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Handhabungs-Transport- oder Schweißautornat
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Die Erfindung betrifft einen Handhabungs-,Transport- oder Schweißautomaten
mit einem um eine senkrechte Achse drehbaren und gegebenenfalls zusätzlich um eine
waagrechte Achse schwenkbaren Arm, welcher an einem oder an beiden Enden je ein
mit Bezug auf seine Drehachse radial verfahrbares Werkzeug trägt, das an einer Schwenkwelle
befestigt ist, welche in rechtwinkliger Anordnung an einer Drehwelle gelagert 1st,
die in rechtwinkliger Anordnung an einer drehbar an einem radial aus fahrbaren Teil
des Arms montierten Kippwelle gelagert ist, wobei Mittel zur Kraftübertragung zwischen
einem am Arm oder dessen Tragrahmen angebrachten Antriebsaggregat und der Schwenkwelle
vorhanden sind.
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Derartige mit einer programmierbaren Steuerung versehene Automaten
werden z.B. von der Firma Unimation Inc., Dandury Connecticut, USA hergestellt und
vertrieben. Eine Ausführung mit Doppelarm, d.h. an beiden Enden des Arms angebrachten
Werkzeugen, ist in der deutschen Patentanmeldung P 31 14 476.4 beschrieben. Diese
Automaten haben hydraulisch-mechanische Bewegungsantriebe, wobei jedem dieser Antriebe
ein Wegmeßsystem zugeordnet ist, welches mit der programmierbaren Steuerung zusammenwirkt
und jeweils ein Steuerventil im Hydraulikkreis des Antriebs beeinflußt. Die hydraulischen
Antriebsaggregate sind am mittleren, radial nicht verfahrbaren Teil des Arms sowie
an dessen Tragrahmen montiert. Die sind über mechanische, Drehmomente übertragende
Maschinenelemente mit den jeweils anzutreibenden Klpp-, Dreh-, und Schwenkwellen
an den Enden des Arms verbunden.
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Die bekannten Konstruktionen brauchen somit eine Vielzahl von Maschinenelementen,
die trotz der notwendigen Relativbewegungen
möglichst spielfrei
arbeiten müssen. Besondere Schwierige keiten bereitet dabei der Antrieb der hier
als Schwenkwelle bezeichneten äußersten Welle, weil diese mittels zweier anderer,
rechtwinklig zu ihr angeordneter Wellen und des radial ausfahrbaren Teils des Arms
beweglich geführt ist und somit auch der vom hydraulischen Antriebsaggregat zur
Schwenkwelle führende mechanische Antriebsstrang in der Lage sein muß, den Bewegungen
der vorgelagerten anderen Wellen und des radial verfahrbaren Teils des Arms zu folgen.
Um die an dem langen und verwinkelten Weg der Drehmomentübertragung beteiligten
Wellen und Maschinenelemente nicht zu kräftig und schwer ausbilden zu müssen, wurde
die Drehbewegung auf Seiten des hydraulischen Antriebsaggregats zunächst auf höhere
Drehzahlen übersetzt und dann unmittelbar vor der anzutreibenden Schwenkwelle durch
ein weiteres Getriebe wieder untersetzt. Dennoch sind bei der bekannten Ausführung
die auf dem Drehmomentübertragungsweg stattfindenden unvermeidlichen elastischen
Verformungen in Verbindung mit dem Spiel in den zahlreichen Verbindungen und den
Fertigungstoleranzen so groß, daß man nur mit verhältnismäßig leichten Werkzeugen
und Werkstücken arbeiten kann.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Automaten der eingangs
bezeichneten Art zu schaffen, dessen Antrieb der äußersten Achse wesentlich vereinfacht
und dahingehend verbessert ist, daß er zur Bewegung auch schwererer Werkzeuge und
Werkstücke geeignet ist.
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Vorstehende Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das hydraulische
Antriebsaggregat der Schwenkwelle über eine flexible Hydraulikleitung mit einem
an der Drehwelle gelagerten Hydraulikzylinder verbunden ist, dessen bewegliches
Teil drehmomentübertragend mit der Schwenkwelle zusammenwirkt.
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Die Bezeichnungen Schwenkwelle, Drehwelle und Kippwelle sind im vorliegenden
Zusammenhang nur zur Unterscheidung der drei
äußersten, rotierend
antreibbaren Wellen des Automaten gewählt worden. Selbstverständlich können für
diese Wellen auch andere Bezeichnungen benutzt werden. Es kommt für die Erfindung
auch nicht genau auf die gegenseitige Lage der verschiedenen Wellen untereinander
und mit Bezug auf den Arm des Automaten an. Ublicherweise liegen die drei Wellen
jeweils rechtwinklig zu den beiden anderen Wellen, wobei aber offen bleiben kann,
ob sich die Achsen der Wellen schneiden oder versetzt zueinander angeordnet sind,
und ob sich die als Kippwelle bezeichnete innerste Welle, welche die beiden anderen
Wellen trägt, in Richtung des Arms oder quer zu diesem erstreckt. Die Erfindung
bezieht sich auf die als Schwenkwelle bezeichnete äußerste Welle, da deren Antrieb
wegen der Uberbrückung der beiden als Dreh- bzw. Kippwelle bezeichneten vorgelagerten
Wellen bisher die größten Probleme bereitete.
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In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß eine
die Bewegungen der Schwenkwelle aufnehmende, an sich bekannte Wegmeßeinrichtung
sowie ein von dieser beeinflußtes Steuerventil in der Hydraulikleitung an der Drehwelle
gelagert sind. Auf diese Weise können Ungenauigkeiten der Steuerung infolge längerer
Ubertragungswege zwischen dem hydraulischen Antriebsaggregat und dem anzutreibenden
Werkzeug vermieden werden. Demselben Zweck dient in weiterer bevorzugter Ausgestaltung
der Erfindung die Maßnahme, daß die Hydraulikleitung im mittleren Bereich aus einem
starren Rohr besteht, an welches beidseitig flexible Leitungsabschnitte angeschlossen
sind, die nur die zum Ausgleich der Bewegungen zwischen den relativ zueinander beweglichen
Wellen und Teilen des Arms notwendige Länge haben Dadurch lassen sich negative elastische
Eigenschaften des hydraulischen Antriebssystems möglichst klein halten.
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Der mechanische Teil des neuen hydraulich-mechanischen Antriebs der
äußersten Welle kann in weiterer bevorzugter praktischer Ausführung konstruktiv
einfach und leicht gehalten werden, indem
die Drehwelle fest mit
dem Gehäuse des Hydraulikzylinders verbunden ist und ein darin verschieblich geführter,
beidseitig mit Druck beaufschlagbarer Kolben mit einer Zahnstange versehen oder
verbunden ist, welche mit einem drehfest auf der Schwenkwelle sitzenden Zahnrad
in Eingriff steht.
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Im Falle von Schweißautomaten mit einem mehrachsigen drehenden Bewegungsantrieb
des Schweißwerkzeugs, z.B. der oben genannten Art, musste man bisher wegen des großen
Gewichts des Schweißtransformators sehr schwere und teure Ausführungen verwenden.
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Als Alternative wurde der Weg gewählt, den schweren Schweißtransformator
auf dem Arm zu lagern und über verhältnismäßig lange flexible elektrische Kabel
mit dem auf der äußersten drehbaren Welle des Automaten befestigten Schweißwerkzeug
zu verbinden. In den langen Kabeln treten jedoch erhebliche elektrische Verluste
auf, die wiederum dazu zwangen, einen noch größeren und schwereren Transformator
vorzusehen, als eigentlich zum Betrieb des Schweißwerkzeugs erforderlich gewesen
wäre.
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Die Erfindung bietet nunmehr die Möglichkeit, sog. integrierte Schweißzangen
einzusetzen, bei denen der Schweißtransformator unmittelbar neben dem Schweißwerkzeug
auf derselben rotierend antreibbaren Welle gelagert ist. Darüberhinaus wird als
neue, außerordentlich zweckmäßige Ausführung vorgeschlagen, einen über flexible
elektrische Leitungen mit dem Schweißwerkzeug verbundenen Schweißtransformator auf
derjenigen Welle zu befestigen, an welcher auch die das Schweißwerkzeug tragende
Welle gelagert ist. Diese Lösung stellt überraschenderweise einen optimalen Kompromissdar,
weil die elektrischen Kabel zwischen dem Schweißtransformator und dem Schweißwerkzeug
so kurz gehalten werden können, daß der Transformator praktisch nicht größer zu
sein braucht, als bei Verwendung eines integrierten Schweißwerkzeugs. Bisher musste
wegen der hohen Leitungsverluste ein unmittelbar am Schweißwerkzeug angebrachter
Transformator
von 30 kVA ersetzt werden durch einen am mittleren Teil des Arms angebrachten Transformator
von 100 kVA. Auf der anderen Seite bleibt bei dem erfindungsgemäßen Vorschlag der
Vorteil der getrennten Lagerung von Schweißwerkzeug und Schweißtransformator erhalten,
daß auf der äußersten bewegbaren Welle mit dem Schweißwerkzeug nur eine verhältnismäßig
kleine Masse gelagert ist, die sich mit geringen Antriebskräften verhältnismäßig
schnell bewegen lässt.
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Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert.
Es zeigen: Fig. 1 eine Seitenansicht eines einarmigen Punktschweißautomaten gemäß
der Erfindung; Fig. 2 den äußeren Teil des Schweißautomaten gemäß Fig. 1 in größerem
Maßstab; Fig. 3 einen Querschnitt durch den in Fig. 2 gezeigten Teil des Schweißautomaten.
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In Fig. 1 ist schematisch ein Schweißautomat gezeigt, der einen an
einem Ständer bzw. Traggestell lo um eine senkrechte Achse drehbaren und gegebenenfalls
zusätzlich um eine nicht gezeigte waagerechte Querachse kippbaren Arm 12 hat. An
dem einen Ende des Arms 12 befindet sich ein Dreh- und Kippgetriebe 14, mit dessen
Hilfe eine als Drehwelle 16 bezeichnete Ausgangswelle um ihre Mittellängsachse 18
(siehe Fig. 2) drehbar und zusätzlich um eine in Fig. 1 angedeutete Kippachse 20
entsprechend dem Pfeil 22 kippbar ist. An der Drehachse 16 ist in rechtwinkliger
Anordnung zu dieser und zu der Kippachse 20 eine rotierend antreibbare Schwenkachse
24 gelagert, die im Ausführungsbeispiel eine Schweißzange 26 trägt, in anderen Anwendungsfällen
aber auch z.B. mit einer Greiferzange zum Ergreifen und Transportieren von Werkstücken
versehen werden kann.
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Insoweit ist der in der Zeichnung gezeigte Schweiß-, Transport- oder
Handhabungsautomat ebenso wie seine programmierbare Steuerung bekannt, so daß darauf
nicht näher eingegangen zu werden braucht.
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Eine erste Besonderheit des neuen Automaten ist die Lagerung des zum
Schweißwerkzeug 26 gehörenden Schweintransformators 28 auf der Drehwelle 16, also
derjenigen Welle, an welcher die das Schweißwerkzeug 26 tragende Schwenkwelle 24
gelagert ist. Die Trennung, gleichzeitig aber dicht benachbarte Anordnung von Schweißwerkzeug
26 und Schweißtransformator 28, die über kurze flexible Kabel 30 miteinander verbunden
sind, vereinigt die Vorteile einerseits der integrierten Bauweise und andererseits
der bisher praktizierten getrennten Bauweise, während gleichzeitig die mit diesen
jeweils verbundenen spezifischen Nachteile vermieden werden.
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Der Schweißtransformator 28 könnte bei dem gezeigten neuen Schweißautomaten
gegebenenfalls auch auf der Schwenkwelle 24 befestigt werden, denn diese wird nicht
mehr über einen langen mechanischen Getriebezug vom mittleren Teil des Arms 12 her
angetrieben, sondern durch eine hydraulische Kraftübertragung, die zu einem an der
Drehwelle 16 befestigten Hydraulikzylinder 32 führt, der unmittelbar auf die Schwenkwelle
24 wirkt. Der ilydraulikzylinder 32 ist gemän Fig. 3 mit seinem Gehäuse quer zur
Drehwelle 16 an diese angeflanscht. Im Zylindergehäuse ist ein beidseitic; mit Druckfluid
beaufschlagbarer Kolben 34 verschieblich geführt. In den Kolben 34 ist eine Zahnstange
36 eingearbeitet, die mit einem drehfest auf der Schwenkwelle 24 sitzenden Zahnrad
38 in Eingriff steht. Der Hydraulikzylinder 32 hat an beiden Enden Anschlüsse 40
bzw. 42 zur Zuleitung von Druckflüssigkelt, um wahlweise die eine oder die andere
Seite des Kolbens 34 mit Druck zu beaufschlagen und die jeweils andere Seite zu
entlasten. Die Steuerung des Drucks an den Anschlüssen 40 und 42 erfolgt mittels
eines für sich bekannten, in Fig. 2 zeigten Steuerventils 44, das über Anschlußleitungen
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mit den Anschlüssen 40 und 42 des Hydraulikzylinders 32 verbunden ist. Die hydraulische
Druckleitung zwischen dem Steuerventil 44 und einer nicht gezeigten, als Antriebsaggregat
dienenden, am Arm 12 gelagerten Pumpe gliedert sich in einen äußeren flexiblen Leitungsabschnitt
48, welcher die Bewegungen der Drehachse 16 und der Kippachse 20 relativ zum radial
ausfahrbaren äußeren Teil 12' überbrückt, ein mittleres steifes Rohr 50 und einen
hinteren flexiblen Leitungsabschnitt 52, welcher gegebenenfalls mittels einer Aufwickelrolle
54 gestreckt gehalten werden kann. Dr hintere flexible Leitungsabschnitt 52 hat
die lineare radiale beweglichkeit des äußeren Teils 12' mit dem Getriebe 14 relativ
zum mittleren Hauptteil des Arms 12 auszugleichen.
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Der Einfachheit halber ist nur eine einzige Hydraulikleitung 48, So,
52 gezeigt. Es versteht sich, daß daneben noch eine hydraulische Rückleitung vorhanden
ist, die ebenfalls auf die Rolle 54 aufgewickelt werden kann. Eine weitere Rolle
56 ist zum Aufwickeln elektrischer Meß- und Steuerungskabel vorgesehen.
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Ebenso wichtig wie.die Anordnung des Steuerventils 44 ist auch die
Verbindung des ansich bekannten Wegmeßsystems unmittelbar mit der Schwenkwelle 24.
Zu diesem Zweck ist drehfest mit der Welle 24 eine an der Drehwelle 16 gelagert
Meßwelle 58 gelagert, welche den Eingang eines an-sich bekannten, insgesamt mit
60 bezeichneten Wegmeßsystems bildet.
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Letzteres wirkt in bekannter Weise mit dem Steuerventil 44 zusammen.
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Patentansprüche
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