DE29609608U1

DE29609608U1 - Schweißzylinder

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Publication number: DE29609608U1
Application number: DE29609608U
Authority: DE
Original assignee: RMM RALF MUELLER METALLBEARBEI
Current assignee: RMM RALF MUELLER METALLBEARBEI
Priority date: 1996-05-30
Filing date: 1996-05-30
Publication date: 1996-08-14
Anticipated expiration: 2006-05-31

Description

Patentanwalt KARL.QiBiiKJtrt"V"^::"Äflio: Am Weinberg 15

Diplom-Physiker Staatl. Gepr. Übersetzer * D-35096 Niederweimar

European Patent Attorney _TeMon. _{(06421) 7862?}

Telefax: (06421) 71

29.05.1996 G 792 - Ot/kt

RMM Ralf Müller Metallbearbeitung GmbH, 35239 Steffenberg

Schweißzylinder Beschreibung

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Schweißzylinder für ein Punktschweißgerät gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.

In der Punktschweißtechnik verwendet man pneumatisch angetriebene Zylinder-Einheiten, die mit zwei oder mehr Kolben auf einer Kolbenstange eine Kraft-Übersetzung erzeugen, so daß bei kleinerem Kolbendurchmesser eine erhöhte Kraft übertragen wird. Um stabile Produkte zu erzielen, müssen die Schweißpunkte in vorgegebenen Abständen liegen. Dazu kann man Vorrichtungen vorsehen, die den Schweißzylinder oder die Werkstücke passend versetzen. Das ist jedoch allgemein aufwendig.

Günstiger sind Schweißzylinder, die sich dicht nebeneinander anbringen lassen. Sie enthalten typisch eine Kolbenstange mit zwei Kolben, die beiderseits eines als axiale Mittenführung ausgebildeten Ringkörpers in Laufbuchsen innerhalb des Zylindermantels verschieblich sind. Über äußere Anschlüsse besteht Verbindung zu einer Druckluft-Zufuhr und zur Außenluft. Für den Arbeitshub wird z.B. der vordere Kolben direkt mit Druckluft beaufschlagt, während dem zweiten Kolben Druckluft über Bohrungen in der Kolbenstange zugeführt wird. Zur Rückführung kann Druckluft über die Mittenführung eingespeist werden.

Ohne Dämpfung arbeiten solche Schweißzylinder sehr laut. Weil die Schlagkraft bis zu 5mal größer ist als die benötigte Schweißkraft, können am Werkstück unerwünschte Verformungen auftreten. Eine an sich bekannte Endlagen-Dämpfung erweist sich als nachteilig, weil sie zu erhöhten Taktzeiten führt; über eine Drossel erfolgt ein Luftpolster-Abbau nur mit Verzögerung, wodurch die Schweißkraft zu langsam entsteht Außerdem ändert sich der Zylinderhub beim Verschleiß der Elektroden und bei deren Ersatz.

Zwar wurde beispielsweise in DE 35 42 069 A1 ein Zylinderantrieb vorgeschlagen, der die Elektrodenbewegung vor dem Aufsetzen auf ein Werkstück kurz abbremsen soll, doch benötigt dieser Zylinder eine seitlich angeordnete Drosseleinrichtung; bei ohnehin großem Konstruktionsaufwand entsteht dadurch zusätzlicher Platzbedarf, was bei der Handhabung sehr stören kann.

Bei einem Zylinderantrieb mit zwei in Tandemanordnung geführten Kolben gemäß EP 0 465 955 B1 ist an einem Zwischenboden, der eine abgestufte Kolbenstange führt, achsparallel ein Schieber vorhanden, mit dem ein kreuzender Entlüftungskanal absperr- bzw. freigebbar ist. Die Kolbenstange ist am elektrodenabgewandten Ende durch eine Druckfeder gegenüber dem dort auf einem Schaftabschnitt geführten hinteren Kolben vorgespannt und über ein Membran-Rückschlagventil im Zylinderboden mit einem Luftanschluß verbindbar. Weil die Federkraft beim Arbeitshub überwunden werden muß und beim Rückhub den hinteren Kolben beschleunigt, können Axialschwingungen entstehen, die - neben unvermeidlichen Verzögerungen - die Effektivität des Antriebs beeinträchtigen und zu nachteiligem Verschleiß beitragen. Ähnliches gilt für eine verwandte Konstruktion gemäß DE 93 15 211 U1.

Die Erfindung will solchen und anderen Nachteilen herkömmlicher Vorrichtungen abhelfen. Ein wichtiges Ziel ist es, mit wirtschaftlichen Mitteln einen neuartigen Schweißzylinder zu schaffen, der bei möglichst unverzögertem Kraftaufbau eine ausreichende Dämpfung gewährleistet, um Lärm und Energieverluste weitestgehend herabzusetzen. Die Konstruktion sol! ferner einfach sein und die Verwendung handelsüblicher Bauteile erlauben, so daß durch Austausch von Einzelkomponenten nicht nur die Instandhaltung, sondern auch eine Umrüstung zu Bauvarianten erleichtert wird.

Hauptmerkmale der Erfindung sind in Anspruch 1 angegeben. Ausgestaltungen sind Gegenstand der Ansprüche 2 bis 7.

Bei einem Schweißzylinder für ein Punktschweißgerät, mit zwei oder mehr Kolben, die beiderseits eines als Mittenführung ausgebildeten Ringkörpers in Tandemanordnung auf einer mit Steuerbohrungen versehenen Kolbenstange und in Laufbuchsen innerhalb eines Zylindermantels zwischen Endkörpern verschieblich geführt sind, ferner mit Anschlüssen an eine Druckluftquelle sowie an eine Außenluftverbindung und mit einer am freien Ende der Kolbenstange vorhandenen Aufnahme für eine austauschbare Elektrodenanordnung, wobei sich im Ringkörper ein achsparallel zur Kolbenstange verschiebliches Stabelement quer zu einem Kanal befindet, der mit einem Anschluß und mit einer Drossel strömungsverbunden ist, sieht die Erfindung gemäß dem kennzeichnenden Teil von Anspruch 1 vor, daß eine im Ringkörper angeordnete Dämpfungseinrichtung entlang der Kolbenstange begrenzt verschieblich ist und einen auf dieser gelagerten Gleitring oder Steuerkolben aufweist, der über das als Stößel ausgebildete Stabelement mit einer Membran zusammenwirkt, welche die Kolbenstange in einer Ringkammer des Ringkörpers konzentrisch mit Abstand umgibt, wodurch eine Strömungsverbindung von einer Rückhubkammer zur Drossel besteht.

Dieser raumsparende Aufbau erweist sich als außerordentlich vorteilhaft. Weil die Dämpfungseinrichtung im Inneren geschützt angeordnet und zudem lageunabhängig wirksam ist, steht dem Anwender ein Gerät von einfacher Konstruktion zur Verfügung, das sich nicht nur gut handhaben läßt, sondern auch unabhängig vom jeweiligen Betriebsdruck und in beliebiger Position den rauhen Anforderungen der Praxis genügt. Man kommt mit Baumaßen und Bauteilen aus, welche den Platzbedarf herkömmlicher Geräte keinesfalls überschreiten. Die sehr einfachen Mittel der Erfindung ergeben eine betriebszuverlässige Steuer-Anordnung innerhalb des Ringkörpers, die weder Außeneinwirkungen noch nennenswertem Verschleiß ausgesetzt ist.

In der Gestaltung von Anspruch 2 bilden Steuerkolben, Stöße! und Membran zusammen ein entsperrbares Rückschlagventil, wodurch der Druckabbau vor dem Schweißzeitpunkt beschleunigt und der Kraftaufbau entsprechend unterstützt wird.

Laut Anspruch 3 weisen die Dämpfungseinrichtung sowie der Ringkörper Hohlräume bzw. Durchlässe auf, welche über die Kolbenstange mit den Anschlüssen

strömungsverbindbar sind, so daß man keine zusätzlichen Leitungselemente oder -wege benötigt.

Anspruch 4 sieht vor, daß die Strömungsverbindung (ein Kanal) zu dem einen Anschluß sich im Axialbereich zwischen Steuerkolben und Membran befindet und zu einem Drosselspalt hin erstreckt. Die Wege zu den aktiven Bauteilen und Bauteilflächen sind also kurz und deshalb konstruktiv klar zu realisieren.

Bevorzugt hat der Steuerkolben gemäß Anspruch 5 membranabgewandt eine Ringfläche, die um einen kolbenzahlabhängigen Faktor zwischen 1,5 und 3 größer ist als seine der Membran zugewandte Stirnfläche. Diese Auslegung gestattet eine rasch wirksame Dämpfung ebenso wie eine günstige Umsteuerung. Die Stößelbetätigung leitet den endgültigen Kraftabbau ein und bestimmt damit die wirksame Kraft am Ende der Kolbenstange der Kolbenstange.

Ein Schweißzylinder, dessen zwei Kolben beiderseits des Ringkörpers und zu den Endkörpern hin Arbeitshubkammern sowie eine Rückhubkammer und eine Leerkammer begrenzen, welch letztere eine Lüftungsöffnung aufweist, zeichnet sich nach Anspruch 6 dadurch aus, daß die wirksame Kolbenfläche an den Arbeitshubkammern um einen kolbenzahlabhängigen Faktor zwischen 1,5 und 3, vorzugsweise um den Faktor 2, größer ist als die wirksame Kolbenfläche an der Rückhubkammer. Infolgedessen kann die Kolbenstange den Arbeitshub fahren, wobei die Dämpfung gegen Ende des Arbeitshubes einsetzt und die Kraft kurz vor Stillstand voll wirksam wird. Indem gemäß Anspruch 7 der am Ende des Arbeitshubes in der vorderen Arbeitshubkammer herrschende Druck dem Steuerkolben zur Bewegung des Stößels zugeführt wird, entsteht an der dadurch abhebenden Membran ein Spalt, der aus der Rückhubkammer den Ausschub der Restluft beginnen läßt; sie kann über die im Bereich der Mittenführung vorhandenen Durchlässe ungedrosselt ins Freie entweichen.

Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus dem Wortlaut der Ansprüche sowie aus den folgenden Erläuterungen eines Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnung. Darin zeigen:

Fig. 1 einen Axialschnitt durch einen Schweißzylinder in Ruhestellung,
Fig. 1 a einen vergrößerten Ausschnitt des Mittelteils von Fig. 1,

Rg. 2 eine Schnittansicht ähnlich Fig. 1, jedoch in einer Zwischenstellung während eines Arbeitshubes,

Fig. 2a einen vergrößerten Ausschnitt des Mittelteils von Fig. 2,

Fig. 3 eine Schnittansicht ähnlich Fig. 1 und Fig. 2, jedoch in einer Zwischenstellung während eines Rückhubes,

Fig. 3a einen vergrößerten Ausschnitt des Mittelteils von Fig. 3,

Fig. 4 eine Querschnittsansicht entsprechend der Linie IV-IV in Fig. 3 und

Fig. 5 eine vergrößerte Teilschnittansicht entsprechend der Linie V-V in Fig. 3 und 3a.

Die Zeichnungen veranschaulichen einen allgemein mit Z bezeichneten Schweißzylinder, der an seinem Zylindermantel Druckluft-Anschlüsse A, D aufweist, die phasenweise auch zur Luftabfuhr dienen. Der Zylindermantel 1 ist durch einen Zyiinderboden 19 mit Fußflansch 30 abgeschlossen und enthält zwei Laufbuchsen 6, die durch einen zentralen Ringkörper 3 getrennt sind. Dieser bildet die Mittenführung für eine Kolbenstange 2, die abgestuft ausgebildet ist und aus dem Zylindergehäuse bzw. -mantel 1 mit einem Elektrodenhalter 16 hervorragt, der sich mit einem Elektrodenschaft 17 fortsetzt, welcher eine Elektrodenkappe 18 trägt. An diesem Ende ist der Zylindermantel 1 nach Einbau der im folgenden beschriebenen Elemente durch einen Führungsring 8 mit Sicherungsring 13 abgeschlossen. Dieser Aufbau ist an tatsächliche Anforderungen und örtliche Gegebenheiten anpaßbar.

Die Kolbenstange 2 hat einen Bund 21 an einem Absatz 22, der einen ersten oder vorderen Kolben 4 trägt und sich mit einem Schaft 23 fortsetzt. Dieser ist mit einer als Stichkanal ausgebildeten Radialbohrung F versehen, welche in eine innere Axialbohrung H mündet. Letztere durchsetzt auch ein Endstück 25, das mit einer Schulter 24 an den Schaft 23 anschließt und einen zweiten oder hinteren Kolben 5 trägt, der zum Ringkörper 3 hin einen Ansatz 15 aufweist und rückseitig mit einer Schraubverbindung S an der Kolbenstange 2 befestigt ist.

Der Zylinderboden 19 hat eine Ausnehmung 20, in welche die Schraubverbindung S eintritt, wenn die Kolbenstange 2 sich in ihrer Warte- bzw. Ruheposition befindet (Fig. 1). Die einander zugewandten Flächen des Zylinderbodens 9 und des hinteren Kolbens 5 liegen dann aneinander an, ebenso die einander zugewandten Flächen des Ringkörpers 3 und des vorderen Kolbens 4. Zwischen dem hinteren Kolben 5 und dem Ringkörper 3 ist nun eine Rückhubkammer C gebildet, während

zwischen dem vorderen Kolben 4 und dem Führungsring 8 eine Leerkammer G vorhanden ist, die nahe dem Führungsring 8 eine Lüftungsöffnung 29 aufweist. An den Gleitflächen der beweglichen Teile vorgesehene Ringdichtungen (krenzschraffiert) sind der besseren Übersicht halber nicht besonders gekennzeichnet.

Für den Übergang in eine Arbeitsposition (Fig. 2) wird der Anschluß A über eine (nicht dargestellte) Pneumatiksteuerung mit Druckluft beaufschlagt. Gleichzeitig ist der Anschluß D über ein (nicht gezeichnetes) Pneumatikventil samt Schalldämpfer mit der Außenluft verbunden. Die vom Anschluß A zugeführte Druckluft gelangt über die Ausnehmung 20 in eine Arbeitshubkammer B an der Rückseite des zweiten Kolbens 5 und durch die Bohrungen H, F hindurch in eine vordere Arbeitshubkammer E an der Rückseite des ersten Kolbens 4. Da in den Arbeitshubkammern B, E im wesentlichen gleicher Überdruck herrscht und die wirksame Fläche der Kolbenrückseiten etwa doppelt so groß ist wie die wirksame Kolbenfläche in der Rückhubkammer C vor dem Ringkörper 3, steigt der Luftdruck in der Kammer C auf etwa das Doppelte des Arbeitsdruckes, so daß die Kolbenstange den Arbeitshub bis zum Stillstand fährt. Kurz davor wird die unten erläuterte Dämpfungseinrichtung in Verbindung mit einer Drossel 12 wirksam.

Ein Kanal I des mit dem Anschluß D versehenen Ringkörpers 3 führt in dessen Innenbereich, der von dem Schaft 23 der Kolbenstange 2 axial durchsetzt ist. Mit einer Randkante 27 kann der Gieitring bzw. Steuerkolben 7 innerhalb eines Sicherungsringes 14 an den Absatz 22 heranreichen (Fig. 1a). Die zur Randkante 27 entgegengesetzte Stirnfläche 26 des Steuerkolbens 7 begrenzt einen Drosselspalt J vor einer inneren Stufe 31 des Ringkörpers 3. Der Drosselspalt J steht mit einem Längskanal N in Verbindung, welcher quer zu einem Durchlaß P verläuft und einen Stößel 11 aufnimmt, der zwischen einer Stützfläche 28 des Steuerkolbens 7 und einer Membran 10 achsparallel zum Schaft 23 angeordnet ist. Die Membran 10 ist durch einen Haltering 9 in einer Ringkammer R des Ringkörpers 3 gehalten (vergl. Fig. 2a und 3a). Der maximale Hub des Steuerkolbens 7 ist mit w bezeichnet.

Die neben der Randkante 27 befindliche Ringfläche L des Steuerkolbens 7 ist so bemessen, daß sie beispielsweise 1,8mal größer ist als die Stirnfläche 26 am Drosselspalt J. Der Druck in der Arbeitshubkammer E wirkt mit der an der Ringfläche L übersetzten Kraft auf diese; überwiegt das die Kraft an der Stirnfläche 26,

die aus deren Flächenprodukt mit dem Druck In der Rückhubkammer C resultiert, so setzt sich der Steuerkolben 7 in Bewegung und drückt mit dem Stößel 11 die Membran 10 weg. Dadurch entsteht der Spalt M (Fig. 3a), so daß die Restiuft der Kammer C über die Durchlässe P (vergl. Fig. 5) ungedrosselt durch den Anschluß D ausgeschoben wird. Eine Zwischenstellung des Rückhubes zeigt Fig. 3 bzw. 3a.

Für den Rückhub nach Beenden des Schweißvorganges wird der Anschluß D mit Druckluft beaufschlagt und gleichzeitig der Anschluß A über das {nicht gezeigte) Pneumatikventii samt Schalldämpfer mit der Außenluft verbunden. Weil in dieser Position (Fig. 2) der Anschluß A mit Kammer B und die Kammer E über die Bohrungen F, H miteinander in Strömungsverbindung stehen, erfolgt die Entspannung unter Luftausschub und die Kolbenstange 2 fährt ein. Da der Drosselspalt J stets mit der Rückhubkammer C in Verbindung ist und die Arbeitshubkammer E nun drucklos wird, gelangen der Steuerkolben 7, die Membran 10 und der Stößel 11 in die Ausgangsposition (Fig. 1). Man erkennt, daß diese Dämpfungseinrichtung 7, 10, 11 wie ein entsperrbares Rückschlagventil funktioniert. Zur Öffnung fährt der Steuerkolben 7 mit seiner Stirnfläche 26 an die Stufe 31 im Ringkörper 3 heran, so daß die Steuerkammer K geschlossen und die Membran 10 um die Axialbreite des Spaltes M abgehoben wird (Fig. 3a).

Aus den Zeichnungen geht ferner hervor, daß nach dem Rückhub des Schweißzylinders Z in seine Warteposition der Luftanschluß D sowie die Kammern C, I, J, K unter Druck stehen (Fig. 2). Für den Arbeitshub werden die Kammern B und E gleichzeitig mit Druckluft gespeist, während vom Rückhub in der Kammer C noch vorhandene Luft über die Drossel 12 bzw. den Drosselspalt J ausgeschoben wird. Ist der Schweiß Vorgang beendet, so erfolgt durch Umsteuerung an den Anschlüssen die Druckluftzufuhr in die Kammer C, während die Restluft aus den Kammern B und E durch den Anschluß A ausgeschoben wird. Die Dämpfungseinrichtung 7, 10, 11 verhindert den harten Anschlag der Kolben 4, 5 an den rückseitigen Flächen des Ringkörpers 3 bzw. des Führungsringes 8. Die am Ende des Arbeitshubes bestehenden Druckverhältnisse können erfindungsgemäß die Einleitung des Rückhubes unterstützen (Fig. 3, 3a).

Sämtliche aus den Ansprüchen, der Beschreibung und der Zeichnungen hervorgehenden Merkmale und Vorteile, einschließlich konstruktiver Einzelheiten und räumlicher Anordnung, können sowohl für sich als auch in den verschiedensten Kombinationen erfindungswesentlich sein.

Bezugszeichenliste

1	Zylindermantel	A₁D	J	Druckluft-Anschlüsse
2	Kolbenstange	B, E	K	Arbeitshubkammern
3	[Zentral-] Ringkörper	C	L	Rückhubkammer
4	erster Kolben	F₁H	M	Bohrungen
5	zweiter Kolben	G	N	Leerkammer
6	Laufbuchse	1	P	Kanal
7	Gleitring / Steuerkolben	R	Drosselspalt
8	Führungsring	S	Steuerkammer
9	Haltering	W	Ringfläche (von 7)
10	Membran	Z	Spait
11	Stößel		Längskanal
12	Drossel		Durchlässe
13	Sicherungsring		Ringkammer
14	Sicherungsring		Schraubverbindung
15	Ansatz		Hub
16	Elektrodenhalter		Schweißzylinder
17	Elektrodenschaft
18	Elektrodenkappe
19	Zylinderboden
20	Ausnehmung
21	Bund
22	Absatz
23	Schaft
24	Schulter
25	Endstück
26	Stirnfläche
27	Rand kante
28	Stützfläche
29	Lüftungsöffnung
30	Fußflansch
31	Stufe

Claims

Sch utzansp rüche

1. Schweißzylinder für ein Punktschweißgerät, mit zwei oder mehr Kolben (4; 5), die beiderseits eines als Mittenführung ausgebildeten Ringkörpers (3) in Tandemanordnung auf einer mit Steuerbohrungen (F, H) versehenen Kolbenstange (2) und in Laufbuchsen (6) innerhalb eines Zylindermantels (1) zwischen Endkörpern (8, 19) verschieblich geführt sind, ferner mit Anschlüssen (A, D) an eine Druckluftquelle sowie einer Außenluftverbindung und mit einer am freien Ende der Kolbenstange (2) vorhandenen Aufnahme (16) für eine austauschbare Elektrodenanordnung (17, 18), wobei sich im Ringkörper (3) ein achsparallel zur Kolbenstange (2) verschiebliches Stabelement (11) quer zu einem Kanal (P) befindet, der mit dem einen Anschluß (D) und mit einer Drossel (12) strömungsverbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß eine im Ringkörper (3) angeordnete Dämpfungseänrichtung (7, 9, 11) entlang der Kolbenstange (2) begrenzt verschieblich ist und einen auf dieser gelagerten Gleitring oder Steuerkolben (7) aufweist, der über das als Stößel ausgebildete Stabelement (11) mit einer Membran (10) zusammenwirkt, welche die Kolbenstange (2) in einer Ringkammer (R) des Ringkörpers (3) konzentrisch mit Abstand umgibt, wodurch eine Strömungsverbindung von einer Rückhubkammer (C) zur Drossel (12) besteht.

2. Schweißzylinder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Steuerkolben (7), Stößel (11) und Membran (10) zusammen ein entsperrbares Rückschlagventil bilden.

3. Schweißzylinder nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Dämpfungseinrichtung (7, 10, 11) sowie der Ringkörper (7) Hohlräume bzw. Durchlässe (I, J, K, M, N) aufweisen, welche über die Steuerbohrungen (F, H) der Kolbenstange (2) mit den Anschlüssen (A, D) strömungsverbindbar sind.

4. Schweißzylinder nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungsverbindung (Kanal I) zu dem einen Anschluß (D) sich im Axialbereich zwischen Steuerkolben (7) und Membran (10) befindet und zu einem Drosselspalt (J) hin erstreckt.

5, Schweißzyiinder nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerkolben (7) membranabgewandt eine Ringfiäche (L) aufweist, die um einen kolbenzahlabhängigen Faktor zwischen 1,5 und 3 größer ist als seine der Membran (10) zugewandte Stirnfläche (26).

6, Schweißzylinder nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die beiden Kolben (4; 5) beiderseits des Ringkörpers (3) und zu den Endkörpern (8; 19) hin Arbeitshubkammern (B, E) sowie eine Rückhubkammer (C) und eine Leerkammer (G) begrenzen, welch letztere eine Lüftungsöffnung (29) aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die wirksame Koibenfläche an den Arbeitshubkammern (B, E) um einen kolbenzahlabhängigen Faktor zwischen 1,5 und 3, vorzugsweise um den Faktor 2, größer ist als die wirksame Kolbenfläche an der Rückhubkammer (C).

7, Schweißzylinder nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der am Ende des Arbeätshubes in der vorderen Arbeitshubkammer (E) herrschende Druck dem Sieuerkolben (7) zur Bewegung des Stößels (11) zuführbar ist.