DE20105489U1 - Stud welding head with linear drive - Google Patents
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Description
Ein Bolzenschweißkopf gemäß dem Oberbegriff des Schutzanspruchs 1 ist aus DE 200 03 132 Ul bekannt. Dort wird ein servo-elektrischer Linearantrieb mit einem elektromagnetischen Wegmeßsystem zur Steuerung der Hub- und Senkbewegung eines Bolzens während des Schweißvorgangs vorgeschlagen. Dabei ist der Linearantrieb gemeinsam mit weiteren Elementen zur Stromzuführung und Wegmessung koaxial mit einem Schweißkolben in einem Gehäuse untergebracht.A stud welding head according to the preamble of claim 1 is known from DE 200 03 132 Ul. There, a servo-electric linear drive with an electromagnetic position measuring system is proposed for controlling the lifting and lowering movement of a stud during the welding process. The linear drive is housed together with other elements for power supply and position measurement coaxially with a welding piston in a housing.
Automatisierte Bolzenschweißungen sollen auch an schwer zugänglichen Stellen und komplexen Bauteilen vorgenommen werden. Dazu sind kompakte, wartungsfreundliche Schweißköpfe erforderlich. Bei herkömmlichen Schweißköpfen ist der Einsatzbereich durch die aus der koaxialen Anordnung von Linearantrieb und Schweißkolben resultierende Baulänge auf gut zugängliche Stellen beschränkt. Die Wartung ist zudem wegen der integrierten Bauweise aufwendig und kompliziert.Automated stud welding should also be carried out in hard-to-reach places and on complex components. This requires compact, maintenance-friendly welding heads. With conventional welding heads, the area of application is limited to easily accessible places due to the length resulting from the coaxial arrangement of the linear drive and welding piston. Maintenance is also complex and time-consuming due to the integrated design.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Nachteile, wie sie bei vergleichbaren Schweißköpfen nach dem Stand der Technik auftreten, mindestens teilweise zu beseitigen. Eine speziellere Aufgabe kann darin gesehen werden, einen besonders kompakten, wartungsfreundlichen Schweißkopf bereitzustellen, der auch an schwer zugänglichen Stellen automatisierte Bolzenschweißungen mit konstant hoher Qualität gestattet.The invention is based on the object of at least partially eliminating disadvantages that occur with comparable welding heads according to the state of the art. A more specific object can be seen in providing a particularly compact, maintenance-friendly welding head that allows automated stud welding with consistently high quality even in hard-to-reach places.
Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe ist in Anspruch 1 angegeben. Durch die parallele Anordnung der Antriebsachse des Linearantriebs und der Hauptachse des Schweißkolbens ist eine besonders kurze Bauweise möglich. Die räumliche Trennung von Antrieb und Schweißkolben erleichtert dabei zusätzlich die Wartung.The solution to this problem according to the invention is specified in claim 1. The parallel arrangement of the drive axis of the linear drive and the main axis of the welding piston enables a particularly short design. The spatial separation of the drive and welding piston also facilitates maintenance.
Ferner wird es durch die Nebeneinander-Anordnung von Linearantrieb und Schweißbolzen möglich, ein externes Wegmeßsystem vorzusehen, ohne dadurch die Gesamtbaulänge des Schweißkopfes zu erhöhen. Ein externes Wegmeßsystem kann größer und genauer sein als üblicherweise vorhandene interne Wegmeßsysteme und ist zur Justierung leichter zugänglich. Furthermore, the side-by-side arrangement of the linear drive and welding stud makes it possible to provide an external position measuring system without increasing the overall length of the welding head. An external position measuring system can be larger and more precise than the internal position measuring systems usually available and is easier to access for adjustment.
Die Gestaltung der Erfindung nach Anspruch 2 ist vom Standpunkt kurzer Baulänge günstig. Der Weiterbildung nach Anspruch 3 gestattet eine einfache Entnahme des Schweißkolbens für Wartungszwecke und erhöht die Vielseitigkeit des Schweißkopfes.The design of the invention according to claim 2 is favorable from the standpoint of short overall length. The development according to claim 3 allows easy removal of the welding piston for maintenance purposes and increases the versatility of the welding head.
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Nach Anspruch 4 und 5 kann ein anwendungsspezifisch optimiertes Wegmeßsystem verwendet werden, das beispielsweise besonders schmutzresistent, temperaturbeständig und/oder unempfindlich gegen elektromagnetische Felder ist.According to claims 4 and 5, an application-specific optimized position measuring system can be used which is, for example, particularly dirt-resistant, temperature-resistant and/or insensitive to electromagnetic fields.
Die Ansprüche 6 und 7 betreffen einen besonders geeigneten Antrieb, der durch die genaue Weg- und Geschwindigkeitssteuerung das wiederholgenaue Verschweißen auch dünner Schweißbolzen erlaubt.Claims 6 and 7 relate to a particularly suitable drive which, due to the precise path and speed control, allows the repeatable welding of even thin welding studs.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert, die einen Längsschnitt durch einen erfindungsgemäßen Schweißkopf mit Linearantrieb, Linearführung und Schweißkolben zeigt.The invention is explained in more detail below with reference to the drawing, which shows a longitudinal section through a welding head according to the invention with linear drive, linear guide and welding piston.
Gemäß der Zeichnung umfaßt der Schweißkopf 1 einen servo-elektrischen Linearantrieb 2, der aus einem Gehäuse 3, einem zylindrischen Läufer 4a und einem Stator 4b besteht, wobei sich der Läufer 4a entlang einer Antriebsachse 5 in dem Stator 4b bewegen kann.According to the drawing, the welding head 1 comprises a servo-electric linear drive 2, which consists of a housing 3, a cylindrical rotor 4a and a stator 4b, wherein the rotor 4a can move along a drive axis 5 in the stator 4b.
Bei 6 ist ein bei Linearantrieben übliches internes Wegmeßsystem zur Erfassung der Relativbewegung zwischen Läufer 4a und Stator 4b gezeigt. Derartige Wegmeßsystem haben eine Auflösung, die eine Positioniergenauigkeit von ±0,1 mm gestattet.6 shows an internal position measuring system, which is common in linear drives, for detecting the relative movement between the rotor 4a and the stator 4b. Such position measuring systems have a resolution that allows a positioning accuracy of ±0.1 mm.
Für Anwendungen, die eine höhere Genauigkeit erfordern, ist bei dem hier beschriebenen Schweißkopf 1 am unteren Ende des Läufers 4a ein externes Wegmeßsystem 7 angeordnet, das die Relativbewegung zwischen Läufer 4a und Gehäuse 3 erfaßt und mit einer Auflösung im &mgr;&idiagr;&eegr;-Bereich arbeitet. Geeignet ist ein elektromagnetisches, opto-elektronisches oder induktives Wegmeßsystem. Ein solches genaueres und höher auflösendes Wegmeßsystem erhöht zwar die Länge des Linearantriebs, wegen der Parallelanordnung von Linearantrieb und Schweißkolben jedoch nicht die Gesamtlänge des Schweißkopfes.For applications that require greater precision, an external position measuring system 7 is arranged at the lower end of the slider 4a in the welding head 1 described here, which detects the relative movement between the slider 4a and the housing 3 and operates with a resolution in the μηη range. An electromagnetic, opto-electronic or inductive position measuring system is suitable. Such a more precise and higher-resolution position measuring system does increase the length of the linear drive, but does not increase the overall length of the welding head due to the parallel arrangement of the linear drive and the welding piston.
Am unteren Ende des Läufers 4a ist ein Mitnehmer 8 befestigt, an den das untere Ende eines Führungsschlittens 9 ankoppelbar ist. Der Führungsschlitten 9 ist über eine Linearführung 10 am Gehäuse 3 gelagert und so angeordnet, daß er sich in Axialrichtung mit dem Läufer 4a des Linearantriebs 2 überlappt. Die Linearführung 10 ist so justiert, daß ihre Bewegungsrichtung genau parallel zur Antriebsachse 5 verläuft.A driver 8 is attached to the lower end of the runner 4a, to which the lower end of a guide carriage 9 can be coupled. The guide carriage 9 is mounted on the housing 3 via a linear guide 10 and is arranged such that it overlaps with the runner 4a of the linear drive 2 in the axial direction. The linear guide 10 is adjusted such that its direction of movement runs exactly parallel to the drive axis 5.
Am Führungsschlitten 9 ist ein Schweißkolben 11 befestigt, dessen Hauptachse 12 parallel zur Antriebsachse 5 verläuft. Am unteren Ende des Schweißkolbens 11 ist ein Bolzen 13 dargestellt, der sich in einem Bolzen-A welding piston 11 is attached to the guide carriage 9, the main axis 12 of which runs parallel to the drive axis 5. At the lower end of the welding piston 11, a bolt 13 is shown, which is located in a bolt
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halter 16 in Abstand über einer Werkstückoberfläche 14 befindet. An dem Schweißkolben 11 ist eine Zuführeinrichtung 15 angebracht, die automatisch Bolzen 13 in den Bolzenhalter 16 zustellt.holder 16 is located at a distance above a workpiece surface 14. A feeding device 15 is attached to the welding piston 11, which automatically feeds studs 13 into the stud holder 16.
Der Linearantrieb 2, das Wegmeßsystem 7 und der Schweißkolben 11 sind über (nicht dargestellte) Steuer- und Stromleitungen mit einer (nicht dargestellten) Steuerung und Stromversorgung verbunden.The linear drive 2, the position measuring system 7 and the welding piston 11 are connected to a control and power supply (not shown) via control and power lines (not shown).
Der gesamte Schweißkopf 1 kann beispielsweise an einem (nicht dargestellten) Roboterarm oder einer anderen geeigneten Handhabungseinrichtung angebracht sein.The entire welding head 1 can, for example, be attached to a robot arm (not shown) or another suitable handling device.
Für eine Schweißung führt der Roboterarm den Schweißkopf 1 an die gewünschte Schweißposition und setzt den im Bolzenhalter 16 sitzenden Bolzen 13 bei stromlosem Linearantrieb 2 auf die Werkstückoberfläche 14 auf. In dieser Position wird mittels des Wegmeßsystems 7 ein Nullabgleich der Läuferposition durchgeführt. Über den Schweißkolben 11 und den BoI-zenhalter 16 wird dem Bolzen 13 ein Vorstrom zugeführt, und der Linearantrieb 2 hebt den Bolzen 13 über den Mitnehmer 8, die Linearführung 10, den Führungsschlitten 9 und den Schweißkolben 11 vom Werkstück ab.For welding, the robot arm guides the welding head 1 to the desired welding position and places the bolt 13, which is seated in the bolt holder 16, onto the workpiece surface 14 when the linear drive 2 is de-energized. In this position, the position of the runner is zeroed using the position measuring system 7. A pre-current is supplied to the bolt 13 via the welding piston 11 and the bolt holder 16, and the linear drive 2 lifts the bolt 13 off the workpiece via the driver 8, the linear guide 10, the guide carriage 9 and the welding piston 11.
Sodann wird dem Bolzen 13 der Hauptstrom zugeführt, wobei der zwischen Bolzen 13 und Werkstückoberfläche 14 entstehende Lichtbogen die gegenüberliegenden Flächen des Bolzens 13 und der Werkstückoberfläche 14 anschmelzt. Entsprechend einem programmierbaren Weg/Geschwindigkeits-Profil taucht der Linearantrieb 2 den Bolzen 13 nach einer bestimmten Zeitspanne in die entstandene Schmelze, woraufhin der Schweißstrom abgeschaltet wird. Nach Erkalten der Schmelze ist der Bolzen 13 mit der Werkstückoberfläche 14 verschweißt.The main current is then fed to the bolt 13, whereby the arc that is created between the bolt 13 and the workpiece surface 14 melts the opposing surfaces of the bolt 13 and the workpiece surface 14. According to a programmable path/speed profile, the linear drive 2 dips the bolt 13 into the resulting melt after a certain period of time, whereupon the welding current is switched off. After the melt has cooled, the bolt 13 is welded to the workpiece surface 14.
Für die Senkbewegung des Bolzens 13 in die Schmelze ist ein Weg/ Geschwindigkeitsprofil vorteilhaft, bei dem die Geschwindigkeit stetig abnimmt, der Bolzen 13 mit sehr niedriger Geschwindigkeit in die Schmelze eintaucht und die Bolzenbewegung gestoppt wird, bevor der Bolzen 13 auf dem Grund der Schmelze auftrifft. Auf diese Weise steht im Idealfall das gesamte Materialvolumen der Schmelze für die Schweißverbindung zur Verfügung. Schweißspritzer werden weitgehend vermieden und die Qualität der Schweißverbindung wird verbessert.For the lowering movement of the bolt 13 into the melt, a path/speed profile is advantageous in which the speed decreases steadily, the bolt 13 dips into the melt at a very low speed and the bolt movement is stopped before the bolt 13 hits the bottom of the melt. In this way, ideally, the entire volume of material in the melt is available for the weld joint. Weld spatter is largely avoided and the quality of the weld joint is improved.
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Für eine nachfolgende Schweißung führt die Zuführeinrichtung 15 dem Bolzenhalter 16 einen neuen Bolzen 13 zu, und der Schweißroboter bringt den Schweißkopf 1 an die nächste Schweißposition.For a subsequent welding, the feeding device 15 feeds a new stud 13 to the stud holder 16 and the welding robot moves the welding head 1 to the next welding position.
Zum Verschweißen von Bolzen 13 an einer Werkstückoberfläche 14 mittels Lichtbogen dient ein kompakter, wartungsfreundlicher Schweißkopf 1, bei dem die Hub- und Senkbewegung eines Schweißkolbens 11 über einen Linearantrieb 2 gesteuert wird, wobei die Antriebsachse 5 des Linearantriebs 2 und die Hauptachse 12 des Schweißkolbens 11 parallel verlaufen. Der Schweißkolben 11 ist über eine Linearführung 10 und einen Mitnehmer 8 an den Linearantrieb 2 gekoppelt.A compact, maintenance-friendly welding head 1 is used to weld bolts 13 to a workpiece surface 14 using an arc, in which the lifting and lowering movement of a welding piston 11 is controlled via a linear drive 2, wherein the drive axis 5 of the linear drive 2 and the main axis 12 of the welding piston 11 run parallel. The welding piston 11 is coupled to the linear drive 2 via a linear guide 10 and a driver 8.
BezugszeichenlisteList of reference symbols
Claims (7)
Priority Applications (1)
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Family Applications (1)
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Country Status (1)
| Country | Link |
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Legal Events
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| R071 | Expiry of right |