Sequentielles Parallelschweißen mit computergesteuerten

Schalteinrichtungen

B e s c h r e i b u n g

Die Erfindung betrifft eine Schweißvorrichtung zum punktförmigen Verschweißen von mehreren, aufeinander gelegenen Blechabschnitten mit einem elektrischen Strom.

Solche Schweißvorrichtungen sind als Schweißzangen im Stand der Technik bekannt, die am äußersten Ende eines Schweißroboterarms befestigt sind. Die Schweißzange weist einen ersten Backen und einen zweiten Backen auf, die durch den Roboter betätigt werden können. Zum Punktschweißen wird ein Blechpaket zwischen den ersten Backen und den zweiten Backen geklemmt und danach wird ein hoher Schweißstrom durch den ersten Backen und den zweiten Backen geschickt. Der Schweißstrom erwärmt das Blechpaket im Bereich zwischen dem ersten Backen und dem zweiten Backen, das Blechmaterial wird flüssig und verbindet sich zu einem Schweißpunkt. Nachdem der Schweißroboter einen Schweißpunkt fertig gestellt hat, werden der erste und der zweite Backen geöffnet und der Schweißroboter bewegt diese zum nächsten Schweißpunkt wo wie oben stehend vorgegangen wird.

Die JP 3-230871 zeigt eine Kapazitäts-Punktschweißmaschine, die drei Schweißelektroden aufweist. Eine Wechselspannungsquelle ist über eine Vielzahl von Steuerungs- und Schalteinrichtungen,

drei Kondensatoren und drei Transformatoren mit den drei Elektroden verbindbar.

Die JP 3060875 zeigt eine Punktschweißvorrichtung mit zwei Schweißzangen, die über einen Pneumatikzylinder betätigbar sind. Die zwei Schweißzangen sind jeweils über parallel geschaltete Transformatoren mit einer gemeinsamen Spannungsquelle verbunden.

Die DE 674 769 und die DE 765 468 zeigen große und unhandliche Schweißvorrichtungen, die bei der Anwendung im Kfz-Bau nicht zu befriedigenden Schweißungen führen.

Bei den im Stand der Technik bekannten Vorrichtungen ist von Nachteil, dass Schweißungen sehr zeitaufw ndig sind. Bei den in der JP 3060875 und in der JP 3-230871 bekannten Vorrichtungen ist zudem von Nachteil, dass diese einen komplizierten Aufbau haben und dabei nicht zuverlässige Schweißergebnisse liefern.

Die Erfindung geht somit von der Aufgabe aus, ein Schweißsystem bereitzustellen, das einfach aufgebaut ist und mit dem sich schnelle und zuverlässige Schweißungen durchführen lassen.

Diese Aufgabe wird nach der Erfindung durch den Gegenstand der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den jeweiligen abhängigen Ansprüchen.

Die Erfindung beinhaltet insoweit eine Schweißvorrichtung zum punktförmigen Verschweißen von mehreren Blechabschnitten der über eine Spannungsquelle mit Strom gespeist wird und die ausgestattet ist mit zwei oder mehreren Schweißzangen, die jeweils eine erste Elektrode oder eine zweite Elektrode aufweisen, wobei die erste Elektrode mit einem ersten Pol der Spannungs-

quelle verbunden ist und die zweite Elektrode mit einem zweiten Pol der Spannungsquelle verbunden ist und zum Verbinden der ersten Elektrode mit dem ersten Pol eine Schalteinrichtung vorgesehen ist, welche mit einem zentralen Steuergerät verbunden ist, welches die Schalteinrichtung selektiv betätigt, wobei die Schalteinrichtung das Steuergerät so betätigt, dass genau eine Schalteinrichtung die ihr zugeordnete erste Elektrode mit der Spannungsquelle verbindet, während die andere Schalteinrichtung bzw. die anderen Schalteinrichtungen die ihr jeweils zugeordne- ten ersten Elektroden nicht mit der Spannungsquelle verbindet bzw. verbinden. Dabei sind mit dem erfindungsgemäßen Steuergerät mit Vorteil die Leerzeiten zwischen den Schweißungen, die Dauer von Schweißungen und/oder die Schweißspannungen bzw. Schweißströme selbst variierbar.

Nach einem weiteren der Erfindung zugrunde liegenden Gedanken wird eine einzige Spannungsquelle bzw. Stromquelle für mehrere Schweißzangen bzw. Schweißelektroden benutzt, wobei die Stromverteilung auf die verschiedenen Elektroden durch Schalter erfolgt, die durch einen zentralen Computer gesteuert werden. Dies erfolgt so, dass im Wesentlichen immer nur ein Elektrodenpaar mit Strom versorgt wird. Dabei wird als Stromquelle ein handelsübliches Elektroschweißgerät verwendet.

In einer sehr einfachen Ausführungsform sind zwei oder mehrere Schweißzangen vorgesehen, die jeweils eine erste Elektrode und eine zweite Elektrode aufweisen. Dabei ist der Ausdruck „Schweiß- zange ^w hier eher allgemein aufzufassen, denn die erste Elektrode und die zweite Elektrode müssen nicht zangenartig gegeneinander verschwenkbar sein. Vielmehr ist es auch möglich, diese jeweils linear gegeneinander zu fahren, wenn ein zwischen die Elektroden gebrachtes Blechpaket verschweißt werden soll.

Die erste Elektrode ist dabei mit einem ersten Fol der Spannungsquelle verbindbar und die zweite Elektrode ist mit dem zweiten Pol der Spannungsquelle verbindbar. Die Erfindung zeichnet sich insofern durch Einfachheit aus, als die erste Elektrode und die zweite Elektrode aller Schweißzangen jeweils mit derselben

Spannungsquelle verbindbar sind. Dabei ist die Erfindung jedoch nicht auf das Vorsehen einer einzigen Spannungsquelle für die gesamte Schweißvorrichtung beschrankt. Es ist auch möglich, mehrere Spannungsquellen vorzusehen, sofern wenigstens die Elektroden von zwei Schweißzangen gemäß dem Grundgedanken der Erfindung an einer einzigen Spannungsquelle betrieben werden.

In einem sehr einfachen Ausfuhrungsbeispiel ist dabei jeweils die erste Elektrode mit dem ersten Pol verbindbar, und zwar über eine Schalteinrichtung. Dabei können die Schalteinrichtungen für die Verbindung der ersten Elektroden mit dem ersten Pol der Spannungsquelle auch zusammengefasst sein, wie es bei einem mechanischen Schalter der Fall ist. Dieser weist dann einen Mittenkontakt auf, der selektiv über eine Bewegung mit den Anschlusskontakten für die ersten Elektroden in Verbindung gebracht werden kann. Die erfindungsgemaße Schalteinrichtung wird in diesem Fall jeweils durch den Anschlusskontakt für die ersten Elektroden gebildet. Die zweiten Elektroden können alle parallel mit dem zweiten Pol der Spannungsquelle verbunden sein. In einer besonders vorteilhaften Ausfuhrungsform ist für diese jeweils auch eine Schalteinrichtung vorgesehen, so dass selektiv je eine erste Elektrode und eine zweite Elektrode einer Schweißzange mit den Polen der gemeinsamen Spannungsquelle verbunden werden können.

Die Schalteinrichtungen sind mit einem zentralen Steuergerat verbunden, das die Schalteinrichtungen selektiv betätigt. Dabei betätigt das Steuergerat die Schalteinrichtungen so, dass genau

ichtung die ihr zugeordnete erste Elektrode mit der Spannungsquelle verbindet, während die anderen Schalteinrichtungen die ihr jeweils zugeordnete erste Elektrode nicht mit der Spannungsquelle verbinden bzw. diese ausdrücklich vom Strom- fluss ausschließen.

Die Erfindung stellt besonders zuverlässige Schweißverbindungen bereit, denn durch die Erfindung wird vermieden, dass Neben- schweißströme entstehen. Hierunter wird ein Schweißstrom ver- standen, der von einer Elektrode einer ersten Schweißzange zu einer Elektrode einer zweiten Schweißzange fließt, ohne dass dies gewünscht ist. Solche Nebenschweißströme vermindern die an der Punktschweißstelle erzeugte elektrische Leistung, was für das Zustandekommen von unzuverlässigen Schweißpunkten ursächlich gesehen wird. Besonders bei der selektiven Ansteuerung sowohl der ersten Elektroden als auch der zweiten Elektroden der erfindungsgemäß beschalteten Schweißzangen wird dies besonders gut vermieden. Aber auch schon dann, wenn jeweils nur eine der ersten Elektroden zu einer Zeit mit einem Schweißstrom beaufschlagt wird, ergibt sich ein gutes Schweißergebnis. Anders als in dem Fall, in dem mehrere erste Elektroden gleichzeitig mit Schweißstrom versorgt werden, sind bei dem erfindungsgemäßen Vorgehen keine Nebenschweißströme mehr festzustellen. Dies wird darauf zurückgeführt, dass es sehr schwierig ist, mehrere parallel geschaltete erste Elektroden gleichzeitig und immer auf demselben Spannungsniveau zu halten. Gelingt dies nicht, dann sind durch die unvorhersagbaren geringen Potentialunterschiede im Inneren des Blechpakets Nebenschweißströme nur schwer zu vermeiden .

Die Schalteinrichtung kann dabei als elektrisch oder mechanisch betätigbarer Schalter ausgebildet sein. Neben einem sehr einfach mechanisch betätigten Schalter, der die als Anschlusskontakte

ausgebildeten Schaiteinricntungen tur die erste Elektrode bzw. für die zweite Elektrode einer jeden Schweißzange vorsieht, können auch Relais oder Thyristoren vorgesehen sein. Das Steuergerat wird vorteilhafterweise als Computer oder als Mikro- Controller ausgebildet, mit dem besonders flexible Anpassungen an vorgegebene Montagesituationen möglich sind.

Die Erfindung betrifft auch einen Schweißroboter mit einer solchen Schweißvorrichtung, die an dessen Arm bzw. an dessen Fingerspitze vorgesehen ist. Mit einem solchen Schweißroboter kann eine erfindungsgemaße Schweißvorrichtung besonders einfach an einen dafür vorgesehenen Ort bewegt werden, wobei die Lage und insbesondere die Position und Orientierung der einzelnen Punktschweißstellen durch übliche Programmierung des Schweißroboters erfolgen kann. Wenn ein Schweißroboter auf diese Weise z.B. mit vier Schweißzangen ausgerüstet wird, dann ergibt sich ein erheblicher Geschwindigkeitsvorteil gegenüber den bisher bekannten Schweißrobotern. Der Schweißroboter braucht dann nicht jede der vier Punktschweißstellen einzeln anfahren, sondern es genügt, den Arm des Schweißroboters für alle vier Schweißpunkte einmal zu positionieren und danach mit der Erfindung nacheinander die Elektroden seiner Schweißzangen mit Schweißstrom zu versorgen.

In einer besonders vorteilhaften Ausfuhrungsform sind so viele Elektrodenpaare auf einem Trager oder Gestell montiert, wie zum Verschweißen eines Abschnitts einer Fahrzeugbodenbaugruppe oder der ganzen Fahrzeugbodenbaugruppe notwendig sind. Nachdem das Gestell an der Fahrzeugbodenbaugruppe positioniert ist, werden die Elektroden nach der oben beschriebenen Vorgehensweise zusammengebracht und die Schweißungen werden nacheinander ohne Zeitverlust durch Positionieren einzelner Schweißzangen durchgeführt.

Die Erfindung ist in der Zeichnung anhand eines Ausführungsbeispiels veranschaulicht.

Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung einer erfin- dungsgemäßen Schweißvorrichtung mit drei Schweißzangen,

Figur 2 veranschaulicht den Stromfluss durch eine Schweißzange gemäß Figur 1 zu einem ersten Schweißzeitpunkt,

Figur 3 veranschaulicht den Schweißstrom durch weitere

Schweißzange aus Figur 1 zu einem zweiten Schweißzeitpunkt,

Figur 4 veranschaulicht den Schweißstrom durch eine weitere Schweißzange aus Figur 1 zu einem dritten Schweißzeitpunkt,

Figur 5 zeigt Schalteinrichtungen einer weiteren erfindungsgemäßen Schweißvorrichtung und

Figur 6 zeigt den zeitlichen Verlauf der Schweißungen gemäß Figur 2 bis 4.

Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Schweißvorrichtung 1.

Die Schweißvorrichtung 1 weist eine Gleichstromspannungsquelle 2 mit einem ersten Pol 3 und mit einem zweiten Pol 4 auf. Weiterhin sind insgesamt drei Schalteinrichtungen 5 vorgesehen, die über eine erste Zuleitung 6 parallel mit dem ersten Pol 3 verbunden sind. Außerdem ist noch eine erste Schweißzange 7, eine zweite

Schweißzange 8 und eine dritte Schweißzange 9 vorgesehen, die jeweils eine erste Elektrode 10 und eine zweite Elektrode 11 aufweisen. Jede erste Elektrode 10 ist über ein kurzes Leitungsstück 12 mit jeweils der ihr zugeordneten Schalteinrichtung 5 verbunden. Die zweiten Elektroden 11 sind über eine zweite Zuleitung 13 mit dem zweiten Pol 4 verbunden. Dabei sind die zweiten Elektroden 11 jeweils parallel geschaltet.

Ein Computersystem 14 ist über Steuerleitungen 15 jeweils so mit den Schalteinrichtungen 5 verbunden, dass diese selektiv betätigt werden können. Dabei wird bei einer selektiven Betätigung eine Verbindung zwischen der ersten Zuleitung 6 und dem jeweiligen Leitungsstück 12 hergestellt.

Zwischen die ersten Pole 3 und die zweiten Pole 4 ist ein Blechpaket bestehend aus einer ersten Blechtafel 16 aus Stahlblech und einer zweiten Blechtafel 17 aus Stahlblech angeordnet.

Figur 2 veranschaulicht den Schweißvorgang im Bereich der ersten Schweißzange 7 zu einem Zeitpunkt t = 0 sek. Wie man in dieser Ansicht deutlich sieht, hat das Computersystem 14 über eine Steuerleitung 15 die der ersten Schweißzange 7 zugeordnete Schalteinrichtung 5 so betätigt, dass selektiv ein Strom vom ersten Pol 3 über die erste Zuleitung 6 und die Schalteinrichtung 5 zu dem Leitungsstück 12 und zur ersten Elektrode 10 der ersten Schweißzange 7 strömt. Von dort durchströmt der Schweißstrom die erste Blechtafel 16 und die zweite Blechtafel 17 punktförmig auf dem kürzesten Weg zur zweiten Elektrode 11 - durch einen kleinen Pfeil angedeutet - und über die zweite Zuleitung 13 zurück zum zweiten Pol 4. Dadurch wird das Material der ersten Blechtafel 16 und der zweiten Blechtafel 17 im Bereich zwischen der ersten Elektrode 10 und der zweiten Elektrode 11 punktförmig auf-

geschmolzen und beim Erkalten verschweißt. Danach wird die Schalteinrichtung 5 der ersten Schweißzange 7 ausgeschaltet.

Zu einem Zeitpunkt t = 0,5 sek. wird die Schalteinrichtung 5 der zweiten Schweißzange 8 eingeschaltet. Dieser Vorgang ist durch einen Schweißstrompfeil in Figur 3 veranschaulicht.

Nach dem Ausschalten des Schweißstroms an der zweiten Schweißzange 8 wird der Schweißstrom zu einem Zeitpunkt t = 1,0 sek. an der dritten Schweißzange 9 eingeschaltet, wie durch Figur 4 veranschaulicht ist. Dort ist an der dritten Schweißzange 9 ein Schweißstrompfeil eingezeichnet, während die beiden anderen Schweißzangen nicht von Strom durchlaufen werden.

Figur 6 zeigt den zeitlichen Verlauf von Schweißungen. Zu den Zeitpunkten 0s, 0,6s, 1,2s und 1,7s wird der Schweißstrom an je einem Elektrodenpaar eingeschaltet und zu Zeitpunkten 0,5s, 1,1s, 1,6s und 2,1s wieder ausgeschaltet. Die Leerzeiten dazwischen sind gegenüber den Schweißzeiten sehr kurz, sie betragen nur ca.0,1s. Die Schweißspannungen der beiden letzten Schweißungen sind auch um 1 kV kleiner als die der beiden ersten Schweißungen. Mit dem Computersystem kann so auf einfache Weise eine Anpassung an unterschiedliche Blechdicken gewährleistet werden.

Wie man in Fig. 5 besonders gut sieht, können die Schalteinrichtungen 5 auch als Schaltkontakte eines Drehschalters ausgebildet, wobei die erste Zuleitung 6 über eine bewegliche Schaltbrücke 18 selektiv mit jeder der Schalteinrichtungen 5 verbunden werden kann, ähnlich wie bei einem Verteiler für Zündkerzen. Die Schaltbrücke 18 ist dabei auf einer Achse 19 eines Elektromotors 20 angeordnet, der über eine Steuerleitung 15 von Computersystem 14 beaufschlagt werden kann. Wenn der Elektromotor 20 als Schrittmotor o. ä. ausgebildet ist, dann können

Schweißparameter wie Schweißdauer und die Zeitpunkte für Einschalten und Ausschalten flexibel gewählt werden. Ebenso kann das Computersystem die Schweißspannungen oder die Schweißströme variieren .

Die erste Schweißzange 7, die zweite Schweißzange 8 und die dritte Schweißzange 9 sind dabei an der Fingerspitze eines hier nicht gezeigten Schweißroboters befestigt. Sobald der Schweißroboter die Schweißzangen an dem Blechpaket angebracht hat, so dass die erste Schweißzange 7, die zweite Schweißzange und die dritte Schweißzange 9 an den dafür vorgesehenen Schweißpunkten positioniert sind, werden diese über eine hier nicht gezeigte Hydraulik aneinandergepresst . Die dazwischen eingeklemmte erste Blechtafel 16 und die zweite Blechtafel 17 können dadurch nicht mehr gegeneinander verrutschen. Daraufhin setzt das Computersystem 14 über die Steuerleitung 15 den Elektromotor 20 in Gang, so dass sich die Achse 19 langsam zu drehen beginnt. Dadurch werden nacheinander die Anschlusskontakte 5 eines jeden Leitungsstücks 12 mit der ersten Zuleitung 6 verbunden, worauf sich die in den Figuren 2 bis 4 gezeigten Schweißströme einstellen, wenn die Schaltbrücke 18 gedreht wird.

In einer weiteren hier nicht gezeigten Ausführungsform sind die Schalteinrichtungen 5 in Figur 1 als betätigbare Relais ausgebil- det . Es sind auch Thyristoren denkbar, um den Schweißstrom an den Schweißzangen nacheinander aufzuschalten.

Bezugs zeichenli s te

1 SchweißVorrichtung

2 Spannungsquelle

3 erster Pol

4 zweiter Pol

5 Schalteinrichtung

6 erste Zuleitung

7 erste Schweißzange

8 zweite Schweißzange

9 dritte Schweißzange

10 erste Elektrode

11 zweite Elektrode

12 Leitungsstück

13 zweite Zuleitung

14 Computersystem

15 Steuerleitung

16 erste Blechtafel

17 zweite Blechtafel

18 Schaltbrücke

19 Achse

20 Elektromotor