Schulterelements 12 aufgebracht wird, die Oberfläche des Verbindungsteils geglättet werden.
Es ist zu beachten, dass, wenn die Öllösung 70 an einer beliebigen der spitzenseitigen Stirnfläche 11a des Stiftelements 11, der spitzenseitigen Stirnfläche 12a des Schulterelements 12 und der spitzenseitigen Stirnfläche 13a des Klemmelements 13 aufgebracht wird, die Öllösung 70 möglicherweise nicht an der Umfangsfläche des Werkzeugs aufgebracht werden kann.
Die Öllösung 70 kann aus einer flüssigen oder halbflüssigen (fettigen) Öllösung hergestellt sein. Die Öllösung 70 kann aus einer Öllösung mit hoher Hitzebeständigkeit hergestellt sein. Als Öllösung 70 kann beispielsweise Hightemp Oil G (Markenname), SUMIKO SN-B Grease (Markenname) oder Moly Paste S (Markenname) verwendet werden.
Es ist zu beachten, dass die Öllösung 70 von einem Bediener an der Umfangsfläche des Werkzeugs aufgebracht (aufgetragen) werden kann. Alternativ kann die Öllösung 70 einen Lappen durchtränken oder an einer Bürste anhaften, und der Lappen oder die Bürste kann dann von einem Roboter gehalten werden und der Roboter kann die Öllösung an der (auf die) Umfangsfläche des Werkzeugs aufbringen (auftragen). Alternativ kann die Öllösung 70 an der (auf die) Umfangsfläche des Werkzeugs aufgebracht (aufgetragen) werden, indem eine Bürste, ein Tupfer usw., an der/dem die Öllösung 70 haftet, auf einem Sockel befestigt wird und der Roboter, der die Rührreibpunktschweißvorrichtung 50 hält, bewegt wird.
Alternativ kann die Öllösung 70 vor der Durchführung eines Rührreibpunktschweißvorgangs an der (auf die) Umfangsfläche des Werkzeugs aufgebracht (aufgetragen) werden und/oder nach der Durchführung des Rührreibpunktschweißvorgangs an der (auf die) Umfangsfläche des Werkzeugs aufgebracht (aufgetragen) werden.
In Ausführungsform 1 berührt und hält das Gegenelement 56 eine untere Fläche des plattenförmigen, zu verbindenden Gegenstands 60 mit seiner flachen Oberfläche (Haltefläche 56a). Das Gegenelement 56 ist in der Ausgestaltung nicht speziell beschränkt, solange es in der Lage ist, den zu verbindenden Gegenstand 60 angemessen zu halten, so dass das Rührreibpunktschweißen durchgeführt werden kann. Was das Gegenelement 56 betrifft, so können beispielsweise Gegenelemente 56 mit mehreren Arten von Formen separat vorbereitet werden, und eines der Gegenelemente 56 kann aus dem Gegenhalter 55 entfernt und durch ein anderes Gegenelement 56 entsprechend der Art des zu verbindenden Gegenstands 60 ersetzt werden.
Es ist zu beachten, dass in Ausführungsform 1 die konkreten Ausgestaltungen des Stiftelements 11, des Schulterelements 12, des Werkzeugfixierers 52, des Linearantriebs 53, des Klemmelements 13, des Gegenhalters 55 und des Drehantriebs 57 nicht auf die oben beschriebenen Ausgestaltungen beschränkt sind, sondern solcherlei Ausgestaltungen wie auf dem Gebiet des Rührreibschweißens allgemein bekannt zweckmäßigerweise verwendet werden können. Beispielsweise können der Stiftantrieb 531 und der Schulterantrieb 532 aus einem Motor, einem Getriebe usw. bestehen, die auf dem Gebiet des Rührreibschweißens bekannt sind.
Ferner besteht zwar in Ausführungsform 1 der Klemmantrieb 55 aus dem C-förmigen Bügel, ist aber nicht auf diese Ausgestaltung beschränkt. Der Gegenhalter 55 kann beliebig ausgestaltet sein, solange er in der Lage ist, das Stiftelement 11, das Schulterelement 12 und das Klemmelement 13 linear beweglich zu halten, und in der Lage ist, das Gegenelement 56 in einer Position zu halten, in der es dem Stiftelement 11, dem Schulterelement 12 und dem Klemmelement 13 gegenüberliegt.
Ferner ist die Rührreibpunktschweißvorrichtung 50 gemäß Ausführungsform 1 an einer Robotervorrichtung zum Rührreibpunktschweißen (nicht dargestellt) angeordnet. Im Einzelnen ist der Gegenhalter 55 an der Spitze eines Arms der Robotervorrichtung angebracht. Aus diesem Grund kann der Gegenhalter 55 als Bestandteil der Robotervorrichtung zum Rührreibpunktschweißen angesehen werden. Einschließlich des Gegenhalters 55 und des Arms ist die konkrete Ausgestaltung der Robotervorrichtung zum Rührreibpunktschweißen nicht speziell beschränkt, sondern es können auf dem Gebiet des Rührreibschweißens bekannte Ausgestaltungen, etwa ein Gelenkarmroboter, zweckmäßigerweise eingesetzt werden.
Es ist zu beachten, dass die Rührreibpunktschweißvorrichtung 50 (einschließlich des Gegenhalters 55) nicht auf den Fall beschränkt ist, an der Robotervorrichtung zum Rührreibpunktschweißen zur Anwendung zu kommen, sondern dass sie auch an bekannten Bearbeitungsvorrichtungen, etwa einer NC-Maschine, einem großformatigen C-Rahmen und einer automatischen Nietmaschine, eingesetzt werden kann.
Ferner können in der Rührreibpunktschweißvorrichtung 50 gemäß Ausführungsform 1 zwei oder mehr Roboterpaare konfiguriert werden, so dass ein anderer Teil der Rührreibpunktschweißvorrichtung 50 als das Gegenelement 56 dem Gegenelement 56 gegenüberliegt. Ferner kann in der Rührreibpunktschweißvorrichtung 50, solange diese in der Lage ist, das Rührreibpunktschweißen des zu verbindenden Gegenstands 60 stabil durchzuführen, der zu verbindende Gegenstand 60 per Hand gehalten werden oder kann ein Roboter die Positionierung des zu verbindenden Gegenstands 60 übernehmen.
[Steuerungsausgestaltung der Rührreibpunktschweißvorrichtung]
Als Nächstes wird eine Steuerungsausgestaltung der Rührreibpunktschweißvorrichtung 50 gemäß Ausführungsform 1 konkret unter Bezugnahme auf 5 beschrieben.
5 ist ein Blockdiagramm, das schematisch die Steuerungsausgestaltung der in 1 gezeigten Rührreibpunktschweißvorrichtung darstellt.
Wie in 5 dargestellt, weist die Rührreibpunktschweißvorrichtung 50 eine Steuerung 51, einen Speicher 31, eine Benutzerschnittstelle 32 und einen Positionsdetektor 33 auf.
Die Steuerung 51 steuert jedes Element (jede Vorrichtung) das/die die Rührreibpunktschweißvorrichtung 50 bildet. Im Einzelnen steuert die Steuerung 51 den Stiftantrieb 531 und den Schulterantrieb 532, die den Linearantrieb 53 und den Drehantrieb 57 bilden, durch Lesen und Ausführen einer Software, etwa eines im Speicher gespeicherten Grundprogramms.
Daher kann sie das Umschalten zwischen einer Vorwärtsbewegung und einer Rückwärtsbewegung des Stiftelements 11 und des Schulterelements 12 sowie Positionen des spitzenseitigen Endes, Bewegungsgeschwindigkeiten, Bewegungsrichtungen usw. des Stiftelements 11 und des Schulterelements 12 während der linearen Bewegung (der Vorwärtsbewegung bzw. der Rückwärtsbewegung) steuern. Ferner kann sie eine Schub- oder Druckkraft des Stiftelements 11, des Schulterelements 12 und des Klemmelements 13 regeln, die auf den zu verbindenden Gegenstand 60 drücken. Ferner kann sie die Drehgeschwindigkeit des Stiftelements 11 und des Schulterelements 12 regeln.
Es ist zu beachten, dass die Steuerung 51 aus einer einzigen Steuerung 51 bestehen kann, die eine zentralisierte Steuerung durchführt, oder aus mehreren Steuerungen 51, die gemeinsam eine verteilte Steuerung durchführen, bestehen kann. Die Steuerung 51 kann aus einem Mikrocomputer bestehen oder kann aus einer MPU, einer speicherprogrammierbaren Steuerung (PLC, Programmable Logic Controller), einer logischen Schaltung usw. bestehen.
Im Speicher 31 sind das Grundprogramm und verschiedene Daten gespeichert, die ausgelesen werden können, und er besteht aus einer Speichervorrichtung, etwa einem bekannten Speicher oder einer Festplatte. Der Speicher 31 muss kein Einzelelement sein, sondern kann aus mehreren Speichervorrichtungen bestehen (beispielsweise einem Direktzugriffsspeicher und einem Festplattenlaufwerk). Wenn die Steuerung 51 usw. aus dem Mikrocomputer besteht, kann wenigstens ein Teil des Speichers 31 als interner Speicher des Mikrocomputers ausgebildet sein oder als unabhängiger Speicher ausgebildet sein.
Es ist zu beachten, dass der Speicher 31 Daten speichern kann, die von anderen Vorrichtungen als der Steuerung 51 gelesen oder von der Steuerung 51 usw. geschrieben werden können.
Die Benutzerschnittstelle 32 ermöglicht die Eingabe verschiedener Parameter für die Steuerung des Rührreibpunktschweißens oder anderer Daten in die Steuerung 51 und besteht aus bekannten Eingabevorrichtungen, etwa einer Tastatur, einem Touchpanel, einer Tastenschaltergruppe usw. In Ausführungsform 1 kann wenigstens eine Schweißbedingung des zu verbindenden Gegenstands 60 (beispielsweise Daten wie eine Dicke und ein Material des zu verbindenden Gegenstands 60) über die Benutzerschnittstelle 32 eingegeben werden.
Der Positionsdetektor 33 erfasst Positionsinformationen über den spitzenseitigen Teil des Schulterelements 12 (spitzenseitige Stirnfläche 12a) und gibt die erfassten Positionsinformationen an die Steuerung 51 aus. Als Positionsdetektor 33 können beispielsweise ein LVDT, ein Codierer usw. verwendet werden.
In der Rührreibpunktschweißvorrichtung 50 gemäß Ausführungsform 1, die derart ausgestaltet ist, wird die Öllösung 70 an wenigstens einer Umfangsfläche von der äußeren Umfangsfläche 11c des Stiftelements 11, der inneren Umfangsfläche 12b des Schulterelements 12, der äußeren Umfangsfläche 12c des Schulterelements 12 und der inneren Umfangsfläche 13b des Klemmelements 13 aufgebracht (aufgetragen).
Daher kann, durch die Schmierwirkung der Öllösung 70 und da die Bewegung des Werkzeugs (in der linearen Bewegungsrichtung und/oder in der Drehrichtung) nicht gehemmt wird, vermieden werden, dass das von dem zu verbindenden Gegenstand 60 stammende Material in den Spalt zwischen den Werkzeugen eindringt (anhaftet). Da ferner ein Ölfilm auf der Umfangsfläche des Werkzeugs gebildet wird, kann verhindert werden, dass das von dem zu verbindenden Gegenstand 60 stammende Material in den Spalt zwischen den Werkzeugen eindringt (anhaftet). Ferner kann, da der Ölfilm auf der Umfangsfläche des Werkzeugs gebildet wird, verhindert werden, dass das von dem zu verbindenden Gegenstand 60 stammende Material an der Umfangsfläche des Werkzeugs verklumpt.
Somit kann die Rührreibpunktschweißvorrichtung 50 gemäß Ausführungsform 1 die Anzahl der von der Rührreibpunktschweißvorrichtung 50 kontinuierlich durchgeführten Rührreibpunktschweißvorgänge verglichen mit den herkömmlichen Rührreibpunktschweißvorrichtungen erhöht werden.
(Ausführungsform 2)
Gemäß einer Rührreibpunktschweißvorrichtung gemäß Ausführungsform 2, wird in der Rührreibpunktschweißvorrichtung gemäß Ausführungsform 1 eine Aussparung in wenigstens einer Umfangsfläche von der äußeren Umfangsfläche des Stiftelements, der inneren Umfangsfläche des Schulterelements, der äußeren Umfangsfläche des Schulterelements und der inneren Umfangsfläche des Klemmelements ausgebildet.
Im Folgenden wird ein Beispiel der Rührreibpunktschweißvorrichtung gemäß Ausführungsform 2 unter Bezugnahme auf 6 bis 8 ausführlich beschrieben.
[Ausgestaltung der Rührreibpunktschweißvorrichtung]
6 bis 8 sind schematische Abbildungen, die eine skizzenhafte Ausgestaltung eines wesentlichen Teils der Rührreibpunktschweißvorrichtung gemäß Ausführungsform 2 darstellen.
Wie in 6 bis 8 dargestellt, ist die Rührreibpunktschweißvorrichtung 50 gemäß Ausführungsform 2 in der grundsätzlichen Ausgestaltung zwar identisch mit der Rührreibpunktschweißvorrichtung 50 gemäß Ausführungsform 1, unterscheidet sich jedoch darin, dass die Aussparung in wenigstens einer Umfangsfläche von der äußeren Umfangsfläche 11c des Stiftelements 11, der inneren Umfangsfläche 12b des Schulterelements 12, der äußeren Umfangsfläche 12c des Schulterelements 12 und der inneren Umfangsfläche 13b des Klemmelements 13 ausgebildet wird.
Im Einzelnen ist bei der in 6 und 8 dargestellten Rührreibpunktschweißvorrichtung 50 eine Aussparung 80a in der äußeren Umfangsfläche 11c des Stiftelements 11 und eine Aussparung 80b in der inneren Umfangsfläche 12b des Schulterelements 12 ausgebildet. Ferner ist bei der in 7 und 8 dargestellten Rührreibpunktschweißvorrichtung 50 eine Aussparung 80c in der äußeren Umfangsfläche 12c des Schulterelements 12 und eine Aussparung 80d in der inneren Umfangsfläche 13b des Klemmelements 13 ausgebildet. Es ist zu beachten, dass nachstehend, wenn nicht zwischen den Aussparungen 80a-80d unterschieden wird, jede davon als Aussparung 80 bezeichnet werden kann.
Die Aussparung 80 kann im basisseitigen Teil des Werkzeugs im Sinne einer Zuführung der Öllösung 70 an die Umfangsfläche des spitzenseitigen Teils des Werkzeugs ausgebildet sein. Die Aussparung 80 kann jede beliebige Form haben, solange sie in der Lage ist, die Öllösung 70 aufzunehmen (zu speichern). Beispielsweise kann die Aussparung 80 wie die Aussparung 80a und die Aussparung 80c aus einer Vertiefung oder wie die Aussparung 80b und die Aussparung 80d aus einer Rille bestehen.
Wenn die Aussparung 80 aus einer Rille besteht, kann die Rille so geformt sein, dass sie in der Achse Xr verläuft, oder sie kann so geformt sein, dass sie schräg zur Achse Xr verläuft, oder sie kann bogenförmig (kreisförmig) entlang des Umfangs geformt sein oder sie kann spiralförmig geformt sein.
Es ist zu beachten, dass bei der in 6 und 8 dargestellten Rührreibpunktschweißvorrichtung 50 zwar die Aussparung 80 in beiden Umfangsflächen, der äußeren Umfangsfläche 11c des Stiftelements 11 und der inneren Umfangsfläche 12b des Schulterelements 12, ausgebildet ist, die Aussparung 80 aber auch in einer beliebigen der Umfangsflächen ausgebildet sein kann. In ähnlicher Weise kann die bei der in 7 und 8 dargestellten Rührreibpunktschweißvorrichtung 50 die Aussparung 80 zwar in beiden Umfangsflächen, der äußeren Umfangsfläche 12c des Schulterelements 12 und der inneren Umfangsfläche 13b des Klemmelements 13, ausgebildet sein, jedoch kann die Aussparung 80 auch in einer beliebigen der Umfangsflächen ausgebildet sein. Ferner kann eine einzige Aussparung 80 in einer beliebigen der Umfangsflächen ausgebildet sein oder können mehrere Aussparungen ausgebildet sein.
Die Rührreibpunktschweißvorrichtung 50 gemäß Ausführungsform 2 stellt, wenn sie in dieser Weise ausgestaltet ist, auch eine ähnliche Funktion und Effekte an die Rührreibpunktschweißvorrichtung 50 gemäß Ausführungsform 1 bereit.
Ferner ist bei der Rührreibpunktschweißvorrichtung 50 gemäß Ausführungsform 2 die Aussparung 80 in der Umfangsfläche des Werkzeugs ausgebildet, und die Öllösung 70 ist in der Aussparung 80 vorgehalten. Daher lässt sich, da die Öllösung 70 an die Umfangsfläche des spitzenseitigen Teils des Werkzeugs zugeführt werden kann, die Anzahl der kontinuierlich durchgeführten Rührreibpunktschweißvorgänge weiter erhöhen.
(Ausführungsform 3)
Bei der Rührreibpunktschweißvorrichtung gemäß Ausführungsform 1 oder 2 ist eine Rührreibpunktschweißvorrichtung gemäß Ausführungsform 3 ferner mit einem Zuführungsmechanismus für Öllösung versehen, der die Öllösung an die Umfangsfläche zuführt.
Die Rührreibpunktschweißvorrichtung gemäß Ausführungsform 3 kann ferner mit einer Steuerung versehen sein. Die Steuerung kann die Öllösung an die Umfangsfläche durch den Zuführungsmechanismus für Öllösung zuführen, wenn die Anzahl der Rührreibpunktschweißvorgänge eine vorgegebene erste, vorab festgelegte Anzahl übersteigt.
Im Folgenden wird ein Beispiel der Rührreibpunktschweißvorrichtung gemäß Ausführungsform 3 unter Bezugnahme auf 9 bis 11 ausführlich beschrieben.
[Ausgestaltung der Rührreibpunktschweißvorrichtung]
9 bis 11 sind schematische Abbildungen, die eine skizzenhafte Ausgestaltung eines wesentlichen Teils einer Rührreibpunktschweißvorrichtung gemäß Ausführungsform 3 darstellen.
Wie in 9 bis 11 dargestellt, ist die Rührreibpunktschweißvorrichtung 50 gemäß Ausführungsform 3 in ihrer grundlegenden Ausgestaltung identisch mit der Rührreibpunktschweißvorrichtung 50 gemäß Ausführungsform 1, jedoch unterscheidet sie sich dadurch, dass sie ferner mit dem Zuführungsmechanismus für Öllösung 100 versehen ist.
Der Zuführungsmechanismus für Öllösung 100 kann jede beliebige Ausgestaltung haben, solange er in der Lage ist, die Öllösung 70 an die Rührreibpunktschweißvorrichtung 50 zuzuführen, und kann beispielsweise aus einem Behälter, der die Öllösung 70 speichert, und einer Pumpe (Kolben) bestehen, die die Öllösung 70 im Inneren des Behälters fördert.
Der Zuführungsmechanismus für Öllösung 100 kann aus dem Behälter, in dem die Öllösung 70 gespeichert ist, und dem Roboter bestehen, der die Rührreibpunktschweißvorrichtung 50 in einem Zustand hält, in dem der spitzenseitige Teil des Stiftelements 11 und/oder des Schulterelements 12 weiter vorsteht als der spitzenseitige Teil des Klemmelements 13, und bewirkt, dass der spitzenseitige Teil des Stiftelements 11 und/oder des Schulterelements 12 in den Behälter eintritt. Es ist zu beachten, dass der Roboter das Stiftelement 11 und/oder das Schulterelement 12 von der Rührreibpunktschweißvorrichtung 50 entfernen und das Element halten kann.
Alternativ kann der Zuführungsmechanismus für Öllösung 100 auch aus einer Bürste, einem Tupfer usw. bestehen, an der/dem die Öllösung 70 anhaftet. In diesem Fall kann, wenn der spitzenseitige Teil des Stiftelements 11 und/oder des Schulterelements 12 weiter als der spitzenseitige Teil des Klemmelements 13 vorsteht, der Roboter die Rührreibpunktschweißvorrichtung 50 halten und den spitzenseitigen Teil des Stiftelements 11 und/oder des Schulterelements 12 in Kontakt mit der Bürste usw. bringen, um die Öllösung 70 an die Umfangsfläche des Werkzeugs zuzuführen.
Ferner kann der Zuführungsmechanismus für Öllösung 100 die Öllösung 70 auf die obere Fläche des zu verbindenden Gegenstands 60 (die Fläche, die mit dem Werkzeug in Berührung kommt) aufbringen. In diesem Fall wird, wenn die Rührreibpunktschweißvorrichtung 50 das Rührreibpunktschweißen an einem Teil des zu verbindenden Gegenstands 60 durchführt, an dem die Öllösung 70 aufgebracht ist, die Öllösung 70 an die Umfangsfläche des Werkzeugs zugeführt.
Es ist zu beachten, dass ein Lappen usw. von einem Bediener oder einem Roboter gehalten werden kann und die an der spitzenseitigen Stirnfläche des Werkzeugs anhaftende Öllösung 70 entfernt werden kann.
Bei der in 9 und 11 dargestellten Rührreibpunktschweißvorrichtung 50 ist eine Durchgangsöffnung 90a in der Umfangsfläche des basisseitigen Teils 12e des Schulterelements 12 ausgebildet. Die Durchgangsöffnung 90a ist mit dem Zuführungsmechanismus für Öllösung 100 über einen Kanal 91a verbunden. Daher kann die Öllösung 70 vom Zuführungsmechanismus für Öllösung 100 an die äußere Umfangsfläche 11c des Stiftelements 11 und/oder die innere Umfangsfläche 12b des Schulterelements 12 über die Durchgangsöffnung 90a zugeführt werden.
Es ist zu beachten, dass der Kanal 91a aus geeigneten Rohrleitungen usw. besteht und nicht immer an der Rührreibpunktschweißvorrichtung 50 angeordnet sein muss. Wenn die Öllösung 70 vom Zuführungsmechanismus für Öllösung 100 zugeführt wird, kann der Kanal 91a den Zuführungsmechanismus für Öllösung 100 mit der Durchgangsöffnung 90a verbinden.
Ferner ist bei der in 10 und 11 dargestellten Rührreibpunktschweißvorrichtung 50 eine Durchgangsöffnung 90b in der Umfangsfläche des Klemmelements 13 ausgebildet. Die Durchgangsöffnung 90b ist mit dem Zuführungsmechanismus für Öllösung 100 über einen Kanal 91b verbunden. Daher kann die Öllösung 70 vom Zuführungsmechanismus für Öllösung 100 an die äußere Umfangsfläche 12c des Schulterelements 12 und/oder die innere Umfangsfläche 13b des Klemmelements 13 über die Durchgangsöffnung 90b zugeführt werden.
Es ist zu beachten, dass der Kanal 91b aus geeigneten Rohrleitungen usw. besteht und nicht immer an der Rührreibpunktschweißvorrichtung 50 angeordnet sein muss. Wenn die Öllösung 70 vom Zuführungsmechanismus für Öllösung 100 zugeführt wird, kann der Kanal 91b den Zuführungsmechanismus für Öllösung 100 mit der Durchgangsöffnung 90b verbinden.
In 11 sind die Durchgangsöffnung 90a und die Durchgangsöffnung 90b zwar so angeordnet, dass sie sich bei horizontaler Betrachtung nicht überlappen, doch ist dies nicht auf diese Ausgestaltung beschränkt und sie können auch so angeordnet werden, dass sie sich gegenseitig überlappen.
[Betrieb und Effekte der Rührreibpunktschweißvorrichtung]
Als Nächstes wird der Betrieb der Rührreibpunktschweißvorrichtung 50 gemäß Ausführungsform 3 konkret unter Bezugnahme auf 12 beschrieben. Es ist zu beachten, dass der folgende Vorgang von der Steuerung 51 durchgeführt wird, die das im Speicher 31 gespeicherte Programm liest.
12 ist ein Flussdiagramm, das ein Beispiel für den Betrieb der Rührreibpunktschweißvorrichtung gemäß Ausführungsform 3 zeigt.
Wie in 12 dargestellt, bestimmt die Steuerung 51, ob ein Befehl zur Ausführung des Rührreibpunktschweißvorgangs für den zu verbindenden Gegenstand 60 vom Bediener, der die Benutzeroberfläche 32 bedient, eingegeben wird (Schritt S101).
Bestimmt die Steuerung 51, dass der Befehl zur Ausführung des Rührreibpunktschweißvorgangs nicht eingegeben wird (Nein in Schritt S101), führt sie die Verarbeitung in Schritt S101 erneut aus, beispielsweise nach 50 ms. Bestimmt dagegen die Steuerung 51, dass der Befehl zur Ausführung des Rührreibpunktschweißvorgangs eingegeben wird (Ja in Schritt S101), führt sie die Verarbeitung in Schritt S102 aus.
In Schritt S102 veranlasst die Steuerung 51 Rührreibpunktschweißvorrichtung 50, den Rührreibpunktschweißvorgang für den zu verbindenden Gegenstand 60 durchzuführen. Es ist zu beachten, dass, da der Rührreibpunktschweißvorgang durch die Rührreibpunktschweißvorrichtung 50 ähnlich wie in bekannten Rührreibpunktschweißvorgängen durchgeführt wird, auf eine ausführliche Erläuterung verzichtet wird.
Als nächstes speichert die Steuerung 51 eine Anzahl N von Rührreibpunktschweißvorgängen im Speicher 31 (Schritt S103). Im Einzelnen erfasst die Steuerung 51 beispielsweise eine im Speicher 31 gespeicherte Anzahl von N_k. Anschließend addiert die Steuerung 51 jedes Mal, wenn sie den Rührreibpunktschweißvorgang einmal durchführt (Verbinden eines einzelnen zu verbindenden Teils), die Anzahl für ein Mal zur Anzahl N_k und speichert sie im Speicher 31 als Anzahl N_k+1.
Als Nächstes bestimmt die Steuerung 51, ob die in Schritt S03 gespeicherte Anzahl N über der zuvor festgelegten ersten Anzahl liegt (Schritt S104). Hier kann die erste Anzahl vorab per Experiment usw. festgelegt werden. Beispielsweise kann im Hinblick auf die Aufrechterhaltung des Zustands, in dem der Ölfilm auf der Umfangsfläche des Werkzeugs gebildet wird, die erste Anzahl 100 Mal, 150 Mal oder 200 Mal sein, wenn die flüssige Öllösung 70 verwendet wird. Ferner kann beispielsweise im Hinblick auf die Aufrechterhaltung des Zustands, in dem der Ölfilm auf der Umfangsfläche des Werkzeugs gebildet wird, die erste Anzahl 1.000 Mal, 1.500 Mal oder 2.000 Mal sein, wenn die halbflüssige Öllösung 70 verwendet wird.
Wenn die Steuerung 51 bestimmt, dass die in Schritt S103 gespeicherte Anzahl N unter der ersten Anzahl liegt (Nein in Schritt S104), beendet sie das Programm und führt die Verarbeitung in Schritt S101 erneut aus, beispielsweise nach 50 ms. Bestimmt die Steuerung 51 dagegen, dass die in Schritt S103 gespeicherte Anzahl N über der ersten Anzahl liegt (Ja in Schritt S104), führt sie die Verarbeitung in Schritt S105 aus.
In Schritt S105 führt die Steuerung 51 die Öllösung 70 vom Zuführungsmechanismus für Öllösung 100 an die Rührreibpunktschweißvorrichtung 50 zu. Anschließend setzt die Steuerung 51 die im Speicher 31 gespeicherte Anzahl N_k+1 zurück (setzt die Anzahl N_k+1 auf 0; Schritt S106) und beendet dieses Programm.
Die Rührreibpunktschweißvorrichtung 50 gemäß der anfänglichen Ausführungsform 3 stellt, wenn sie in dieser Weise ausgestaltet ist, auch eine ähnliche Funktion und Effekte an die Rührreibpunktschweißvorrichtung 50 gemäß Ausführungsform 1 bereit.
Es ist zu beachten, dass bei der Rührreibpunktschweißvorrichtung 50 gemäß Ausführungsform 3 zwar die Steuerung 51 die Öllösung 70 vom Zuführungsmechanismus für Öllösung 100 an die Rührreibpunktschweißvorrichtung 50 zuführt, wenn die erste Anzahl überschritten wird, die Rührreibpunktschweißvorrichtung 50 jedoch nicht auf diese Ausgestaltung beschränkt ist.
Beispielsweise kann, nachdem die Wartung der Rührreibpunktschweißvorrichtung 50 durchgeführt wurde, die Steuerung 51 die Öllösung 70 vom Zuführungsmechanismus für Öllösung 100 an die Rührreibpunktschweißvorrichtung 50 zuführen. Alternativ kann die Steuerung 51 die Öllösung 70 vom Zuführungsmechanismus für Öllösung 100 an die Rührreibpunktschweißvorrichtung 50 zuführen, bevor die Rührreibpunktschweißvorrichtung 50 den Rührreibpunktschweißvorgang durchführt (nachdem in Schritt S101 bestimmt wurde, dass der Befehl zur Ausführung des Rührreibpunktschweißvorgangs eingegeben wurde).
Ferner wird zwar bei der Rührreibpunktschweißvorrichtung 50 gemäß Ausführungsform 3 die Ausgestaltung der Rührreibpunktschweißvorrichtung 50 gemäß Ausführungsform 1 übernommen, jedoch kann auch die Rührreibpunktschweißvorrichtung 50 gemäß Ausführungsform 2 übernommen werden.
[Prüfbeispiele]
Als Nächstes werden Prüfbeispiele der Rührreibpunktschweißvorrichtung 50 gemäß Ausführungsform 1 beschrieben.
(Prüfbeispiel 1)
In Prüfbeispiel 1 wurde der zu verbindende Gegenstand 60 kontinuierlich unter Verwendung Rührreibpunktschweißvorrichtung 50 (siehe 2) verbunden, wobei die Öllösung 70 an der äußeren Umfangsfläche 11c des Stiftelements 11 und der inneren Umfangsfläche 12b des Schulterelements 12 aufgebracht wurde.
Es ist zu beachten, dass als Öllösung 70 die Moly Paste S (Markenname) verwendet wurde und vor dem kontinuierlichen Verbinden des zu verbindenden Gegenstands 60 die Öllösung 70 auf die äußere Umfangsfläche 11c des Stiftelements 11 und die innere Umfangsfläche 12b des Schulterelements 12 aufgetragen wurde. Ferner kann im Folgenden die Anzahl der Verbindungen des zu verbindenden Gegenstands 60 als „Anzahl der Schweißpunkte“ bezeichnet werden.
(Prüfbeispiel 2)
In Prüfbeispiel 2 wurde, ähnlich Prüfbeispiel 1, der zu verbindende Gegenstand 60 kontinuierlich unter Verwendung der Rührreibpunktschweißvorrichtung 50 (siehe 2) verbunden, wobei die Öllösung 70 an der äußeren Umfangsfläche 11c des Stiftelements 11 und der inneren Umfangsfläche 12b des Schulterelements 12 aufgebracht wurde. SUMIKO Hightemp Oil G (Markenname) wurde als Öllösung 70 verwendet, und die Öllösung 70 wurde für alle 112 Schweißpunkte zugeführt. Ein Bediener führte die Zuführung der Öllösung 70 durch, indem er einen Tupfer, an dem die Öllösung 70 anhaftete, in Kontakt mit der inneren Umfangsfläche 12b des Schulterelements 12 brachte.
(Vergleichsbeispiel)
In einem Vergleichsbeispiel wurde der zu verbindende Gegenstand 60 kontinuierlich unter Verwendung der herkömmlichen Rührreibpunktschweißvorrichtung verbunden, wobei die Öllösung 70 nicht auf das Werkzeug aufgebracht wurde.
(Prüfergebnisse)
Platten aus einer Aluminiumlegierung (A6061) mit einer Dicke von 1,0 mm wurden als erstes Element 61 und zweites Element 62 verwendet, die den zu verbindenden Gegenstand 60 bilden. Das Rührreibpunktschweißen wurde von den Rührreibpunktschweißvorrichtungen 50 des Prüfbeispiels 1, des Prüfbeispiels 2 und des Vergleichsbeispiels kontinuierlich durchgeführt, und ein Stromwert des Motors, der den Stiftantrieb darstellt, wurde erfasst.
13 ist eine Kurve, die die Änderung des Stromwertes des Motors, der den Stiftantrieb darstellt, über die Anzahl der Schweißpunkte zeigt. In 13 gibt die horizontale Achse die Anzahl der Schweißpunkte an, d. h. wie oft die Rührreibpunktschweißvorrichtung 50 den zu verbindenden Teil des zu verbindenden Gegenstands 60 verbunden hat. Darüber hinaus zeigt die vertikale Achse in 13 den maximalen Stromwert des Motors an, wenn das Spitzenende des Stiftteils 11 in Bezug auf das Spitzenende des Schulterelements 12 an jedem Schweißpunkt zurückgezogen wird (im Folgenden als „maximaler Stromwert der Stiftachse“ bezeichnet).
Ferner zeigt die Raute (gestrichelte Linie) in 13 den maximalen Stromwert der Stiftachse an jedem Schweißpunkt beim kontinuierlichen Verbinden unter Verwendung der Rührreibpunktschweißvorrichtung 50 des Vergleichsbeispiels. Das Dreieck (Ein-Punkt-Kettenlinie) gibt den maximalen Stromwert der Stiftachse an jedem Schweißpunkt an, wenn zum kontinuierlichen Verbinden die Rührreibpunktschweißvorrichtung 50 des Prüfungsbeispiels 1 verwendet wird, und das Quadrat (durchgezogene Linie) gibt den maximalen Stromwert der Stiftachse an jedem Schweißpunkt an, wenn das kontinuierliche Verbinden mithilfe der Rührreibpunktschweißvorrichtung 50 des Prüfungsbeispiels 2 erfolgt.
Wie in 13 dargestellt, wurde beim kontinuierlichen Verbinden mithilfe der Rührreibpunktschweißvorrichtung 50 des Vergleichsbeispiels festgestellt, dass der maximale Stromwert der Stiftachse schnell ansteigt. Dies ist darauf zurückzuführen, dass bedingt durch das Verklumpen des von dem zu verbindenden Gegenstand 60 stammenden Materials an der äußeren Umfangsfläche 11c des Stiftelements 11 und/oder der inneren Umfangsfläche 12b des Schulterelements 12 das Drehmoment für die lineare Bewegung des Stiftelements 11 erhöht wird und damit der Wert des Stroms, der durch den Stiftantrieb 531 fließt, steigt.
Dagegen wurde beim kontinuierlichen Verbinden unter Verwendung der Rührreibpunktschweißvorrichtung 50 von Prüfbeispiel 1 festgestellt, dass der maximale Stromwert der Stiftachse selbst bei Überschreiten von 2.000 Schweißpunkten einen niedrigen Stromwert (etwa 3 A) beibehalten kann. Ferner wurde beim kontinuierlichen Verbinden unter Verwendung der Rührreibpunktschweißvorrichtung 50 von Prüfbeispiel 2 festgestellt, dass der maximale Stromwert der Stiftachse selbst bei Überschreiten von 8.000 Schweißpunkten den niedrigen Stromwert (etwa 3 A) beibehalten kann.
Es wurde somit festgestellt, dass, wenn die Öllösung 70 an der äußeren Umfangsfläche 11c des Stiftelements 11 und der inneren Umfangsfläche 12b des Schulterelements 12 aufgebracht wird, das Verklumpen des von dem zu verbindenden Gegenstand 60 stammenden Materials an den Umfangsflächen verhindert wird (nicht abgebildet) und dadurch die Anzahl der kontinuierlich durchgeführten Rührreibpunktschweißvorgänge im Vergleich zu den herkömmlichen Rührreibpunktschweißvorrichtungen erhöht werden kann.
Aus dem Ergebnis von Prüfbeispiel 2 geht außerdem hervor, dass die Anzahl der kontinuierlich durchgeführten Rührreibpunktschweißvorgänge weiter erhöht werden kann, indem die Öllösung 70 bei jeder gegebenen Anzahl von Schweißpunkten (erste Anzahl) an die Umfangsfläche des Werkzeugs zugeführt wird. Daher wurde nahegelegt, dass durch die Beibehaltung des Zustands, in dem die Öllösung 70 an der Umfangsfläche des Werkzeugs aufgebracht wird, die Anzahl der kontinuierlich durchgeführten Rührreibpunktschweißvorgänge weiter erhöht werden kann.
Ferner lag der maximale Stromwert der Stiftachse in Prüfbeispiel 2 bis zum Überschreiten von 2.000 Schweißpunkten bei etwa 0,1 A bis 0,3 A, während er nach dem Überschreiten von 2.000 Schweißpunkten rasch auf 0,6 A bis 1 A anstieg. Daher sind die Erfinder der Ansicht, dass der rasche Anstieg des maximalen Stromwerts der Stiftachse verhindert werden kann, indem das Werkzeug gereinigt wird (Entfernung des am Werkzeug anhaftenden Materials), wenn 2.000 Schweißpunkte überschritten werden.
Es liegt für den Fachmann auf diesem Gebiet der Technik auf der Hand, dass zahlreiche Verbesserungen oder andere Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung anhand der obigen Beschreibung möglich sind. Daher ist die obige Beschreibung lediglich als Veranschaulichung zu verstehen und dient dazu, dem Fachmann die beste Art und Weise zur Umsetzung der vorliegenden Offenbarung zu vermitteln. Einzelheiten des Aufbaus und/oder der Funktion können wesentlich verändert werden, ohne von der vorliegenden Offenbarung abzuweichen. Verschiedene Erfindungen können durch geeignete Kombination mehrerer der in den obigen Ausführungsformen offenbarten Komponenten gebildet werden.
GEWERBLICHE ANWENDBARKEIT
Die Rührreibpunktschweißvorrichtung und das Verfahren zum Betreiben der doppelt wirkenden Rührreibpunktschweißvorrichtung der vorliegenden Offenbarung sind vorteilhaft, da sie das Verklumpen des von dem zu verbindenden Gegenstand stammenden Materials an der Umfangsfläche des Werkzeugs im Vergleich zu herkömmlichen Rührreibpunktschweißvorrichtungen verhindern können.
Bezugszeichenliste

11: Stiftelement
11a: spitzenseitige Stirnfläche
11c: äußere Umfangsfläche
11d: spitzenseitiger Teil
11e: basisseitiger Teil
12: Schulterelement
12a: spitzenseitige Stirnfläche
12b: innere Umfangsfläche
12c: äußere Umfangsfläche
12d: spitzenseitiger Teil
12e: basisseitiger Teil
13: Klemmelement
13a: spitzenseitige Stirnfläche
13b: innere Umfangsfläche
13d: spitzenseitiger Teil
13e: basisseitiger Teil
31: Speicher
32: Benutzerschnittstelle
33: Positionsdetektor
41: Klemmantrieb
50: Rührreibpunktschweißvorrichtung
51: Steuerung
52: Werkzeugfixierer
53: Linearantrieb
55: Halter
56: Gegenelement
56a: Haltefläche
57: Drehantrieb
60: zu verbindender Gegenstand
61: erstes Element
62: zweites Element
70: Öllösung
80: Aussparung
80a: Aussparung
80b: Aussparung
80c: Aussparung
80d: Aussparung
90a: Durchgangsöffnung
90b: Durchgangsöffnung
91a: Kanal
91b: Kanal
100: Zuführungsmechanismus für Öllösung
521: Fixierer für drehbares Werkzeug
522: Klemmfixierer
531: Stiftantrieb
532: Schulterantrieb
P1: Pfeil
P2: Pfeil
P3: Pfeil
Xr: Achse

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

JP 2007029979 A [0004]

Claims

Doppelt wirkende Rührreibpunktschweißvorrichtung, umfassend: ein Stiftelement, das in zylindrischer Form ausgebildet ist; ein Schulterelement, das in Form eines Hohlzylinders ausgebildet ist und in das das Stiftelement eingeführt wird; ein Klemmelement, das in Form eines Hohlzylinders ausgebildet ist und in das das Schulterelement eingeführt wird; einen Drehantrieb, der das Stiftelement und das Schulterelement um eine zum Stiftelement koaxiale Achse dreht; und einen Linearantrieb, der sowohl das Stiftelement als auch das Schulterelement entlang der Achse hin- und herbewegt, wobei eine Öllösung an wenigstens einer Umfangsfläche von einer äußeren Umfangsfläche des Stiftelements, einer inneren Umfangsfläche des Schulterelements, einer äußeren Umfangsfläche des Schulterelements und einer inneren Umfangsfläche des Klemmelements aufgebracht wird.
Doppelt wirkende Rührreibpunktschweißvorrichtung nach Anspruch 1, wobei eine Aussparung in wenigstens einer Umfangsfläche von der äußeren Umfangsfläche des Stiftelements, der inneren Umfangsfläche des Schulterelements, der äußeren Umfangsfläche des Schulterelements und der inneren Umfangsfläche des Klemmelements ausgebildet ist.
Doppelt wirkende Rührreibpunktschweißvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Öllösung flüssig oder halbflüssig ist.
Doppelt wirkende Rührreibpunktschweißvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, ferner einen Zuführungsmechanismus für Öllösung umfassend, der Öllösung an die Umfangsfläche zuführt.
Doppelt wirkende Rührreibpunktschweißvorrichtung nach Anspruch 4, ferner eine Steuerung umfassend, wobei die Steuerung die Öllösung an die Umfangsfläche durch den Zuführungsmechanismus für Öllösung zuführt, wenn die Anzahl der Rührreibpunktschweißvorgänge eine vorgegebene erste, vorab festgelegte Anzahl übersteigt.
Verfahren zum Betreiben einer doppelt wirkenden Rührreibpunktschweißvorrichtung, wobei die doppelt wirkende Rührreibpunktschweißvorrichtung Folgendes umfasst: ein Stiftelement, das in zylindrischer Form ausgebildet ist; ein Schulterelement, das in Form eines Hohlzylinders ausgebildet ist und in das das Stiftelement eingeführt wird; ein Klemmelement, das in Form eines Hohlzylinders ausgebildet ist und in das das Schulterelement eingeführt wird; einen Drehantrieb, der das Stiftelement und das Schulterelement um eine zum Stiftelement koaxiale Achse dreht; und einen Linearantrieb, der sowohl das Stiftelement als auch das Schulterelement entlang der Achse hin- und herbewegt, wobei das Verfahren Folgendes umfasst: (A) Zuführen einer Öllösung an wenigstens eine Umfangsfläche von einer äußeren Umfangsfläche des Stiftelements, einer inneren Umfangsfläche des Schulterelements, einer äußeren Umfangsfläche des Schulterelements und einer inneren Umfangsfläche des Klemmelements.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei die doppelt wirkende Rührreibpunktschweißvorrichtung ferner mit einem Zuführungsmechanismus für Öllösung versehen ist und wobei (A) beinhaltet, die Öllösung an die Umfangsfläche über den Zuführungsmechanismus für Öllösung zuzuführen.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei (A) beinhaltet, die Öllösung an die Umfangsfläche durch den Zuführungsmechanismus für Öllösung zuzuführen, wenn die Anzahl der Rührreibpunktschweißvorgänge eine vorgegebene erste, vorab festgelegte Anzahl übersteigt.
Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, wobei (A) beinhaltet, die Öllösung an die Umfangsfläche durch den Zuführungsmechanismus für Öllösung zuzuführen, bevor ein Rührreibpunktschweißvorgang durchgeführt wird und/oder nachdem der Rührreibpunktschweißvorgang durchgeführt worden ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 9, wobei eine Aussparung in wenigstens einer Umfangsfläche von der äußeren Umfangsfläche des Stiftelements, der inneren Umfangsfläche des Schulterelements, der äußeren Umfangsfläche des Schulterelements und der inneren Umfangsfläche des Klemmelements ausgebildet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 10, wobei die Öllösung flüssig oder halbflüssig ist.