DE69603785T2 - Greifer eines Heftschweissbrenners und Verfahren zum Verbinden eines streifenförmigen Werkstückes mit einer Bauelement - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft einen Greifer für einen Heftschweißbrenner gemäß dem Gattungsbegriff des Anspruchs 1 und ein Verfahren zum Verbinden eines vorzugsweise streifenförmigen Werkstücks mit einem Bauteil.
• Das Schweißen hat sich im Maschinenbau zu einem Herstellungsverfahren mit breiten Anwendungen entwickelt, das insbesondere in dem Fall der Leichtbaukonstruktion übernommen wird. Schweißen schafft auch eine ausgezeichnete Gelegenheit, um die Zusammenbaukosten von Bauteilen zu vermindern. In der Herstellung von Motorfahrzeugen ist das Schweißen insbesondere das Hauptverfahren für den Zusammenbau der Karosserie. Werkstücke, die als Befestigungs- und/oder Halteelemente dienen, werden an die Fahrzeugkarosserie geschweißt.
• Es ist bekannt, daß z. B. massive Bolzen an der Fahrzeugkarosse durch Schweißen positioniert werden. Der Schweißprozeß als solcher ist im wesentlichen automatisiert. Das Positionieren der Werkstücke insbesondere im Bereich der Fahrzeugkarosserie findet ebenfalls im wesentlichen automatisch statt. Vorrichtungen, die ein Schweißeinrichtung und ein Versorgungsteil für Werkstücke kombinieren, sind auch bekannt.
• Für das Heftschweißen von Werkstücken, insbesondere von streifenförmigen Werkstücken, werden Schweißpistolen mit Greifern, von denen ein Beispiel in US-A-4 771 160 gezeigt ist, bereitgestellt. Die Greifer sind in Form von Zungen konstruiert. Folglich haben diese Greifer mehrere mechanisch bewegbare Teile. Die Schweißspritzer, die die Funktionsfähigkeit der mechanisch bewegten Teile des Greifers beeinträchtigen, können während des Schweißvorgangs gebildet werden. Zusätzlich zu solchen Schweißspritzern werden die mechanisch bewegbaren Teil kontaminiert, so daß die mechanisch bewegbaren Teile einem wachsenden Verschleiß im Laufe der Zeit unterworfen sind. Es kann auch passieren, daß die Haltekräfte des Greifers nicht länger ausreichen, wenn der zungenförmige Greifer unzugänglich wird. Es wurde auch herausgefunden, daß eine Kontamination auf der Oberfläche des Greifers nachteilig die Zuverlässigkeit der Stromversorgung aufgrund der Schweißspritzer beeinflußt, und daß deshalb nicht immer das gewünschte Schweißresultat erreicht wird. Folglich müssen die Schweißungen unter bestimmten Umständen nachbearbeitet werden.
• Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Greifer zu entwickeln, der eine verminderte Anzahl von bewegbaren Teilen aufweist. Der Greifer soll auch in seiner Konstruktion fast selbstreinigend sein. Eine weitere Aufgabe ist es, ein Verfahren bereitzustellen, mittels dem ein streifenförmiges Werkstück zuverlässig und wirtschaftlich mit einem Bauteil verbunden werden kann. Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, ein Werkstück in der Weise zu konstruieren, daß es zuverlässig gegriffen und exakt durch einen Greifer positioniert werden kann.
• Die vorliegende Erfindung schafft einen Greifer für einen Heftschweißbrenner, wobei der Greifer die Form eines U mit zwei Armen, die über eine Basis verbunden sind, aufweist und dadurch gekennzeichnet ist, daß die Arme steif an der Basis befestigt sind und mindestens ein freier Arm des Greifers ausreichend elastisch ist, um für Kraft und Deformation des Armes zu sorgen, die notwendig ist, ein Werkstück zu greifen und zwischen den Armen zu halten.
• Mit dieser Konstruktion des Greifers gemäß der Erfindung wird die Route im Stand der Technik verlassen. Im Gegensatz zu dem bekannten Greifer weist der Greifer gemäß der Erfindung mindestens einen elastischen freien Arm auf, anstelle von mechanisch bewegbaren Teilen. Mit dieser Konstruktion des Greifers wird eine Reibverbindung zwischen dem Greifer und dem Bauteil, das zwischen den Armen eingeklemmt ist, erzeugt. Der Abstand zwischen den Armen ist so dimensioniert, daß die Arme automatisch während des Greifens des Werkstücks gespreizt werden.
• Während des Greifvorgangs reiben die Oberflächen der Arme gegen die Oberflächen des Werkstückes, so daß die Oberflächen der Arme, die auch als Kontaktflächen für den Schweißstrom, der einzubringen ist, dienen, gereinigt werden. Der Reinigungsvorgang wird wiederholt, wenn der Greifer von dem Werkstück entfernt wird, so daß zwei Reinigungsvorgänge unweigerlich während eines Schweißvorgangs stattfinden.
• Jeder Arm ist vorzugsweise abnehmbar mit der Basis verbunden. Die Arme können deshalb leicht ausgetauscht werden. Ein weiterer Vorteil dieser Konstruktion ist es, daß der Abstand zwischen den Armen durch Abstandsteile vergrößert werden kann, die zwischen der Basis und dem Arm angeordnet werden. Der Greifer kann deshalb leicht an Werkstücke unterschiedlicher Dicken angepaßt werden.
• In einer bevorzugten Ausführungsform wird mindestens ein Arm mit mindestens einer Bohrung benachbart zu seinem freien Ende konstruiert. Wenn mehrere Bohrungen bereitgestellt werden, werden sie in einer Reihe, die sich quer zu der Länge der Arme erstreckt, ausgerichtet. Die Konstruktion des Greifers hat den Vorteil, daß ein Werkstück mit Einrastnasen ausgestattet sein kann, die mindestens teilweise mit einer Bohrung in dem Arm in Eingriff stehen. Dieses ermöglicht einerseits eine zuverlässige Übertragung des Schweißstromes und andererseits eine exakte Positionierung des Werkstückes in dem Greifer.
• Da die Arme mit Bohrungen ausgestattet sind, können sie nicht durch Kontaminationen oder dergleichen verstopft werden.
• Mindestens ein Arm des Greifers hat an seinem freien Ende einen Abschnitt, der um sich selbst herum gebogen ist, wobei der Abschnitt zwischen den Armen angeordnet ist. Wenn Bohrungen in dem Arm bereitgestellt werden, werden sie in dem umgebogenen Abschnitt gebildet. Der umgebogene Abschnitt hat den Vorteil der Vereinfachung der Einführung eines Werkstücks in den Abstand zwischen den Armen oder den Abschnitten. Der umgebogene Abschnitt erhöht auch die Federwirkung des Armes.
• Der Schweißstrom wird durch die Arme übertragen. Der elektrische Widerstand der Arme sollte deshalb so niedrig wie möglich sein. Bronze ist ein geeignetes Material zum Bilden der Arme und/oder der Basis. Die Federstärke oder Federrate des Materials, aus dem die Arme bestehen, kann manchmal zu schwach sein, um eine angemessene Haltekraft zu erzeugen. Es wird deshalb vorgeschlagen, daß mindestens ein Arm gegenüber einer zusätzlichen Federkraft spreizbar ist. Mindestens ein Federelement, das auf dem einen Arm angeordnet ist, wird für diesen Zweck bereitgestellt. Dieses Federelement kann eine Feder sein, die einer Biegespannung unterworfen ist, wobei das Federelement an seinem einen Ende in einem Bereich des Armes befestigt ist, in dem der Arm mindestens teilweise die Basis überlappt. Ein Federelement, das eine Blattfeder darstellt, wird bevorzugt. Die Blattfeder kann auch aus Federstahl bestehen. Um die Federkraft, die auf den entsprechenden Arm durch das Federelement ausgeübt wird, zu erhöhen, wird vorgeschlagen, daß das Federelement in einer Weise konstruiert ist, daß es in einem Bogen auf den Arm zu mindestens an seinem freien Ende gekrümmt ist.
• Der Schweißstrom wird vorzugsweise in das Werkstück über die Basis und die Arme eingeführt. Zu diesem Zweck ist die Basis aus einem kubischen Träger, der eine Verbindung mit dem Schweißkopf der Heftschweißpistole an einer ihrer Endflächen aufweist. Die Arme und fakultativ das Federelement oder die Federelemente sind vorzugsweise an den kubischen Träger geschraubt.
• Um die Arme auf dem Träger zu zentrieren, weist jeder Arm eine Aussparung auf, in die eine entsprechende Basis, die auf dem Träger gebildet ist, eingreift. Das Zentrieren der Arme ist insbesondere wichtig, wenn jeder Arm im Bereich benachbart zu seinem freien Ende mindestens eine Bohrung aufweist, die mit Einrastnasen, die auf dem Werkstück gebildet sind, zusammenwirkt.
• Um die Herstellkosten des Greifers gemäß der Erfindung zu minimieren, wird vorgeschlagen, daß die Arme des Greifers identisch konstruiert sind. Die Lagerung von Reservearmen wird deshalb minimiert. Die Blattfedern können Standardfedern sein.
• Die thermische Spannung auf den Greifer während des Schweißprozesses kann beträchtlich sein. Wenn der Greifer in einem Handhabungsteil verwendet wird, ist das Zeitintervall zwischen zwei Schweißvorgängen manchmal zu klein, um eine angemessene Kühlung des Greifers zu ermöglichen. Es wird deshalb vorgeschlagen, daß der Greifer so konstruiert wird, um die größtmögliche Wärmeabfuhr zu ermöglichen und deshalb ein Kühlen des Greifers vorzusehen. Es wird zu diesem Zweck vorgeschlagen, daß die Basis und/oder die Arme mit mindestens einer Kühlrippe ausgestattet sind. Wenn die Konvektionskühlung des Greifers nicht ausreichend oder schnell genug ist, kann die Basis mit mindestens einem Kühlkanal konstruiert sein, der mit einem Kühlmittelsystem verbunden ist, anstelle oder zusätzlich zu den Kühlrippen. Die Basis kann mehrere Kühlkanäle für diesen Zweck aufweisen. Für ein Kühlmittel, das durch die Kühlkanäle transportiert wird, wird eine Ausführungsform bevorzugt, bei der das Kühlmittel zirkuliert wird. Dieses verhindert einen Verlust an Kühlmittel. Um einen Kreislauf zu erzeugen, wird deshalb vorgeschlagen, daß der Kanal oder die Kanäle in der Basis so gebildet sind, daß sie mit dem Kühlmittelversorgungssystem über eine Versorgungsleitung und eine Abflußleitung verbunden sind. Die Kühlmittel können Schutzgas, Wasser und/oder Luft sein. Es ist insbesondere vorteilhaft, Schutzgas als ein Kühlmittel zu verwenden, da es während des Kühlprozesses sowieso erforderlich ist.
• Der Greifer für eine Heftschweißpistole gemäß der Erfindung wird vorzugsweise für Werkstücke verwendet, die mindestens ein zugreifendes Flächenpaar aufweisen, die durch den Greifer greifbar sind. Mindestens eine der zugreifenden Flächen ist mit zumindest einer Einrastnase konstruiert, die mindestens teilweise in eine Bohrung eines Armes eingreift. Dieses ergibt ein zuverlässiges Halten des Werkstücks und einen sehr guten elektrischen Kontakt zwischen dem Werkstück und dem Greifer. Die Einrastnasen werden vorzugsweise durch Einprägen gebildet. Die Höhe der Einrastnasen ist vorzugsweise zwischen 0,3 und 0,5 mm. Die Höhe ist geeignet, um einen sicheren Halt in den Bohrungen sicherzustellen. Die Nasen sind jedoch nicht so markant geprägt, daß sie noch nach dem Anstreichen des Werkstücks sichtbar sind.
• Gemäß einer weiteren Idee der Erfindung wird ein Verfahren zum Verbinden eines streifenförmigen Werkstücks vorgeschlagen, bei dem vorzugsweise ein Werkstück, das Einrastnasen auf den zugreifenden Flächen umfaßt, in die ein Greifer einer Heftschweißpistole gemäß einer Ausführungsform der Erfindung auf einem Abschnitt eines Metallbandes eingreift und es reibschlüssig hält. Eine Trenneinrichtung trennt einen Streifen von vorbestimmter Länge von dem Band. Der Streifen bildet ein Werkstück. Das Werkstück, das durch den Greifer gehalten wird, wird anfänglich auf dem Bauteil positioniert und dann darauf geschweißt. Nach Beendigung des Schweißprozesses wird der Greifer von dem Werkstück entfernt. Der Greifer kann einen anderen Abschnitt des Metallbandes erfassen. Der Vorgang wird wiederholt. Auf diese Weise ist das Verfahren automatisiert. Darüber benötigt der Greifer, der auf der Heftschweißpistole gebildet ist, keine weiteren Zufuhreinrichtungen.
• Eine Ausführungsform des Greifers gemäß der Erfindung wird nun mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben, in denen:
• Fig. 1 eine perspektivische schematische Ansicht einer bevorzugten Ausführungsform eines Greifers ist;
• Fig. 2 eine Ansicht eines Arms eines Greifers der Fig. 1 ist;
• Fig. 3 eine perspektivische Ansicht eines Werkstückes; und
• Fig. 4 eine Frontansicht des Werkstücks gemäß der Fig. 3 ist.
• Fig. 1 zeigt eine Ausführungsform eines Greifers 1, der U-förmig konstruiert ist. Der Greifer umfaßt eine Basis 4, an der zwei Arme, 2, 3 angebracht sind. Die Basis 4 wird durch einen kubischen Träger 13 gebildet. Bohrungen (nicht gezeigt), durch die Schrauben 23 sich erstrecken, sind in dem Träger 13 gebildet. Die Schrauben 23 werden auf die Muttern 30 geschraubt.
• Eine Aufnahmebohrung 24 ist auf dem Träger 13 gebildet und dient dazu, den Greifer 1 mit dem Schweißkopf des Heftschweißbrenners und mit dem Schweißstromnetzgerät zu verbinden. Der Träger 13 weist Kühlkanäle 31 auf, durch welche ein Kühlmittel, wie Wasser fließen kann. Verbindungsleitungen, die ein Kühlmittelversorgungssystem mit den Kühlkanälen 31 verbinden, sind nicht gezeigt. Der Träger 13 und/oder die Arme 2, 3 können mit Kühlrippen zusätzlich zu oder anstelle von Kühlkanälen 31 ausgestattet sein. Der Ausdruck "Kühlrippen" schließt auch ebene Rippen und stabförmige Rippen ein. Wenn ebene Rippen auf den Armen 2 und 3 gebildet werden, werden sie sich vorzugsweise quer zu der Länge der Arme 2, 3 erstrecken, um zu verhindern, daß die Elastizität der Arme 2 und 3 durch die ebenen Rippen verschlechtert wird.
• Jeder Arm 2, 3 ist elastisch konstruiert. Die Arme 2, 3 sind in der Konstruktion identisch. Jeder Arm 2, 3 weist Bohrungen 5, 6, 7 in einem Bereich 12 benachbart zu seinem freien Ende auf. Die Bohrungen 5, 6, 7 sind quer zu der Länge der Arme 2, 3 ausgerichtet. Der Arm 2, 3 hat auf seinem freien Ende einen Abschnitt 8 oder 9, der umgebogen ist. Der Abschnitt 8 oder 9 ist zwischen den Armen angeordnet. Wie in der Fig. 2 gezeigt, sind die Bohrungen 5, 6 und 7 in dem gebogenen Abschnitt 8 oder 9 gebildet.
• Die zwei Arme 2, 3 können gegen eine zusätzliche Federkraft in jedem Fall gespreizt werden. Ein Federelement 10 oder 11 ist auf dem Arm 2 oder 3 angeordnet. Das Federelement 10, 11 ist eine Feder, die einer Biegespannung unterworfen ist. Das Federelement 10, 11 ist auf einem Ende im Bereich, in dem der Arm 2, 3 die Schraubenverbindung 23 hat, befestigt.
• Das Federelement 10 oder 11 weist drei elastische Zungen 25, 26 und 27 auf, die in einem Abstand voneinander gebildet sind. Jede Federzunge 25, 26 und 27 ist in der Form eines Bogens zu dem Arm 2 oder 3 in seinem vorderen Bereich hin gebogen.
• Jeder Arm 2 oder 3 weist eine Aussparung 14, 15 auf, in die ein entsprechender Vorsprung 16 oder 17, der auf dem Träger 13 gebildet ist, in Eingriff steht. Um den Arm 2 oder 3 auf dem Träger 13 zu befestigen, weist der Arm 2 oder 3 Öffnungen 28 oder 29 auf, durch welche eine Schraube 23 eindringt. Entsprechende Öffnungen (nicht gezeigt) werden auf den jeweiligen Federelementen 10 oder 11 gebildet.
• Fig. 3 zeigt ein Werkstück 20. Das Werkstück 20 ist ein streifenförmiges Teil. Das Werkstück 20 weist ein Paar Greifflächen 21, 22 auf, die von dem Greifer 1 gegriffen werden können. Die Einrastnasen 18 sind auf der Greiffläche 21 gebildet. Eine Einrastnase 19 ist auf der Greiffläche 22 gebildet. Die Nasen 18, 19 liegen auf einer imaginären geraden Verbindungslinie. Die Konstruktion der Nasen 18 und 19 erzeugt einen Dreipunktekontakt, der eine definierte Anordnung des Werkstücks 13 in dem Greifer vorsieht. Die Einrastnasen 18 oder 19 sind in einer Weise angeordnet, daß die Eingreifnasen mit den Bohrungen 5, 6, 7 der Arme 2 oder 3 in Eingriff stehen.

Claims (20)

1. Greifer (1) für einen Heftschweißbrenner, dessen Greifer (1) die Form eines U mit zwei Armen (2, 3), die über eine Basis (4) verbunden sind, aufweist dadurch gekennzeichnet, daß die Arme (2, 3) steif an der Basis (4) befestigt sind und mindestens ein freier Arm (2, 3) des Greifers (1) ausreichend elastisch ist, um die Kraft und eine Deformation des Armes bereitzustellen, die notwendig ist, ein Werkstück zu greifen und zwischen den Armen (2, 3) zu halten.

2. Greifer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Arm (2, 3) abnehmbar mit der Basis (4) verbunden ist.

3. Greifer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Arm (2, 3) mindestens eine Bohrung (5, 6, 7) in einem Bereich (12) benachbart zu seinem freien Ende aufweist.

4. Greifer nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Mehrzahl von Bohrungen (5, 6, 7) so angeordnet sind, daß sie quer zu der Länge des Armes (2, 3) ausgerichtet sind.

5. Greifer nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Arm (2, 3) an seinem freien Ende einen Abschnitt (8, 9) aufweist, der um sich selbst gebogen ist, wobei der Abschnitt (8, 9) zwischen den Armen (2, 3) und den Bohrungen (5, 6, 7), welche wahlweise in dem Abschnitt (8, 9) gebildet sind, angeordnet sind.

6. Greifer nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Arm (2, 3) gegen eine zusätzliche Federkraft gespreizt werden kann.

7. Greifer nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Federelement (10, 11) an mindestens einem Arm (2, 3) angeordnet ist.

8. Greifer nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Federelement (10, 11) eine Feder ist, die einem Biegen ausgesetzt ist, wobei das Federelement (10, 11) an einer der Seiten in einem Bereich des Armes (2, 3) gesichert ist, indem der Arm (2, 3) mindestens teilweise die Basis (4) überlappt.

9. Greifer nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Federelement (10, 11) eine Blattfeder ist.

10. Greifer nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Federelement (10, 11) in Form eines Bogens zu dem Arm (2, 3) hin mindestens an seinem freien Ende gekrümmt ist.

11. Greifer nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Basis (4) die Form eines kubischen Trägers (13) aufweist.

12. Greifer nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Arme (2, 3) und wahlweise das Federelement oder die Federelemente (10, 11) an den Träger (13) angeschraubt sind.

13. Greifer nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Arm (2, 3) eine Aussparung (14, 15) aufweist, in die ein entsprechender Vorsprung (16, 17), der auf dem Träger (13) gebildet ist, eingreift.

14. Greifer nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Basis (4), insbesondere der Träger (13) und/oder die Arme (2/3) aus Bronze bestehen.

15. Greifer nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Arme (2, 3) in ihrer Gestalt identisch sind.

16. Greifer nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Basis (4) und/oder die Arme (2, 3) mindestens eine Kühlrippe aufweisen.

17. Greifer nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Basis (4) mindestens einen Kühlkanal (31), der mit einem Kühlmittel- Versorgungssystem verbunden ist, aufweist.

18. Greifer nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß der Kanal oder die Kanäle (31) mit dem Kühlmittel-Versorgungssystem über eine Versorgungsleitung und eine Abflußleitung verbunden sind.

19. Greifer nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, daß das Kühlmittel ein Schutzgas, Wasser und/oder Luft ist.

20. Verfahren zum Verbinden eines streifenförmigen Werkstücks mit einer Komponente, bei dem ein Greifer (1) nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 19 einen Abschnitt eines metallischen Bandes greift und reibungsmäßig sichert, eine Trenneinrichtung einen Streifen von vorbestimmter Länge von einem Band (Werkstück) liefert, der Greifer (1) zunächst das Werkstück (20) auf der Komponente positioniert und dann es daran schweißt und der Greifer (1) dann von dem Werkstück (20) entfernt wird.