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Technisches
Gebiet
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Hochgeschwindigkeitsantriebsverfahren
für einen Druckzylinder
nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, der verwendet wird, wenn ein
Werkstück
an einem Hubende unter Druck gesetzt wird, sowie auf eine entsprechende
Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 3.
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Bei
Pistolenzylindern zum Punktschweißen wird eine angetriebene
bewegliche Elektrode mit relativ kurzem Arbeitshub einem Werkstück gegenübergesetzt,
das auf einer stationären
Elektrode angeordnet ist. Das Punktschweißen muss binnen kurzer Zeit
sehr oft durchgeführt
werden, wobei die Schweißpositionen
verändert
werden.
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Um
diesen Anforderungen zu genügen
wurde von den vorliegenden Erfindern in der japanischen Patentanmeldung
JP 2002-250307 A ein Mechanismus zum Einstellen einer Zwischenstoppposition
vorgeschlagen. Die Zwischenstoppposition ist jedoch stationär und unabhängig von
der Form des Werkstückes
und wechselnder Arbeitsbedingungen immer fest eingestellt. Das bedeutet,
dass als Stoppposition bei zurückgezogener
Kolbenstange lediglich zwei Positionen, nämlich eine Betriebsvorbereitungsposition
(Zwischenstoppposition) und eine vollständige Rückkehrposition, vorliegen.
Selbst wenn das Werkstück
einen unebenen Abschnitt aufweist, kann die Zwischenstoppposition
nicht an den unebenen Abschnitt angepasst werden. Vielmehr ist es
erforderlich, immer eine der beiden Positionen auszuwählen. Dadurch
wird in manchen Fällen
ein übergroßer Hub notwendig,
sodass die Betriebszeit verlängert
wird.
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Aus
der
US 4,612,489 ist
ein elektro-hydraulisches Servo-Steuerungssystem für einen
Kolben bekannt, bei dem die aktuelle Position des Kolbens mit einem
Sensor erfasst und auf eine vorgebbare Position eingestellt wird.
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In
der
JP 06241206 A (Patent
Abstracts of Japan) wird eine Kolbendämpfung beschrieben, bei der
die Position des Kolbens kurz vor der Endposition erfasst und die
Zufuhr der Antriebsdruckluft verringert wird, wenn das Positionssignal
anzeigt, dass die Endposition des Kolbens fast erreicht ist.
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Wird
bei einem herkömmlichen
Druckzylinderantriebsmechanismus dieser Art der Zylinder durch ein
Schaltventil angetrieben, ist es außerdem notwendig, einen Druckzylinder,
dessen Druck vollständig
auf Atmosphärendruck
abgesenkt wurde, mit Druckluft zu füllen, wenn der Zylinder seinen
Vorwärts-
oder Rückwärtshub beginnt.
Daher dauert es eine Weile, den Druck zuzuführen, und der Antriebsvorgang
des Druckzylinders wird entsprechend verzögert. Dies beeinträchtigt die
Arbeitseffizienz.
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Das
oben beschriebene Problem tritt nicht nur bei Punktschweißpistolen
sondern auch in Vorrichtungen auf, bei denen ein an dem vorderen
Ende einer Kolbenstange angebrachter Kopf wiederholt gegen ein Werkstück gepresst
wird, bspw. bei einer Druckeinheit verschiedener Klemmvorrichtungen.
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Beschreibung
der Erfindung
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Aufgabe
der Erfindung ist es daher, die Zwischenstoppposition eines Zylinders
frei einstellen zu können
und die Zeit, die erforderlich ist, bis eine maximale Druckkraft
durch die Kolbenstange erzeugt werden kann, zu verkürzen.
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Diese
Aufgabe wird mit der Erfindung im Wesentlichen durch die Merkmale
des Ansprüche
1 und 3 gelöst.
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Vorteilhafte
Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen.
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Bei
einem erfindungsgemäßen Antriebsverfahren
und einer Antriebsvorrichtung, bei dem an der Kolbenstange eines
Druckzylinders bspw. einer Punktschweißpistole eine Gesamtrückführposition und
eine Betriebsvorbereitungsposition (Zwischenstoppposition), an welcher
eine Kolbenstange einem Werkstück
bei einem relativ kurzen Arbeitshub gegenüberliegt, eingestellt werden,
kann die Zwischenstoppposition durch ein von außen gesandtes Signal beliebig
eingestellt werden, sodass durch die Form des Werkstückes oder
dgl. kein übergroßer Hub
erzeugt wird.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung ist ein Hochgeschwindigkeitsantriebsverfahren für Druckzylinder
vorgesehen, mit einem Vorwärtsarbeitsschritt zum
Antreiben eines Kolbens eines Druckzylinders durch Luftdruck, der
von/zu einem Servoventil zugeführt
bzw. abgeführt
wird, um eine Kolbenstange zu einem vorderen Ende zu bewegen und
dadurch das Werkstück
unter Druck zu setzen, um eine vorbestimmte Operation durchzuführen, und
mit einem Zwischenstoppschritt zum Zurückführen der Kolbenstange zu einer
Zwischenstoppposition und zum Anhalten der Kolbenstange an dieser
Position.
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Der
Zwischenstoppschritt umfasst das Erfassen einer Betriebsposition
der Kolbenstange durch einen Positionsdetektor und das Zurückführen eines Positionssignals
zu einer Steuervorrichtung des Servoventils, das Steuern des Servoventils
durch die Druckluft, sodass eine Abweichung zwischen dem erfassten
Positionssignal und einem eingestellten Positionssignal für den Zwischenstopp
der Kolbenstange gleich null wird, wodurch die Kolbenstange ihren
Zwischenstopp an einer eingestellten Position durchführt, und
das Beibehalten eines Zustands, in welchem im Wesentlichen die gleichen
Drücke
zu Druckkammern an gegenüberliegenden
Seiten des Kolbens zugeführt
werden.
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Bei
dem Antriebsverfahren gemäß der vorliegenden
Erfindung wird bei Beginn des Vorwärtsarbeitsschrittes dem Servoventil
vorzugsweise eine bestimmte Spannung Vmax zugeführt, sodass das Servoventil
als EIN/AUS-Schaltventil arbeitet. Hierdurch kann die Kolbenstange
mit hoher Geschwindigkeit vorwärts
bewegt werden.
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Erfindungsgemäß wird die
Geschwindigkeit in der Nähe
des Endes des Vorwärtshubes
der Kolbenstange durch Dämpfung
reduziert, die durch Beschränkung
einer Durchflussrate von Auslassgas aus einer stangenseitigen Druckkammer
bewirkt wird. Hierdurch kann das vordere Ende der Kolbenstange sanft
an einem Werkstück
anschlagen.
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Bei
der Dämpfung
wird ein Innendruck in der stangenseitigen Druckkammer niedriger
als ein Innendruck in einer kopfseitigen Druckkammer. Dies wirkt
als ein Trigger (Auslöser)
zur Betätigung
eines Schnellauslassventils. Das Schnellauslassventil öffnet die
stangenseitige Druckkammer direkt zur Atmosphäre, um einen Gegendruck des
Kolbens abrupt abzusenken, sodass die Zeit, die erforderlich ist, bis
eine maximale Druckkraft durch die Kolbenstange erzeugt werden kann,
verkürzt
wird.
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Erfindungsgemäß ist zum
Durchführen
des oben beschriebenen Antriebsverfahrens eine Hochgeschwindigkeitsantriebsvorrichtung
für Druckzylinder
vorgesehen, die einen Druckzylinder mit einem durch Luftdruck angetriebenen
Kolben, eine mit dem Kolben verbundene Kolbenstange, eine kopfseitige
Druckkammer und eine stangenseitige Druckkammer, die an gegenüberliegenden
Seiten des Kolbens gebildet sind, ein die beiden Druckkammern mit einer
Luftdruckquelle verbindendes Servoventil, einen Steuerabschnitt
zur Steuerung des Servoventils und einen Positionsdetektor zur Erfassung
einer Betriebsposition der Kolbenstange und Zurückführung eines Positionssignals
zu dem Steuerabschnitt aufweist.
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Die
Hochgeschwindigkeitsantriebsvorrichtung umfasst außerdem eine
Steuervorrichtung, die so funktioniert, dass der Steuerabschnitt
das erfasste Positionssignal, das von dem Positionsdetektor zurückgeführt wird,
mit einem eingestellten Positionssignal für die Zwischenstoppposition
der Kolbenstange, das zuvor festgelegt wurde, vergleicht und das Servoventil
so steuert, dass eine Abwei chung zwischen den beiden Signalen gleich
null wird, wodurch die Kolbenstange an einer eingestellten Position
angehalten wird, und so, dass ein Zustand, in dem im Wesentlichen
die gleichen Drücke
den an gegenüberliegenden
Seiten des Kolbens ausgebildeten Druckkammern zugeführt werden,
beibehalten wird.
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Erfindungsgemäß umfasst
der Steuerabschnitt außerdem
einen Signalschaltkreis, der dem Servoventil eine festgelegte Spannung
Vmax zuführt, wenn
der Vorwärtsarbeitsschritt
der Kolbenstange begonnen wird, und einen Schalter, der durch das Schaltsignal
betätigt
wird, um wahlweise den Signalschaltkreis und die Steuervorrichtung
mit dem Servoventil zu verbinden.
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Der
Druckzylinder weist außerdem
einen Dämpfungsmechanismus
auf, um die Geschwindigkeit der Kolbenstange in der Nähe des Vorwärtshubendes
der Kolbenstange zu reduzieren und dadurch die Durchflussrate von
Auslassgas aus der stangenseitigen Druckkammer zu begrenzen.
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Außerdem ist
ein Schnellauslassventil mit dem Druckzylinder verbunden, wenn während der Dämpfung ein
Innendruck in der stangenseitigen Druckkammer niedriger wird als
ein Innendruck in der kopfseitigen Druckkammer. Dies wirkt als ein
Trigger (Auslöser),
um das Schnellauslassventil zu betätigen und die stangenseitige
Druckkammer direkt zur Atmosphäre
zu öffnen.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung kann die Zwischenstoppposition der Kolbenstangen durch
ein der Steuervorrichtung von außen zugeführtes Signal beliebig eingestellt
werden. Wird eine Zwischenstoppposition gemäß der Form eines Werkstückes vorab
erhalten und die Zwischenstoppposition anschließend als Zielposition eingegeben,
ist es möglich,
einen übergroßen Hub
und daher eine Verschwendung zu vermeiden.
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Da
der Zustand, in dem im Wesentlichen die gleichen Drücke auf
die Druckkammer an den gegenüberliegenden
Seiten des Kolbens aufgebracht werden, beibehalten wird, wenn die
Kolbenstange zu der Zwischenstoppposition zurückgeführt wird, ist es bei Beginn
des Vorwärtshubes
nicht notwendig, die Druckkammer, deren Druck vollständig auf
Atmosphärendruck
abgesenkt wurde, mit Druckluft zu füllen. Es ist lediglich notwendig,
Druckfluid in der notwendigen Menge für zuvor zugeführtes Druckfluid zuzugeben.
Daher wird im Gegensatz zu dem herkömmlichen Fall, bei dem eine
Druckkammer durch ein Schaltventil angetrieben wird, keine Antriebsverzögerung auftreten.
Die für
den Vorwärtshub
erforderliche Zeit kann verkürzt
werden und die Betriebseffizienz wird verbessert.
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Die
Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen und der Zeichnung
näher erläutert.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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1 ist
ein Schnitt durch einen wesentlichen Abschnitt eines Druckzylinders.
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2 zeigt
den Aufbau einer Ausführungsform
einer Hochgeschwindigkeitsantriebsvorrichtung zur Betätigung des
Druckzylinders gemäß der vorliegenden
Erfindung.
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3 ist
ein Schnitt, der den Aufbau eines Schnellauslassventils bei der
Ausführungsform
gemäß 2 darstellt.
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4(A) sind Diagramme mit Messresultaten,
die einen Betriebszustand des bis 4(C) Druckzylinders
darstellen, wenn der Druckzylinder durch die Hochgeschwindigkeitsantriebsvorrichtung
der Ausführungsform
gemäß 2 angetrieben
wird.
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5(A) und 5(B) zeigen
den Vergleich eines Bewegungsweges eines Elektroden chips, wenn eine
Schnelldruckvorrichtung der Ausführungsform gemäß 2 und
die vorgeschlagene Vorrichtung bei dem Druckzylinder einer Punktschweißvorrichtung
eingesetzt werden.
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6 zeigt
eine weitere Ausführungsform
einer Hochgeschwindigkeitsantriebsvorrichtung.
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Detaillierte
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform
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1 zeigt
ein Beispiel eines Druckzylinders, der durch eine Hochgeschwindigkeitsantriebsvorrichtung
gemäß der vorliegenden
Erfindung angetrieben wird.
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Der
Druckzylinder 1 ist als Pistolenzylinder zum Punktschweißen oder
dgl. einsetzbar. Der Druckzylinder 1 umfasst ein Zylinderrohr 10,
das an seinen gegenüberliegenden
Enden eine Stangenabdeckung 11 bzw. eine Kopfabdeckung 15 aufweist, einen
Kolben 12, der in Axialrichtung in dem Zylinderrohr 10 gleitet,
und eine Kolbenstange 13, deren hinteres Ende mit dem Kolben 12 verbunden
ist. Ein vorderes Ende der Kolbenstange 13 tritt durch
die Stangenabdeckung 11 nach außen hindurch. Der Kolben 12 weist
an seinen gegenüberliegenden
Enden eine stangenseitige Druckkammer 30 bzw. einen kopfseitige
Druckkammer 35 auf. Die Druckkammern 30 und 35 stehen
individuell in Verbindung mit Zu fuhr-/Ablassöffnungen 31 und 38,
die in der Stangenabdeckung 11 und der Kopfabdeckung 15 vorgesehen sind.
Zu/von den Druckkammern 30 und 35 wird durch die
Zufuhr-/Ablassöffnungen 31 und 38 Druckluft
zugeführt
bzw. abgeführt,
sodass der Kolben 12 und die Kolbenstange 13 vorwärts und
rückwärts bewegt
werden. Bei dem Vorwärtshub
der Kolbenstange 13 wird ein nicht dargestelltes Werkstück unter Druck
gesetzt und einem Bearbeitungsschritt, bspw. Schweißen, unterworfen.
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Der
Druckzylinder 1 hat einen Dämpfungsmechanismus, der die
Geschwindigkeit des Kolbens 12 in der Nähe des vorderen Hubendes durch
Beschränken
einer Durchflussrate von Auslassgas aus der Druckkammer 30 reduziert.
Dieser Dämpfungsmechanismus
umfasst einen Dämpfungsring 25,
der an dem hinteren Ende der Kolbenstange 13 in der Nähe des Kolbens 12 vorgesehen
ist, eine Aussparung 26, die in der Stangenabdeckung 11 so
ausgebildet ist, dass die Aussparung 26 mit der stangenseitigen
Druckkammer 30 verbunden ist, eine Dämpfungsdichtung 27,
die um eine Öffnung
der Aussparung 26 vorgesehen ist, und ein Drosselventil 33,
das in der Stangenabdeckung 11 vorgesehen ist.
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Die
Dämpfungsdichtung 27 wird
in Kontakt mit einer äußeren Umfangsfläche des
Dämpfungsringes 25 gebracht,
wenn der Dämpfungsring 25 in
die Aussparung 26 eintritt, wodurch die direkte Verbindung
zwischen der Aussparung 26 und der Druckkammer 30 abgeschnitten
wird. Die Aussparung 26 steht durch eine Verbindungsöffnung 34 in
Verbindung mit dem Zufuhr-/Ablassanschluss 31. Während des
Rückwärtshubes
des Kolbens 12 fließt
Druckluft von der Aussparung 26 durch die Zufuhr-/Ablassöffnung 31 und
die Verbindungsöffnung 34 in
die Druckkammer 30. Dadurch wirkt die Dämpfungsdichtung 27 als
eine unidirektionale Dichtung, wobei die Druckluft in einer Richtung
von der Aussparung 26 zu der Druckkammer 30 fließen kann,
aber an dem Fließen
von der Druckkammer 30 zu der Aussparung 26 gehindert
ist.
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Die
Stangenabdeckung 11 weist einen Durchflussdurchgang 32 auf,
der die Druckkammer 30 und die Zufuhr-/Abfuhröffnung 31 in
Verbindung miteinander bringt. Das Drosselventil 33 ist
in einem mittleren Abschnitt des Durchflussweges 32 vorgesehen.
In der Nähe
eines vorderen Hubendes der Kolbenstange 13 wird dann,
wenn der Dämpfungsring 25 in
die Aussparung 26 eintritt und in Kontakt mit der Dämpfungsdichtung 27 tritt
und die Verbindung zwischen der Druckkammer 30 und der
Aussparung 26 abgeschnitten wird, das Auslassgas durch
das Drosselventil 33 aus der Druckkammer 30 abgeführt, wobei
sie gedrosselt wird. Hierdurch wird die Kolbenbewegung 12 gedämpft und
die Vorwärtsgeschwindigkeit
der Kolbenstange 13 wird reduziert.
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Wenn
der Kolben 12 von der vorderen Position zurückgeführt werden
soll, wird Druckluft aus der kopfseitigen Druckkammer 35 über den
Zufuhr-/Ablassanschluss 38 abgeführt, und gleichzeitig Druckluft
von der Zufuhr-/Ablassöffnung 31 zugeführt. Dann
presst die Druckluft von der Aussparung 26 gegen die Dämpfungsdichtung 27 und öffnet diese
und tritt in die stangenseitige Druckkammer 30 ein, sodass
der Kolben 12 beginnt, sich rückwärts zu bewegen. Nachdem der
Dämpfungsring 25 aus
der Dämpfungsdichtung 27 herausgezogen
wurde, fließt
die Druckluft unabhängig
von der Dämpfungsdichtung 27 direkt
aus der Aussparung 26 in die Druckkammer 30.
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Wie
in 2 dargestellt ist, ist an einer Seitenfläche der
Kolbenstange 13 eine magnetische Skala 22 vorgesehen,
um eine Betriebsposition der Kolbenstange 13 zu erfassen.
An der Stangenabdeckung 11 ist ein Positionsdetektor 20 vorgesehen,
um die magnetische Skala 22 abzulesen. Durch Ablesen der
magnetischen Skala 22 mit Hilfe des Positionsdetektors 20 wird
die Position der Kolbenstange 13 erfasst und ein erfasstes
Positionssignal Vp wird zu einem Steuerabschnitt 4 zurückgeführt.
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2 zeigt
eine Ausführungsform
der Hochgeschwindigkeitsantriebsvorrichtung zur Betätigung des
Druckzylinders 1. Bei dieser Hochgeschwindigkeitsantriebsvorrichtung
sind der Zufuhr-/Ablassanschluss 38, der in Verbindung
mit der kopfseitigen Druckkammer 35 des Zylinders 1 steht,
und der Zufuhr-/Ablassanschluss 31, der in Verbindung mit
der stangenseitigen Druckkammer 30 steht, mit einem Servoventil 41 verbunden.
Mit dem Servoventil 41 ist auch eine Druckluftquelle 40 verbunden.
Ein Feststellsignal von dem Positionsdetektor 20 wird zu
dem Steuerabschnitt 4, der das Servoventil 41 steuert,
zurückgeführt.
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Das
Servoventil 41 hat eine erste Verbindungsposition, in welcher
der Zufuhr/Ablassanschluss 38 mit der Druckluftquelle 40 verbunden
und der Zufuhr/Ablassanschluss 31 nach außen offen
ist, eine zweite Verbindungsposition, in welcher der Zufuhr-/Ablassanschluss 38 nach
außen
offen und der Zufuhr/Ablassanschluss 31 mit der Druckluftquelle 40 verbunden
ist, und eine neutrale Position, in welcher sowohl der Zufuhr-/Ablassanschluss 31 als auch
der Zufuhr/Ablassanschluss 38 geschlossen sind. Ein Solenoid
wird durch ein Steuersignal von dem Steuerabschnitt 4 so
gesteuert, dass das Ventil zu den obigen Positionen geschaltet wird,
und das Ventil wird entsprechend dem Steuersignal beliebig geöffnet und
geschlossen. Entsprechend dem Steuersignal wird ein Druck oder eine
Durchflussrate ausgegeben. Wenn ein Steuersignalwert von dem Steuerabschnitt 4 gleich
null ist, wird das Ventil durch eine Feder in der neutralen Position
gehalten, und die Druckkammern 35 und 30 werden
in einem Zustand gehalten, in dem im Wesentlichen der gleiche Druck auf
die Druckkammern 35 und 30 aufgebracht wird.
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Der
Steuerabschnitt 4 umfasst einen Signalschaltkreis 7,
der ein Betriebssignal als ein elektromagnetisches Schaltventil
zu dem Servoventil 41 sendet, eine Steuervorrichtung 8,
die das Servoventil 41 über
eine PID-Regelung steuert, und einen Schalter 6, der wahlweise
den Signalschaltkreis 7 und die Steuervorrichtung 8 mit
dem Servoventil 41 verbindet. Der Signalschaltkreis 7 führt wäh rend des
Vorwärtshubes
der Kolbenstange 13 dem Servoventil 41 eine Spannung
Vmax zu, sodass das Servoventil 41 als ein EIN/AUS-elektromagnetisches
Schaltventil betätigt
wird. Während
des Rückwärtshubes
der Kolbenstange 13 erhält
die Steuervorrichtung 8 eine Abweichung zwischen einem
eingestellten Positionssignal Vv betreffend die Zwischenstoppposition
der Kolbenstange 13, die in einer externen Steuerung (nicht dargestellt)
eingestellt wird, und einem erfassten Positionssignal Vp, das von
dem Positionsdetektor 20 zurückgeführt wird, führt eine PID-Berechnung durch und
gibt eine Spannung entsprechend der Abweichung aus, um das Servoventil 41 zu
steuern. Der Schalter 6 wird durch ein Schaltsignal Cr
von einer externen Steuerung betätigt
und verbindet wahlweise einen Anschluss 6a, der mit dem
Servoventil 41 verbunden ist, mit einem Anschluss 7a,
der mit dem Signalschaltkreis 7 verbunden ist, und einem
Anschluss 8a, der mit der Steuervorrichtung 8 verbunden
ist.
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Während des
Vorwärtshubes
der Kolbenstange 13 (Vorwärtsbetriebsschritt) wird der
Schalter 6 durch das Schaltsignal Cr mit dem Signalschaltkreis 7 verbunden,
und das Servoventil 41 wird als EIN/AUS-Schaltventil betätigt, wenn
die Spannung Vmax zugeführt
wird. Dadurch wird in einem Hub Druckluft von der Druckluftquelle 40 zu
der kopfseitigen Druckkammer 35 zugeführt, der Druck in der kopfseitigen
Druckkammer 35 wird erhöht,
und die stangenseitige Druckkammer 30 wird durch die Aussparung 26 zur
Atmosphäre
geöffnet.
Dadurch bewegt sich die Kolbenstange 13 mit hoher Geschwindigkeit.
Die Vorwärtsbewegungsgeschwindigkeit
wird jedoch durch den Dämpfungsmechanismus
in der Nähe
des vorderen Hubendes reduziert, sodass das vordere Ende der Kolbenstange 13 sanft
an dem Werkstück
anschlagen kann.
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Während des
Rückwärtshubes
der Kolbenstange 13 wird der Schalter 6 durch
das Schaltsignal Cr mit der Steuervorrichtung 8 verbunden
und das Servoventil 41 wird durch eine Feedback-Steuerung der
Steuervorrichtung 8 gesteuert. Hierbei wird die Betriebsposition
der Kolbenstange 13 durch den Positionsde tektor 20 erfasst.
Das erfasste Positionssignal Vp wird zu dem Steuerabschnitt 4 zurückgeführt, und
das Servoventil 41 wird so gesteuert, dass eine Abweichung
zwischen dem erfassten Positionssignal Vp und dem eingestellten
Positionssignal Vv, das von einer externen Steuerung zugeführt wird,
gleich null wird. Hierdurch werden die Drücke in der kopfseitigen Druckkammer 35 des
Druckzylinders 1, der stangenseitigen Druckkammer 30 und
der Aussparung 26 gesteuert, und die Kolbenstange 13 wird
zu einer eingestellten Zwischenstoppposition zurückgeführt und angehalten. Zu dieser
Zeit werden im Wesentlichen die gleichen Drücke auf die Druckkammer 35,
die Druckkammer 30 und die Aussparung 26 ausgeübt. D. h.,
dass die Drücke
in der kopfseitigen Druckkammer 35, der stangenseitigen
Druckkammer 30 und der Aussparung 26 im Gleichgewicht
gehalten werden.
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Wenn
die Kolbenstange 13 hin und her geführt wird, um einen kontinuierlichen
Betrieb durchzuführen,
ist es daher möglich,
die Kolbenstange 13 an einer beliebigen Zwischenstoppposition
anzuhalten, die vorab entsprechend einem Vorsprung oder dgl. des
Werkstückes
festgelegt wurde. Wird der Arbeitshub der Kolbenstange 13 auf
die kürzest
mögliche Strecke
gesetzt, so kann sich ein vorderes Ende der Kolbenstange 13 mit
dem kürzesten
Weg zu der nächsten
Betriebsposition bewegen, sodass die Betätigungszeit verkürzt wird.
Da der kopfseitigen Druckkammer 35 ein Druck zugeführt wird,
der ausreicht, einen Ausgleich zu der stangenseitigen Druckkammer 30 herzustellen,
ist es an der Zwischenstoppposition der Kolbenstange 13 möglich, zu
der Zeit für
den nächsten
Vorwärtshub
die Zeit zum Erhöhen
des Druckes der kopfseitigen Druckkammer 35 zu verkürzen. Es
ist auch möglich,
die Zeitverzögerung,
die von dem Moment, zu dem ein Hub zu dem Vorwärtshub umgeschaltet wird, bis
zu dem Moment, wenn die Kolbenstange 13 tatsächlich ihre
Vorwärtsbewegung
beginnt, d. h. die Startverzögerung,
zu verkürzen.
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Bei
der oben beschriebenen Ausführungsform
wird der Schalter 6 während
des Arbeitshubes der Kolbenstange 13 durch das Schaltsignal
Cr mit dem Signalschaltkreis 7 verbunden, sodass das Servoventil 41 allein
als Schaltventil arbeitet. Es ist jedoch auch möglich, einen Aufbau zu verwenden,
bei dem der Schalter 6 nicht vorgesehen und die Steuervorrichtung 8 so
aufgebaut ist, dass sie eine ausreichend hohe Antriebsspannung ausgeben
kann, um das Servoventil 41 während des Vorwärtshubes
der Kolbenstange 13 als Schaltventil zu betreiben. Auch kann
das für
den Vorwärtshub
erforderliche Druckfluid dem Druckzylinder von einem anderen Schaltventil zugeführt werden.
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Bei
dem Druckzylinder 1 mit dem oben beschriebenen Dämpfungsmechanismus
wird die Geschwindigkeit der Kolbenstange 13 in der Nähe des Vorwärtshubendes
reduziert. Daher dient der Druckzylinder 1 der Verringerung
der Reibung und von Kollisionsgeräuschen eines Werkzeuges, bspw.
eines Elektrodenchips oder dgl., das an dem vorderen Ende der Kolbenstange 13 angebracht
ist. Dies wird durch einen Zylinder einer herkömmlichen Druckluftpunktschweißpistole
nicht erreicht. Wenn eine andere Arbeit als das Punktschweißen durchgeführt werden
soll, wird ein Werkstück
mit maximaler Druckkraft gepresst, nachdem die Kolbenstange 13 abgebremst wurde.
Wird ein Innendruck Pc in der Druckkammer 30 allmählich abgesenkt,
während
die Durchflussrate von Auslassgas von der Druckkammer 30 begrenzt wird,
wird die Zeit bis zum Erreichen der maximalen Druckkraft wesentlichen
verzögert.
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Daher
ist bei dieser Ausführungsform
ein in den 2 und 3 gezeigtes
Schnellablassventil 3 vorgesehen, um das Problem der Druckverzögerung zu
vermeiden. Dieses Schnellablassventil 3 erfasst, dass der
Druck Pc in der stangenseitigen Druckkammer 30 während der
Dämpfung
niedriger wird als ein Druck Ph in der kopfseitigen Druckkammer 35,
und dass ein Druck, der von der Druckkammer 30 durch das
Drosselventil 33 abgeführt
wird, d. h. ein Druck Pr der Aussparung 26, niedriger wird
als eine bestimmte niedrige Rate relativ zu dem Druck Ph in der Druckkammer 35,
bspw. 35 % oder weniger. Dies wirkt als Trigger (Auslöser) zur
Betätigung
des Schnellablassventils 3.
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Wie
im Detail in 3 dargestellt ist, umfasst das
Schnellablassventil 3 eine Membran 50, zwei Druckaufnahmekammern 48 und 49,
die an gegenüberliegenden
Seiten der Membran 50 ausgebildet sind, einen Ablassdurchgang 46,
der in Verbindung mit der einen Druckaufnahmekammer 48 steht,
ein EIN/AUS-Sitzventil 47 zum Öffnen und
Schließen
eines Ventilsitzes 52 in dem Auslassdurchgang 46,
und ein Kontrollventil 45, das an einem Ausgang des Auslassdurchgangs 46 vorgesehen
ist. Der Auslassdurchgang 46 und die eine Druckaufnahmekammer 48 sind
durch einen Durchgang 45 mit der stangenseitigen Druckkammer 30 verbunden.
Die andere Druckaufnahmekammer 49 ist durch einen Durchgang 65 über ein
Differentialdruckantriebsventil 60 mit der kopfseitigen
Druckkammer 35 verbunden. Da das EIN/AUS-Ventil 47 entsprechend
der Verschiebung der Membran 50 betätigt wird, erstreckt sich ein vorderes
Ende eines Stößels 54 des
EIN/AUS-Ventils 47 in die Druckaufnahmekammer 48.
Das vordere Ende liegt gegen eine Abdeckung, die an der Membran 50 befestigt
ist, an. Das EIN/AUS-Ventil 47 wird durch eine Feder 53 in
eine Richtung vorgespannt, in der der Ventilsitz 52 verschlossen
ist. Als Gegendruck wird ein Druck Pr in der Aussparung 26 auf
das Kontrollventil 55 ausgeübt.
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Das
Differentialdruckantriebsventil 60 vergleicht einen Druck
Pr in der Aussparung 26 mit einem Druck Ph in der Druckkammer 35 und
wird betätigt,
wenn diese beiden Drücke
ein bestimmtes Druckverhältnis
erreichen. Das Differentialdruckantriebsventil 60 umfasst
einen Ventilkörper 61 mit
einer Vielzahl von Anschlüssen 66, 67, 68, 69 und 70,
ein Ventilelement 62, das in einer Ventilöffnung des
Ventilkörpers 61 aufgenommen
ist, Druckaufnahmeoberflächen 63 und 64 mit
unterschiedlichen Druckaufnahmeflächen an gegenüberliegenden
Enden des Ventilelementes 62 und Druckaufnahmekammern 63a und 64a zum
Aufbringen eines Druckes Pr in der Aussparung 26 und eines
Druckes Ph in der kopfseitigen Druckkammer 35 auf die Druck
aufnehmenden Oberflächen.
Das Ventilelement 62 wird von einer in 3 gezeigten
Position umgeschaltet, wenn der Druck Pr auf einen um eine bestimmte
niedrige Rate (die beliebig eingestellt werden kann), bspw. 35 % oder
weniger, niedrigeren Wert reduziert wird als ein Druck Ph, wodurch
die Anschlüsse 70 und 68 miteinander
verbunden werden, um den Druck Ph in dem Durchgang 65 in
eine Kammer 49 oberhalb der Membran 50 einzuführen. Dadurch
wird ein Flächenunterschied
zwischen der Druck aufnehmenden Oberfläche 63 und 64 entsprechend
der oben genannten Rate eingestellt. Andererseits nimmt das Ventilelement 62 eine
in 6 gezeigte Position an, wenn der Druck Pr um ein
bestimmtes Verhältnis,
das durch die Flächen
der Druck aufnehmenden Oberflächen 63 und 64 festgelegt
wird, höher
ist als der Druck Ph. Dann wird die Druckaufnahmekammer 49 oberhalb der
Membran 50 durch den Anschluss 69 nach außen geöffnet.
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4 zeigt
Messergebnisse, wenn der Druckzylinder 1 durch die Hochgeschwindigkeitsantriebsvorrichtung
angetrieben wird.
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4(A) zeigt das Schaltsignal Cr zum Schalten
des Vorwärtshubes
und des Rückwärtshubes
der Kolbenstange 13. 4(B) zeigt
einen Zustand des Hubes der Kolbenstange 13. 4(C) zeigt Änderungen der Drücke Pc,
Ph und Pr in den Druckkammern 30, 35 und der Aussparung 26.
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Es
wird ausgegangen von einem Zustand, in dem die Kolbenstange 13 zu
der Zwischenstoppposition zurückgeführt wird.
Zu der Zeit t = t1, wenn der Schalter 6 durch das Schaltsignal
Cr mit dem Signalschaltkreis 7 verbunden ist und die Spannung
Vmax dem Servoventil 41 zugeführt wird, wirkt das Servoventil 41 als
Schaltventil, bringt die kopfseitige Druckkammer 35 in
Verbindung mit der Druckluftquelle 40 und öffnet die
stangenseitige Druckkammer 30 und die Aussparung 26 direkt
zur Atmosphäre.
Daher wird die Kolbenstange 13 zu dem Vorwärtshub geschaltet
und beginnt zu der Zeit t = t2 ihre Vorwärtsbewegung.
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Da
zu dieser Zeit ein Druck Ph, der im Wesentlichen der gleiche ist
wie der in der stangenseitigen Druckkammer 30, bereits
der kopfseitigen Druckkammer 35 zugeführt wurde, ist es nicht notwendig,
die kopfseitige Druckkammer 35 von null aus unter Druck
zu setzen, sodass eine Startverzögerung t2
- t1, die vergeht bis die Kolbenstange 13 tatsächlich ihre
Vorwärtsbewegung
beginnt, extrem kurz ist.
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Wenn
die Kolbenstange 13 ihre Vorwärtsbewegung beginnt und das
Ende des Vorwärtshubes erreicht,
wirkt der Dämpfungsmechanismus,
der Innendruck Pc in der Druckkammer 30, die durch das Drosselventil 33 zur
Atmosphäre
offen ist, wird auf einmal erhöht,
und der Innendruck in der Aussparung 26, die durch den
Zufuhr/Ablassanschluss 31 direkt zur Atmosphäre geöffnet ist,
sinkt weiter ab. Das vordere Ende der Kolbenstange 13 schlägt sanft
an dem Werkstück
an.
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Anschließend beginnt
der Innendruck Pc in der Druckkammer 30, die durch das
Drosselventil 33 nach außen offen ist, abzusinken.
Wenn der Innendruck Pc niedriger wird als der Innendruck Ph, wird das
Schnellablassventil 3 betätigt und öffnet die Druckkammer 30 direkt
zur Atmosphäre,
sodass der Innendruck Pc der Druckkammer 30 abrupt auf
Atmosphärendruck
reduziert wird. Da der Innendruck Ph in der Druckkammer 35 den
Maximaldruck erreicht, wird andererseits die Druckkraft der Kolbenstange 13,
die gegen das Werkstück
anliegt, abrupt erhöht und
erreicht ihren Maximalwert, sodass die Bearbeitung des Werkstückes, bspw.
durch Schweißen, durchgeführt werden
kann.
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Wenn
die Bearbeitung des Werkstückes
abgeschlossen ist und der Schalter 6 durch das Schaltsignal
Cr zu der Zeit t = t4 mit der Steuervorrichtung 8 verbunden
wird, wird die Kolbenstange 13 zu dem Rückwärtshub umgeschaltet, und das
Servoventil 41 wird auf der Basis der Positionsinformation
der Kolbenstange 13 Feedback-gesteuert. Hierbei wird ein Teil
der Druckluft in der kopfseitigen Druckkammer 35 nach außen abgelassen,
und gleichzeitig Druckluft von der Druckluftquelle 40 der
stangenseitigen Druckkammer 30 zugeführt. Der Druck auf die Kolbenstange 13 wird
aufgehoben und die Kolbenstange 13 beginnt zu der Zeit
t = t5 ihre Rückzugsbewegung.
Wenn die Kolbenstange 13 zu der eingestellten Zwischenstoppposition
zurückgeführt ist,
werden die Innendrücke
Ph und Pc in den Druckkammern 35 und 30 so gesteuert,
dass sie im Wesentlichen ausgeglichen sind, und das Verfahren geht
zu dem nächsten Schritt
weiter.
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5 zeigt, im Vergleich, Hübe (siehe
gerade Linien mit Pfeil) eines Falles (A), in welchem der Druckzylinder 1 durch
die Hochgeschwindigkeitsantriebsvorrichtung gemäß der Ausführungsform gesteuert wird,
und eines Falles (B), in welchem der Druckzylinder 1 mit
der früher
vorgeschlagenen Vorrichtung gesteuert wird. In dem Fall der früher vorgeschlagenen
Vorrichtung, kann der Rückwärtshub der Kolbenstange 13 lediglich
auf zwei Positionen eingestellt werden, nämlich die vollständig zurückgeführte Position
und die besondere Zwischenstoppposition. Da eine Vielzahl von Arbeitshüben nicht
entsprechend der Höhe
von Hindernissen M und N eingestellt werden können, wird bei dem Bewegungspfad des
vorderen Endes der Kolbenstange 13, d. h. des Elektrodenchips,
eine Verschwendung erzeugt. Da bei der Hochgeschwindigkeitsantriebsvorrichtung
gemäß der ersten
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung die Zwischenstoppposition dagegen beliebig
eingestellt werden kann, ist es möglich, den Arbeitshub so einzustellen,
dass der Bewegungspfad des Elektrodenchips so kurz wie möglich gehalten werden
kann. Als Folge hiervon kann die Bearbeitungszeit reduziert werden.
In der Zeichnung bezeichnet W einen Schweißbereich oder - punkt.
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6 zeigt
eine Ausführungsform
einer Hochgeschwindigkeitsantriebseinrichtung, bei der das Schnellablassventil 3 der
weggelassen ist. Da die Hochgeschwindigkeitsantriebsvorrichtung
dieser Ausführungsform
das Schnellablassventil 3 nicht aufweist, wird die Zeit,
die von dem Moment, an dem der Dämpfungsmechanismus
seine Arbeit beginnt, bis zu dem Moment, zu dem die maximale Druckkraft
erreicht wird, länger
wird als bei der ersten erfindungsgemäßen Ausführungsform.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung werden ein Antriebsverfahren und eine Antriebsvorrichtung vorgeschlagen,
bei welchen eine Gesamtrückführposition
und eine Betriebsvorbereitungsposition (Zwischenstoppposition),
an welcher eine Kolbenstange 12 einem Werkstück bei relativ
kurzem Arbeitshub gegenüberliegt,
an der Kolbenstange 12 eines Druckzylinders, bspw. einer
Punktschweißpistole, eingestellt
werden. Die Zwischenstoppposition kann durch ein von außen gesandtes
Signal beliebig eingestellt werden, sodass in Anpassung an die Form des
Werkstücks
und dgl. keine übergroßen Hübe notwendig
werden.
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Die
Antriebsverzögerung,
die bewirkt wird, wenn der herkömmliche
Druckzylinder durch ein Schaltventil betätigt wird, wird soweit wie
möglich
eliminiert, indem an der Rückführposition
im Wesentlichen der gleiche Druck auf die an gegenüberliegenden
Seiten des Kolbens 12 angeordneten Druckkammern ausgeübt wird.