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Widerstands -Abbrenn - Stumpfschweißmas chine Die Erfindung bezieht
sich auf eine Widerstands-Abbrenn-Stumpfschweißmaschine mit einer pneumatisch-hydraulischen
Druckvervielfachungseinrichtung unter Verwendung von Differentialkolbenanordnungen
für den Antrieb des beweglichen Schlittens in der Abbrenn- und in der Stauchphase
mit unterschiedlicher Kraft.
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Bei den bekannten Schweißmaschinen dieser Art wird entweder das Ausmaß
der Druckvervielfachung während des Abbrennens und des Stauchens konstant gehalten,
oder es werden getrennte Einrichtungen zur Vervielfachung des Druckes für beide
Zwecke verwendet. Beide bekannten Ausführungsformen weisen gewisse Nachteile hinsichtlich
der Kompliziertheit des Aufbaues auf, und es ist daher Zweck der Erfindung, eine
Druckanlage zur Betätigung des bewegten Kopfteiles derartiger Schweißmaschinen zu
schaffen, bei der diese Nachteile vermieden sind.
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Die Erfindung besteht darin, daß diese Einrichtung aus einem in einem
einzigen Druckluftzylinder angeordneten Kolben besteht, der gleichzeitig auf zwei
Tauchkolben wirkt, die verschiedene Durchmesser aufweisen und in hydraulischen Druckkammern
arbeiten, und daß die Einrichtung ferner Ventile aufweist, welche wahlweise gleichzeitig
eine Verbindung zwischen den beiden Druckkammern und dem Stempelzylinder oder zwischen
der Druckkammer mit dem kleineren Kolben und dem Stempelzylinder und eine Verbindung
der anderen Druckkamtner mit einem Flüssigkeitsbehälter bewirken.
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Die beiden Tauchkolben sind vorzugsweise koaxial angeordnet.
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Die Erfindung wird nachfolgend an Hand eines Ausführungsbeispiels
mit Hilfe von Zeichnungen beschrieben. Es zeigt Fig.1 die Vorderansicht einer Widerstands-Abbrenn-Stumpfschweißmaschine
nach der Erfindung, Fig. 2 einen Querschnitt nach der Linie 2-2 von Fig. 1 in größerem
Maßstab, wobei die Druckanlage im Ruhezustand dargestellt ist, Fig. 3 einen Querschnitt
nach Fig. 2, wobei die Anlage während des Abbrennvorganges dargestellt ist, Fig.
4 einen Querschnitt nach Fig. 2, wobei die Anlage während des Stauchens der Werkstücke
dargestellt ist, und Fig. 5 einen Teil des Grundrisses nach der Linie 5-5 von Fig.
2.
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Wie Fig. 1 zeigt, besteht die Schweißmaschine aus einem Rahmen 10,
auf dem ein festes Kopfteil 11 und ein bewegliches Kopfteil 12 angeordnet sind.
Die Kopfteile 11 und 12 weisen Klemmvorrichtungen 13 und 14 auf, mit denen Werkstücke,
wie z. B. 15 und 16, eingespannt werden können, wobei der Schweißstrom den Werkstücken
z. B. durch die Klemmvorrichtungen 13 und 14 zugeführt werden kann. Auf dem Rahmen
10 ist ein Kraftantrieb 17 zur Betätigung des beweglichen Kopfteiles 12 angeordnet,
der aus einem Block 18 besteht, in dem ein Zylinder 19 (Fig. 2 bis 5) ausgebildet
ist und in dem seinerseits ein Hauptstempel 21 (Fig. 5) angeordnet ist, der ein
aus dem Zylinder 19 herausragendes Teil 22 aufweist, das bei 23 mit dem beweglichen
Kopfteil 12 verbunden ist. Auf dem Oberteil des Blockes 18 ist ein Flüssigkeitsbehälter
24, vorzugsweise für Öl, angeordnet. Der Block und ein von ihm sich nach abwärts
erstreckender Fortsatz 25 weisen eine vertikal angeordnete zylindrische Öffnung
auf, welche eine obere hydraulische Druckkammer 26 bildet, die mit dem unteren Ende
in eine untere zylindrische, hydraulische Druckkammer 27 mit einem Verschlußteil
28 am unteren Ende des Fortsatzes 25 mündet. Über den Behälter 24 ist ein Druckluftzylinder
29 angeordnet, der mit den Druckkammern 26 und 27 koaxial angeordnet ist.
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Wie die Fig. 2 bis 4 zeigen, ist ein im Druckluftzylinder 29 gleitender
Kolben 31 an einem Schaft 32 befestigt, der sich nach abwärts durch den Behälter
24 hindurch erstreckt und Tauchkolben 33 und 34 bildet, die in den Druckkammern
26 und 27 arbeiten. Der Tauchkolben 33 sitzt mit engem Gleitsitz in einer Führungshülse
35, die am oberen Ende der Druckkammer 26 angeordnet ist, während der Tauchkolben
34 mit engem Gleitsitz in einer Führungshülse 36 angeordnet ist, die sich am oberen
Ende der Druckkammer 27 befindet. Die Führungshülsen sind in der
Wandung
der Druckkammer, in welcher sie angeordnet sind, dicht eingepaßt, während die Tauchkolben
ebenfalls im wesentlichen flüssigkeitsdicht in die Führungshülsen eingepaßt sind.
Die Führungshülse 35 ist in der Druckkammer 26 mittels eines an ihrem oberen Ende
angeordneten Flansches 37 axial fest angeordnet und steht im Eingriff mit einem
an der Druckkammer ausgebildeten Schulterteil. Ihre Aufwärtsbewegung wird durch
einen Ring 38 verhindert, der ein Auflager für eine Feder 39 bildet, die nach aufwärts
gegen den Kolben 31 wirkt. Die Führungshülse 36 weist einen Flansch 41 auf, der
mit einem Ansatz am unteren Ende der Druckkammer 27 zusammenwirkt und der durch
ein Endstück des Verschlußgliedes 28 von verringertem Durchmesser gehalten wird,
welches ein Gewinde aufweist und in ein entsprechendes Gewinde eingeschraubt ist,
das unterhalb des schulterähnlichen Ansatzes in der Druckkammer 27 angeordnet ist.
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Das untere Ende des Tauchkolbens 33 weist Kanäle auf, z. B. schräge
Bohrungen 42 (Fig. 2 bis 4), mit deren Hilfe eine freie Verbindung zwischen dem
Behälter 24 und der Druckkammer 26 hergestellt wird, wenn sich der Kolben in der
in Fig. 2 dargestellten oberen Lage befindet. In ähnlicher Weise ist auch das untere
Ende des Kolbens 34 mit Kanälen versehen, ,vie z. B. einer Axialbohrung 43 und seitlich
darin einmündenden Bohrungen, zu dem Zweck, zwischen den beiden Druckkammern eine
Verbindung herzustellen, wenn sich der Tauchkolben 34 in der untersten Stellung
befindet.
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Von der Druckkammer 26 führt ein Kanal 44 mit relativ großer Querschnittsfläche
zum Behälter 24, dessen Durchgang durch ein Kolbenventil 45 gesteuert ist, welches
durch eine Feder 46 in die in den Fig. 2 und 3 dargestellte Lage gedrängt wird,
in welcher es den Kanal 44 schließt, und das mittels eines Solenoids 47 in die in
Fig. 4 dargestellte Lage gebracht werden kann, in welcher die genannten Kanäle geöffnet
sind. Ein weiterer Kanal 48 mit relativ großem Ouerschnitt führt von der Druckkammer
27 zu dem Hauptzylinder 19. Im Kanal 48 ist ein Rückschlagventil49 mit einer Umleitung
51 angeordnet, die eine Vorrichtung 52 zur Veränderung des Querschnitts aufweist.
Von der Druckkammer 26 führt ein Kanal 53 mit relativ enger Bohrung zu einem Regelventil
54, welches bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel aus einem Ventil mit konischer
-Tadel besteht, während ein weiterer Kanal 55 von dem Regelventil 54 in der Nähe
des Zylinders 19 in den Kanal 48 führt und in dem ein weiteres Rückschlagventil
56 angeordnet ist. Vom Kanal 53 zweigt zwischen der Druckkammer 26 und dem Regelventil
54 ein weiterer Kanal 57 ab, der zwischen dem Regelventil 54 und dem Rückschlagventil
56 in den Kanal 55 führt und welcher durch ein Schieberventil 58 gesteuert ist,
das ähnlich wie das Schieberventil 45 ausgebildet ist, wobei das, Schieberventil
58 durch eine Feder 59 in die in den Fig. 2 bis 4 dargestellte Lage gedrängt wird,
in welcher es den Kanal 57 schließt, und das mittels eines Solenoids 61 in eine
Lage gebracht werden kann, in welcher es ermöglicht, daß Druckflüssigkeit direkt
von dei Druckkammer 26 in den Hauptzylinder 19 gelangen kann, ohne durch das Regelventil
54 hindurchgehen zu müssen.
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Die Druckluftzuführung zum Druckluftzylinder 29 wird durch zwei Ventile
62 und 63 gesteuert, wobei das Ventil 62 mit einer Druckluftquelle in Verbindung
steht, mit deren Hilfe verschiedene Drücke etwa zwischen 1,4 und 5,6 atü erzeugt
werden können, wäh-_rend das Ventil 63 mit einer Druckluftqueile von wesentlich
höherem Druck in Verbindung steht, der z. B. 5,6 atü betragen kann. Die Ventile
62 und 63 werden durch Solenoide 64 und 65 gesteuert, wobei das Ventil 62 den Druckluftzylinder
entweder mit einem Auslaßrohr oder mit der Druckluftzuführung verbindet, während
dagegen das Ventil 63 ein einfaches Abstellventil ist.
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Der Fortsatz 22 des Stempels 19 weist eine Schulter 66 auf, die mit
einer Platte 67 in Eingriff kommt, die ihrerseits durch Zugstangen 68 mit einer
am hinteren Ende des Blockes 18 angeordneten Platte 69 verbunden ist. Die Platte
69 trägt einen Zylinder 71, in dem ein Kolben 72 verschiebbar angeordnet und mit
der hinteren Fläche des Blockes 18 fest verbunden ist. Ein nicht dargestelltes Ventil
ähnlich den Ventilen 62 und 63 steuert die Druckluftzufuhr zum Zylinder 71. Die
Platte 67 trägt ferner eine Stange 73, die sich in ein Steuerungsgehäuse 74 erstreckt
und welche an bestimmten Stellen des Hubes des Stempels 21 Schalter 75 bis 78 (Fig.
2 bis 5) zur Steuerung der verschiedenen Ventile betätigt.
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Die Maschine nach der Erfindung arbeitet wie folgt: Die zusammenzuschweißenden
Werkstücke 15, 16 werden zunächst, wie Fig. 1 zeigt, in die Maschine eingesetzt
und durch Hin- und Herbewegen des beweglichen Kopfteiles 12 bei eingeschaltetem
Schweißstrom erhitzt. Das Hin- und Herbewegen des beweglichen Kopfteiles wird durch
wechselweise Betätigung des Ventils 62 bewirkt, durch welches Druckluft in den Druckluftzylinder
29 eingeführt wird, während das mit dem Zylinder 71 zusammenwirkende Ventil betätigt
wird, so daß auch Druckluft in diesen Zylinder gelangt. Die Zuführung von Druckluft
in den Druckluftzylinder 29 mit Hilfe des Ventils 62 bewirkt, daß sich der Kolben
31 und die Kolbenstange 32 nach abwärts bewegen, wobei zunächst die Kanäle 42 und
43 geschlossen werden, so daß die Druckkammern 26 und 27 voneinander getrennt sind
und wodurch bewirkt wird, daß Druckflüssigkeit aus den beiden Druckkammern herausgesaugt
und in den Hauptzylinder 19 gedrückt wird, um den Stempel 21 vorwärts zu bewegen.
Der Schalter 78 wird während des Vorheizens geschlossen gehalten, so daß die Druckflüssigkeit
von der Druckkammer 26 zum Stempelzylinder 19 fließt, ohne das Regelventil 54 zu
passieren, so daß der Vorschub des beweglichen Kopfteiles 12 mit relativ großer
Geschwindigkeit erfolgt. Die Geschwindigkeit des Rückhubes wird durch die einstellbare
Drosselöffnung 52 gesteuert, da die gesamte Druckflüssigkeit, die vom Stempelzylinder
19 zurückfließt, den Kanal 48 passieren muß. Die wahlweise Betätigung der Ventile,
welche die Druckluftzuführung zu den Zylindern 49 und 71 steuern, kann von Hand
oder selbsttätig erfolgen. Die selbsttätige Betätigung kann beispielsweise durch
die Spannungsänderungen im Schweißstromkreis bewirkt werden, welche durch das öffnen
und Schließen des Kontaktes zwischen den Werkstücken entstehen.
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Wenn die Werkstücke genügend vorgewärmt sind, wird über das Ventil
63 dem Druckluftzylinder 29 Druckluft zugeführt, während gleichzeitig der Schalter
78 geöffnet wird, um das Solenoid 61 stromlos zu machen, so daß das Ventil 58 die
Leitung 57 schließen kann und die von der Druckkammer 26 zum Stempelzylinder 19
fließende Druckflüssigkeit das Regelventil 54 passieren muß, wodurch der Vorschub
des Werkstückes 16 zum Werkstück 15 hin durch die Einstellung des Regelventils gesteuert
wird. Das Regelventil ist auf eine Vorschubgeschwindigkeit eingestellt,
welche
der Abbrenngeschwindigkeit des Werkstückes entspricht, so daß der Abbrennvorgang
stets aufrechterhalten wird (Fig. 3).
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Nach einer bestimmten Bewegung des Werkstückes 16 betätigt die Stange
73 den Schalter 77, damit das Ventil 45 in die in Fig.4 dargestellte Stellung gelangt.
Dadurch wird bewirkt, daß Druckflüssigkeit von der Druckkammer 26 ohne Arbeitsleistung
in den Behälter 24 zurückkehrt, während Druckflüssigkeit zum Stempelzylinder 19
nur von der Druckkammer 27 aus gelangen kann. Da die Druckkammer 26 nun frei mit
dem Behälter 24 verbunden ist, beträgt der in der Druckflüssigkeit erzeugte Druck
das Mehrfache des im Druckluftzylinder 29 vorhandenen Druckes, wobei der Flüssigkeitsdruck
von dem Flächenverhältnis der Kolben 34 und 31 abhängt, anstatt, wie bei geschlossenem
Ventil, ein Mehrfaches des Luftdruckes zu sein und von dem Flächenverhältnis des
Tauchkolbens 33 und des Kolbens 31 abzuhängen. Es wird daher im Stempelzylinder
19 ein erheblich vergrößerter Druck zum Aneinanderpressen der Werkstücke erzeugt.
Da der Druckluftzylinder 29 bereits unter Druck steht, wenn das Ventil 45 geöffnet
ist und die Flüssigkeit bereits aus der Druckkammer 27 zum Stempelzylinder 19 fließt,
entsteht keine wesentliche Zeitverzögerung vor dem Aufbau des auf die Werkstücke
einwirkenden Stauchdruckes, so daß das Stauchen fast augenblicklich nach dem Öffnen
des Ventils erfolgt. Auf diese Weise entsteht vor dem Stauchen nur ein geringer
Wärmeverlust.
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Wenn das Stauchen beendet ist, wird der Luftdruck aus dem Zylinder
29 abgelassen und die Druckluft dem Zylinder 71 zugeführt, um das bewegliche Kopfteil
zurückzuziehen; während dieser Rückwärtsbewegung und während der entsprechenden
Bewegungen beim Vorheizen fließt Druckflüssigkeit vom Stempelzylinder 19 in die
Druckkammer 27 über den Kanal 48 und die verstellbare Drosselöffnung 52 zurück.
Das Rückschlagventil56 verhindert, daß Druckflüssigkeit von der Druckkammer 26 aus
zurückfließen kann. Da von beiden Druckkammern aus Druckflüssigkeit in den Stempelzylinder
19 eingeführt wird, ist die abzuführende Flüssigkeitsmenge größer als diejenige,
welche aus der Druckkammer 27 entfernt wird, so daß die zurückfließende Flüssigkeit
das Anheben der Tauchkolben bis zum oberen Totpunkt gewährleistet, weil die überschüssige
Flüssigkeitsmenge aus der Druckkammer 27 in die Druckkammer 26 entweichen muß, was
nur über den geöffneten Kanal 43 möglich ist.