DE3125081C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Druckzylinder, insbeson­ dere zur Verstellbewegung von Elektroschweißelektroden gemäß Oberbegriff des Hauptanspruches.

Druckzylinder der genannten Art sind nach der DE-PS 8 19 609 und 12 97 478 bekannt. Der Druckzylinder nach der DE-PS 12 97 478 bedarf bei entsprechendem Bauaufwand dreier druckluftbeaufschlagter Flächen, wobei zur Druckluftzuführung aufgrund der Gesamtkonstruktion ein periphäres Zuleitungssystem erforderlich ist. Außerdem besteht keine eindeutige Trennung zwischen den Betriebs­ medien (Preßluft/Öl), d. h., es besteht unvermeidbar die Gefahr, daß Luft mit entsprechend nachteiligen Folgen in das Öl eindringen kann. Ferner ist es nicht möglich, was beim vorgesehenen Verwendungszweck wichtig ist, ei­ ne schlagartige Lösung der Schweißelektrode nach dem Schweißvorgang zu bewirken.

Abgesehen davon, daß eine getrennte Beaufschlagung für den Eil- und Arbeitshub (Heranfahren an die Schweiß­ stellen und Anpressen) erforderlich ist, baut dieser vorbekannte Druckzylinder bezüglich seiner Außenabmes­ sungen relativ groß, zu welcher Größe noch das peri­ phäre Leitungssystem hinzukommt.

Beim Druckzylinder nach der DE-PS 8 19 609 handelt es sich um ein Kolbengetriebe mit Eilweg, wobei der Hauptkolben Kanäle besitzt, durch welche während der Eilhübe die Flüssigkeit direkt von der einen auf die andere Seite des Hauptkolbens fließen kann und welche von dem gleichachsig zum Hauptkolben angeordneten Eilgangkolben nach dem Ventil- oder Schieberprinzip gesteuert, d. h. beim Beginn des Preßhubes verschlossen und beim Beginn des Eilrückhubes geöffnet werden. Für den Eilhub bis zum Aufsetzen auf einen Widerstand ist es dabei erforderlich, den Hauptkolben zu beaufschlagen, oder in sonst geeigneter Weise anzutreiben. Dabei wird der andere Kolben einfach mitgeschleppt, der in diesem Fall als reiner Ventilkolben mit entsprechender Öffnungs- und Schließfunktion für die im Hauptkolben befindlichen Überströmkanäle bezeichnet werden kann. Für den eigent­ lichen Preßhub wird der Hauptkolben über eine Zuleitung unmittelbar beaufschlagt, wobei die unter dem Haupt­ kolben befindliche Flüssigkeit je nach Preßhubhöhe nach außen abgeführt werden muß. Der Rückschub erfolgt unter Flüssigkeitsausgleich durch die dann wieder geöffneten Kanäle unter der Wirkung des anderen Kolbens. Dieses Funktionsprinzip verlangt die Anordnung entsprechender Betriebsmittelzu- und -ableitungen nicht nur am Zylinder für den Hauptkolben, sondern auch am Zylinder für den anderen Kolben einschließlich entsprechender äußerer Umsteuerelemente für alle diese Leitungen, einen be­ sonderen Flüssigkeitsaufnahmeraum und Mittel für die Hubbewegung des Hauptkolbens bis zum Aufsetzen auf den Widerstand, sofern man diese Bewegung sich nicht dem Schwerkraftprinzip (wie als möglich in Betracht ge­ zogen) überlassen wird.

Ausgehend vom Druckzylinder nach der DE-PS 8 19 609 liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Druckzylinder zu schaffen, bei dem die Gesamthubbewegungen al­ lein durch den beidseitig beaufschlagbaren Niederdruck­ kolben bewirkt werden können unter Beachtung der Maßga­ be des Einsatzes möglichst weniger Bauteile bei kleinen Außenabmessungen und einer, abgesehen von der notwendi­ gen Betriebsmittelzuführung von außen, konsequenten Be­ triebsmittelführung innerhalb des ganzen Systems, in dem aber die Betriebsmittelkomponenten derart vonein­ ander getrennt gehalten sein sollen, daß ein Zutritt von Preßluft in das Öl mit Sicherheit vermieden ist und wobei schließlich auch ein schlagartiges Ablösen des Schweißwerkzeuges nach Vollzug der Schweißung gewähr­ leistet sein soll.

Diese Aufgabenstellung, deren Erfüllung insgesamt alle Funktionsnotwendigkeiten bei einfacher und relativ kleiner Baugröße berücksichtigt, ist nach der Erfin­ dung durch das im Kennzeichen des Hauptanspruches Er­ faßte gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen bzw. Aus­ führungsformen ergeben sich nach den Unteransprüchen.

Durch diese erfindungsgemäße Lösung kann, da alle not­ wendigen Strömungskanäle im Hochdruckkolben verlau­ fen, auf alle periphären Leitungen verzichtet wer­ den und alle Bewegungen werden allein durch Beauf­ schlagung des Niederdruckkolbens mit Preßluft bewirkt, ohne daß es dazu äußerer Umsteuerventile bedarf. Ab­ gesehen davon, daß der einfache und klar gegliederte Aufbau eine einfache Montage zuläßt, ist auf ebenso einfache Weise außerdem dafür gesorgt, daß kein Luft­ eintritt in das Öl erfolgen kann und daß die Lösung des ggf. fest an der Schweißstelle mit angebackenen Schweißwerkzeuges schlagartig bewirkt wird.

Der erfindungsgemäße Druckzylinder wird nachfolgend anhand der zeichnerischen Darstellung von Ausführungs­ beispielen näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 einen Längsschnitt durch den gesamten Druck­ zylinder;

Fig. 2 im Schnitt eine andere Ausführungsform des unteren, arbeitsseitigen Endes des Druck­ zylinders;

Fig. 3 im Schnitt eine besonders einfache und be­ vorzugte Ausführungsform der beiden Kolben;

Fig. 4 einen Schnitt längs der Linie IV-IV gemäß Fig. 1 und

Fig. 5 im Schnitt eine weitere bevorzugte Ausfüh­ rungsform.

Wie insbesondere aus Fig. 1 erkennbar, liegen nahezu sämliche, für die Funktion des Druckzylinders wesent­ lichen Teile im Hochdruckkolben 4, dessen Kolbenstan­ ge 4′ abgedichtet nach unten aus dem Zylinder 17 herausgeführt ist, so daß dort in geeigneter Weise eine Schweißelektrode (nicht dargestellt) angebracht werden kann. Die erforderliche Trennwand 30 ist, wie erkennbar, zwischen zwei Hülsenteilen 28, 29 im Zylin­ der 17 angeordnet und fixiert, wodurch sich denkbar einfache Ein- und Ausbauverhältnisse ergeben.

Die Kolbenstange 4′ bildet in der Praxis natürlich mit dem Hochdruckkolben 4 kein einheitliches Teil, wie dargestellt, sondern ist als separates Teil von unten angeflanscht, allein schon um das Kugelventil 9 und den Ringbund des Rückhubanschlages 8 am Ende des Nie­ derdruckkolbens 3 anbringen zu können.

Wesentlich ist nun, daß der im Hochdruckkolben 4 ange­ ordnete Tauchraum für das untere, als Ventilschie­ ber ausgebildete Ende 2 des Niederdruckkolbens 3 in zwei beim Eilweg abgedichtete und beim Kraftweg mit­ einander verbundene Kammern 1, 1′ gegliedert ist. Der ölgefüllte, mittels eines Spannelementes 5, das ver­ schieden ausgebildet sein kann (Fig. 1, 2), unter Druck gehaltene Ausgleichsraum 6 steht über die obere Kammer 1 und einen Überströmkanal 15 mit Abströmteil 15′ mit der Beaufschlagungsfläche 7 des Hochdruckkol­ bens 4 bzw. mit der Druckkammer 10 in Verbindung. Nach oben ist der Zylinder wie üblich mit einem Zylinderkopf 31 abgeschlossen und nach unten mit einer Bodenplatte 33, durch die jedoch die unter dem Spannelement 5 be­ findliche Kammer nicht gegen die Atmosphäre abgeschlos­ sen ist, d. h. die Platte 33 hat nur eine Stütz- und Haltefunktion für das Hülsenteil 29 und im Falle die­ ses Ausführungsbeispieles für eine Druckfeder 16, die durch das in Form eines Ringkolbens 18 ausgebildete Spannelement 5 das gesamte Ölvolumen (in den Kammern 6, 10 und sämtliche Hohlräume im Hochdruckkolben 4) unter Druck hält.

Eil- und Krafthub werden ausschließlich durch Preßluft­ beaufschlagung über den Preßluftanschluß 32 und den Tellerkolben 3′ des Niederdruckkolbens 3 bewirkt, und der Rückhub erfolgt über den Preßluftanschluß 34. Son­ stige äußere Leitungsführungen sind nicht erforderlich.

Wird der Tellerkolben 3′ beaufschlagt, so fährt er mit dem Niederdruckkolben 3 nach unten, wobei aber der Hochdruckkolben 4 voll mitgenommen wird und zwar aufgrund folgender Voraussetzungen:
Öl kann aus der Ausgleichskammer 6 durch den Über­ strömkanal 15 (es können mehrere vorgesehen sein), die obere Kammer 1 und den Abströmkanal 15′ in die Druck­ kammer 10 überströmen;
die Kammer 1 ist gegen die Kammer 1′ des Tauchraumes mit einer Dichtung 13 abgedichtet;
das Ventil 9 (Rückschlagkugelventil) hält die Kammer 1′ geschlossen.

Sobald die Schweißelektrode auf die Schweißstelle des Werkstückes aufgesetzt hat, kann der Hochdruckkolben 4 bzw. seine Kolbenstange 4′ nicht mehr weiter, obgleich der Niederdruckkolben 3 weiterdrückt, d. h., der sich in der unte­ ren Kammer 1′ erhöhende Druck kann sich über den ge­ drosselten Ölausgleichskanal 11 in die obere Kammer 1 langsam entspannen, d. h. Öl fließt gedrosselt von 1′ nach 1. Der Ölausgleichskanal 11 ist nur gestrichelt und schematisch angedeutet. Er könnte ebensogut auch im Hochdruckkolben 4 angeordnet sein, und es könnte sich auch um eine gedrosselte oder mit Drosselventil versehene Leitung handeln.

Durch das aus der Kammer 1′ gedrosselt entweichende Öl kann sich aber nun das als Ventilschieber ausgebil­ dete Ende 2 der Kolbenstange des Niederdruckkolbens 3 axial gegenüber dem Hochdruckkolben 4 verstellen, wobei die konische Abstufung 12 die Dichtung 13 pas­ siert und beide Kammern 1, 1′ volle Verbindung erhal­ ten. Gleichzeitig passiert aber auch die Kolbenstange des Niederdruckkolbens 3 mit ihrem Ende 3′′ die Ring­ kammer 1′′, an der sich die Mündung 14 des Überström­ kanales 15 befindet und schließt diese ab. Damit kann aber der am Niederdruckkolben 3 herrschende Druck, je nach vorliegenden Flächenverhältnissen zur Beaufschla­ gungsfläche 7 entsprechend umgesetzt und auf das Schweißwerkzeug übertragen werden.

Für den Rückhub wird die Preßluftzufuhr von außen in bekannter Weise umgesteuert und auf den Preßluftan­ schluß 34 gegeben. Wie ohne weiteres erkennbar, werden hierbei die in Form von Ringbunden ausgebildeten An­ schläge 8, 8′ wirksam, wobei der Anschlag 8 am Ende 2 des Niederdruckkolbens gegen den Anschlag 8′ im Hoch­ druckkolben 4 schlägt und diesen einfach schlagartig mit hochreißt, was den Vorteil hat, daß sich die Schweißelektrode schlagartig von der Schweißstelle löst. Die geringfügige Ergänzungsmenge Öl für die Kammer 1′ strömt über das Ventil 9 ein, das gleich­ zeitig als Überlastsicherung dient.

Wie aus Fig. 3 erkennbar, läßt sich die beschriebene Funktion auch mit einer anderen und einfacheren Aus­ bildung des Hochdruckkolbens 4 erreichen, wobei in der Praxis auch hier die Einzelkonstruktion Rücksicht nimmt auf die Einbaubarkeit der Einzelteile. Beim Niederfahren des Niederdruckkolbens 3 bewegt sich der Hochdruckkolben 4 ohne weiteres mit, da die Überströmkanäle 26, von denen nur einer dargestellt ist, offen sind und das Öl einfach von unten aus dem Raum 6 nach oben in die Druckkamer 10 strömen kann. Nach dem Aufsetzen auf die Schweißstelle kann aber dank der gedrosselten Überströmleitung 11 das ventil­ schieberartig ausgebildete Ende 2 des Niederdruckkol­ bens 3 etwas in die Kammer 1′ eindringen, bis die Trennung der beiden Kammern 1, 1′ dadurch aufgehoben wird, daß die Abstufung 12′ in den Bereich der Dich­ tung 13 gelangt. Da damit auch der Sitz 27 für die Tel­ lerscheibe 25 tief genug steht, kann diese die abge­ dichtet ausgebildeten oberen Mündungen der Überström­ kanäle 26 unter dem Druck der bspw. als Tellerfeder ausgebildeten Feder 35 verschließen, so daß der Druck des Niederdruckkolbens 3 auf die Flächen des Hochdruck­ kolbens 4 umgesetzt werden kann. Wie ohne weiteres er­ kennbar, ist die Konstruktion dieser Kolben 3, 4 we­ sentlich einfacher als die der Kolben gemäß Fig. 1 bei prinzipiell gleicher Funktion.

Für den Rückhub übernimmt übrigens der Sitz 27 in Ver­ bindung mit der Tellerscheibe 25 die Funktion des vor­ erwähnten Anschlages 8 in bezug auf den Anschlag 8′′.

Fig. 2 stellt eine Variante zur Ausbildung des unte­ ren Abschlusses des Zylinders 17 dar, und zwar ist hierbei das Spannelement in Form eines die Kolbenstan­ ge 4′ des Hochdruckkolbens 4 abgedichtet umfassenden Ringkolbens 18′ ausgebildet, der im Zylinder 17 in einer abgedichteten und mit dem Ringkolben 18′ eine druckbeaufschlagbare Kammer 19 begrenzende Hülse 20 geführt ist, wobei zwischen den öl- und druckluftbe­ aufschlagten Flächen des Ringkolbens 18′ zwei Dichtun­ gen 21 vorgesehen sind, und der Dichtungszwischenraum 22 atmosphärisch mittels eines Kanales 36 belüftet ist. Die permanente Preßluftzufuhr erfolgt hierbei über den Anschluß 37. Da in beiden Fällen das Spannelement 5 bzw. die Ringkolben 18, 18′ am unteren Ende des Zylin­ ders 17 angeordnet sind, können Füllstandsanzeiger 24 vorgesehen werden, was aber bei der Variante nach Fig. 2 nicht zwingend erforderlich ist, da hier das untere Ende des Ringkolbens 18′ sowieso sichtbar ist. Zur exakten Werkzeugorientierung, aber auch in Rück­ sicht auf das Fluchten vom Ventil 9 zum Auslösstift 23, ist der Hochdruckkolben 4 mit einer Verdrehsiche­ rung versehen, die nicht dargestellt ist, daher bspw. sehr einfach durch die Anordnung eines Fortsatzes an der Trennwand 30 verwirklicht werden kann, der in je­ der Stellung des Hochdruckkolbens 4 in eine entspre­ chende Bohrung eingreift.

Erwähnt sei noch, daß auch der Durchgriff des Nieder­ druckkolbens 3 durch die Trennwand 30 atmosphärisch belüftet ist, d. h., aus den gesamten ölgefüllten Kam­ mern 6, 10 kann zwar etwas Ölleckage zugelassen werden, aber, und das ist wesentlich, an keiner Stelle kann Luft in das Öl gelangen, was die einwandfreie Funk­ tionsfähigkeit des Druckzylinders beeinträchtigen würde.

Die vorerwähnte Überlastsicherung (Ventil 9 in Ver­ bindung mit Zapfen 23) sorgt dafür, daß der Hochdruck­ kolben 4 nicht gegen die unteren Einbauteile bei vol­ lem Durchfahren und ggf. den Druckzylinder beschädi­ gen bzw. zerstören kann.

Die Ausführungsform nach Fig. 5 entspricht im wesent­ lichen der gemäß Fig. 3, und es sind sinngemäß die ent­ sprechenden Bezugszeichen benutzt. Gleichzeitig ist bei dieser Ausführungsform das Spannelement 5 in Form eines ständig mit Druck beaufschlagten elastischen Balgens 5′ dargestellt und kann in dieser Ausbildung auch bei den anderen beschriebenen Ausführungsformen anstelle der dort angeordneten Spannelemente 5 zur Anwendung kommen. Bei dieser Ausführungsform ist der im Hochdruckkolben 4 angeordnete Rauchraum 1′′′ durch das untere Ende 2 des Niederdruckkolbens 3 beim Eil­ weg abgedichtet und beim Kraftweg zur Druckkammer 10 hin geöffnet, und die ölgefüllte, mittels des hoch­ druckkolbenstangenseitig angeordneten Spannelementes 5 unter Druck gehaltenen Ausgleichskammer 6 ist mit der Druckkammer 10 durch die ventilartig verschließbaren Überströmkanäle 26 verbunden, wobei zwischen dem Nie­ der- und Hochdruckkolben 3, 4 die zwei in Wirkverbin­ dung bringbaren Rückhubanschläge 8, 8′ angeordnet sind. Zwischen dem Tauchraum 1′′′ und der Ausgleichs­ kammer 6 sind das in Rückhubrichtung öffnende Ventil 9 und ferner zwischen dem Tauchraum 1′′′ und der kol­ benoberseitigen Druckkammer 10 der gedrosselte Ölaus­ gleichskanal 11 angeordnet.

In diesem Falle ist ferner die Wendung des Tauchrau­ mes 1′′′ mit einer konisch nach oben konvergierenden Abstufung 12′ versehen, wobei die Dichtung 13 im kol­ benartig ausgebildeten Ende 2 des Niederdruckkolbens 3 sitzt. In der Druckkammer 10 sitzt der ventilartige Verschluß der Überströmkanäle 26 in Form eines in Schließrichtung federbelasteten Ventiltellers 25 zwi­ schen den beiden Rückhubanschlägen 8, 8′.

Die Überlastsicherung ist bei diesem Ausführungsbei­ spiel unmittelbar mit dem zentrisch angeordneten Ven­ til 9 zusammengefaßt, wobei der Auslösezapfen 23 an einem Querstift 23′ sitzt.

Beim Rückhub schlägt die Tellerscheibe 25 gegen den Anschlag 8′ und gibt die Überströmkanäle 26 frei, so daß das Öl aus der Druckkammer 10 in die Ausgleichs­ kammer 6 zurückströmen kann, was auch für die Ausfüh­ rungsform nach Fig. 3 gilt.

Claims (6)

1. Druckzylinder, insbesondere zur Verstellbewegung von Elektro­ schweißelektroden, bestehend aus in axialer Richtung hinter­ einander angeordneten Nieder- und Hochdruckkolben, wobei im mit Betriebsmediumsanschlüssen zur Beaufschlagung von außen versehenen Zylinder eine feste Trennwand angeordnet und der die Trennwand ab­ gedichtet durchgreifende Niederdruckkolben mit dem eine Druckkam­ mer und einem Ausgleichsraum voneinander trennende Hochdruck­ kolben unter axialem Spiel durch insbesondere als Ringbunde aus­ gebildete Rückschubanschläge kraftschlüssig verbunden ist und wo­ bei ferner im Hochdruckkolben vom als Ventilelement ausgebildeten Ende des Niederdruckkolbens beim Preßhub verschließbare und beim Rück­ hub sich öffnende Überströmkanäle angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß allein der Niederdruckkolben (3) von außen mit Druckluft beauf­ schlagbar ist, daß im Hochdruckkolben (4) ein eine Kammer (1′, 1′′′) aufweisender Tauchraum für das Ende des Niederdruckkolbens (3) an­ geordnet ist, wobei die Kammer (1′, 1′′′) beim Eilweg abgedichtet und beim Kraftweg zur Druckkammer (10) hin geöffnet ist, daß zwi­ schen der Kammer (1′, 1′′′) und der Druckkammer (10) des Hochdruck­ kolbens (4) ein gedrosselter Ölausgleichskanal (11) und daß ferner zwischen der Kammer (1′, 1′′′) und der ölgefüllten, mittels eines hochdruckkolben-stangenseitig angeordnetem Spannelement unter Druck gehaltenen Ausgleichsraum (6) ein in Rückhubrichtung öffnen­ des Ventil (9) angeordnet ist.

2. Zylinder nach Anspruch 1, wobei das Ventilelement als Ventil­ schieber ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Tauchraum eine weitere Kammer (1) aufweist, die mit den Überströmkanälen (15, 15′) verbunden ist, wobei die weitere Kam­ mer (1) beim Eilweg gegenüber der Kammer (1′) abgedichtet und beim Kraftweg zur Kammer (1) hin offen ist.

3. Zylinder nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilschieber mit einer konischen, nach oben konvergie­ renden Abstufung (12) versehen und im Stellweg der Abstufung (12) im Hochdruckkolben (4) eine Dichtung (13) angeordnet ist.

4. Zylinder nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß in der weiteren Kammer (1) die Mündung (14) des Überström­ kanales (15) vom Ausgleichsraum (6) unmittelbar im oberen Bereich der Kammer (1) und die Abströmöffnung (14′) zur Druckkammer (10) unmittelbar im unteren Bereich der weiteren Kammer (1) angeordnet sind.

5. Zylinder nach Anspruch 1, wobei das Ventilelement als Ventil­ teller ausgebildet und in der Druckkammer angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilteller (25) in Schließrichtung federbelastet und zwischen den beiden Rückhubanschlägen (8, 8′) angeordnet ist.

6. Zylinder nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Ende (2) des Niederdruckkolbens (3) oder die Wandung der Kammer (1′′′) des Tauchraumes mit einer konisch nach oben konvergierenden Abstufung (12′) versehen und im Stellweg des Endes (2) eine Dichtung (13) in der Wandung der Kammer (1′′′) oder diese Dichtung (13) im kolbenartig ausgebildeten Ende (2) des Niederdruckkolbens (3) angeordnet ist.