DE3321707A1 - Kolben-zylinder-anordnung als antrieb fuer eine schweisselektrode - Google Patents

Description

AKTIENGESELLSCHAFT

3180 Wolfsburg

- 3 K 3455/1702pt-hu-sa

Kolben-Zylinder-Anordnung als Antrieb für eine Schweißelektrode

Die Erfindung betrifft eine Kolben-Zylinder-Anordnung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Eine derartige Anordnung ist aus der DE-OS 26 51 624, B23K 11/10, bekannt. Durch die angegebenen Merkmale wird erreicht, daß die Elektrodenbewegung in Richtung auf das zu schweißende Werkstück vor dem Aufsetzen der Elektrode gebremst und demgemäß die Geräuschentwicklung begrenzt wird; durch die beim Aufsetzen der Elektrode, d.h. bei der Beendigung der Elektrodenbewegung, auftretende Druckerhöhung wird das Ventil entgegen der Federkraft geöffnet und der bisher einen Unterdruckraurn bildende dritte Luftraum mit Druck beaufschlagt, wodurch nunmehr beide Kolben der Kolbenanordnung zur Erzeugung des Anpreßdrucks der Elektrode während des Schweißvorgangs wirksam sind. Der erste Druckraum, der bei Druckluftzufuhr über den ersten Luftanschluß zur Rückbewegung der Elektrode dient, steht mit diesem LuftanschluQ dauernd über eine Drossel in Verbindung.

Diese bekannte Konstruktion löst zwar die Aufgabe der Verringerung der Geräuschentwicklung beim Aufsetzen der Elektrode durch Abbremsen der Elektrodenbewegung, besitzt aber den grundlegenden Nachteil einer erheblichen Verzögerung der Arbeitsweise der Kolben-Zylinder-Anordnung, wodurch die Rentabilität der mit dieser Anordnung ausgerüsteten Schweißeinrichtung nachteilig beeinflußt wird. Eine erste Ursache dieser unerwünschten Verlangsamung der

Vorsitzender Vorstand: Dr. rer. pol. Carl H. Hahn, Vorsitzenjo' · hjrst M nzner, sieik Vors ire-der · Claus Bcrgwara · <an-Hemz Bnam

des Aufsichtsrats: Prof. Or. techn. Ernst Fiala ■ Dr. jur Peter Fi-erk. Cr. jur. »vv>n ■ "ig R. H.icCf ■ · Gurier Har viel · Or. -er. p_o. Aerr.er ». 3j r-.-ai

Arbeitsweise der Anordnung ist in der Betätigung des in Schließrichtung federbelasteten Ventils durch den sich nach dem Aufsetzen der Elektrode aufbauenden Druckanstieg zu sehen. Die Federbelastung dieses Ventils kann nicht beliebig klein gewählt werden, da zur Überwindung der Haftreibung zwischen dem Kolben und der Zylinderinnenwand bereits ein relativ hoher Druck erforderlich ist, der noch nicht zum öffnen des Ventils führen darf. Hinzu kommen Schwankungen in diesem Haftreibungswert, so daß das öffnen des genannten Ventils erst dann und damit mit relativ großer Verzögerung erfolgt, wenn sich nach Aufsetzen der Elektrode auf dem Werkstück ein relativ hoher Druck vor dem Ventil aufgebaut hat.

Eine weitere Ursache für ein unerwünscht langsames Arbeiten der bekannten Anordnung ist in dem Vorhandensein der in beiden Strömungsrichtungen der Druckluft wirksamen Drossel in der Verbindung zwischen dem ersten Druckraum einerseits und dem ersten Luftanschluß andererseits zu sehen. Soll diese Drossel zur Verzögerung der Elektrodenbewegung in Richtung auf das Werkstück zumindest beitragen, muß sie einen relativ kleinen Durchmesser besitzen. Damit bedeutet diese Drossel aber automatisch auch eine Verzögerung des Druckaufbaus im ersten Druckraum bei Druckzufuhr von dem ersten Luftanschluß her, d.h. bei Rückbewegung der Elektrode. Ist dagegen diese Drossel mit relativ großem Durchmesser ausgeführt, so daß sie die Rückbewegung der Elektrode zumindest nicht nennenswert beeinflußt, so trägt die Drossel praktisch auch nicht zum Druckaufbau in dem ersten Druckraum während der Elektrodenbewegung in Richtung auf das Werkstück und damit auch nicht zu der erwünschten Abbremsung der Elektrodenbewegung bei, die dann allein durch zunehmenden Unterdruck im zweiten und dritten Druckraum verursacht wird. Es macht aber Schwierigkeiten, allein mit derartigen Unterdruckräumen ohne zusätzliche Ventile oder dergleichen, die beim Stand der Technik nicht vorgesehen sind, eine definierte Abbremsung der Elektrodenbewegung zu erzeugen.

Der Erfindung liegt demgemäß die Aufgabe zugrunde, eine Kolben-Zylinder-Anordnung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, d.h. mit Abbremsung der Elektrodenbewegung in Richtung auf das Werkstück zwecks Verringerung der Geräuschentwicklung beim Aufsetzen der Elektrode, zu schaffen, bei der die

durch die Verzögerungsmaßnahmen hervorgerufene "Verlustzeit" vernachlässigbar klein ist.

Die erfindungsgemäße Lösung der definierten Aufgabe besteht in den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1; vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen der Erfindung beschreiben die Unteransprüche.

Durch den Ersatz des beim Stand der Technik vorgesehenen druckabhängigen Öffnens des mehrfach erwähnten Ventils durch ein mechanisches "Aufstoßen" desselben ergibt sich in vorteilhafter Weise eine reproduzierbare Betätigung des Ventils unabhängig von irgendwelchen Haftreibungsverhältnissen oder dergleichen und unabhängig von Schwankungen des Drucks der zur Betätigung der Kolben-Zylinder-Anordnung verwendeten Druckluft immer dann, wenn das Aufsetzen der Elektrode auf das zu schweißende Werkstück erfolgt. Die Auslegung der Belastungsfeder des Ventils ist demgemäß auch weitgehend unkritisch. Irgendwelche Toleranzschwankungen, beispielsweise auch ein Elektrodenabbrand, bleiben ohne Einfluß.

Die Weiterbildung gemäß Patentanspruch 3 stellt sicher, daß die in der Verbindung zwischen erstem Druckraum und erstem Luftanschluß vorgesehene Drossel nur während der Elektrodenbewegung in Richtung auf das Werkstück wirksam ist, so daß durch die Drossel die Rückbewegung der Elektrode, die durch Druckzufuhr über, den ersten Luftanschluß bewirkt wird, keine Verzögerung erfährt. Die Drossel kann also optimal allein im Hinblick auf das Abbremsen der Elektrodenbewegung in Richtung auf das Werkstück durch Druckaufbau im ersten Druckraum ausgelegt werden.

Die im Patentanspruch 4 angegebenen Maßnahmen schließlich stellen einen sofortigen Druckabbau im ersten Druckraum und damit eine Erhöhung der Anpreßkraft der Elektrode sicher, sobald diese auf das Werkstück aufgesetzt hat. Man hat dann also in diesem Augenblick eine zweifache Erhöhung der Elektrodenanpreßkraft, nämlich zum einen durch das Aufstoßen des ersterwähnten Ventils und damit die Wirksammachung beider Kolben der Kolbenanordnung und zum anderen durch den schnellen Druckabbau im ersten Druckraum.

Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung erläutert, deren Figuren Längsschnitte bei vom Werkstück abgehobener Elektrode (Fig. 1) und bei auf das Werkstück aufgesetzter Elektrode (Fig. 2) zeigen.

Die beiden Hauptbestandteile der Kolben-Zylinder-Anordnung, die zur Bewegung der Punktschweißelektrode 1 in Richtung auf das zu schweißende Werkzeug 2 und zum Abheben der Elektrode von diesem dient, sind der Zylinder 3 mit dem ersten Luftanschluß 4 und dem zweiten Luftanschluß 5 sowie die in dem Zylinder laufende Kolbenanordnung 6, die die beiden Kolben .7 und 8 aufweist und aus den beiden Bestandteilen 9 und 10 zusammengesetzt ist. Der Bestandteil 10 trägt die Elektrode 1.

Die beiden Luftanschlüsse 4 und 5 können über eine nicht gezeigte, da an sich bekannte Ventilanordnung wahlweise an eine Druckluftquelle angeschlossen werden, und zwar liegt der erste Luftanschluß 4 bei der Rückbewegung der Elektrode in ihre in Fig. 1 dargestellte Ruhelage und der zweite Luftanschluß bei der Bewegung der Elektrode in ihre in Fig. 2 dargestellte Arbeitslage an der Druckluftquelle.

Betrachtet man nun den Aufbau der Kolbenanordnung 6 im einzelnen, so erkennt man, daß der Bestandteil 10 mit dem Fortsatz 11 von einer Bohrung des Bestandteils 9 teleskopartig aufgenommen ist. Der Fortsatz 11 trägt auf seinem Umfang achsparallel verlaufende Kanäle 12, die an dem in den Figuren oberen Ende des Fortsatzes 11 in die die Druckfeder 13 aufnehmende Federkammer und über diese in den axialen Kanal 15 innerhalb des Kolbens 7 einmünden. Dieser Kanal wird von dem axial verlaufenden Stößel 16 durchsetzt, der bei der durch die Druckfeder 13 bei in Ruhestellung befindlicher Elektrode 1 (Fig. 1) erzeugten relativen Lage der beiden Bestandteile 9 und 10 der Kolbenanordnung 6 zueinander den Ventilkörper 17 allein der Wirkung der ihn in Schließrichtung beaufschlagenden Feder 18 überläßt. Die Druckfeder 13 drückt also die beiden Bestandteile 9 und 10 der Kolbenanordnung 6 gleichsam auseinander in eine relative Lage, die durch den Bolzen 19 in Verbindung mit dem Langloch in dem Bestandteil 10 definiert ist.

Die Kolbenanordnung 6 bildet mit dem sie aufnehmenden Zylinder 3 insgesamt drei Druckräume: Der erste Druckraum 21 steht über die Drossel 22, die zugleich den Ventilkörper des ferner die Druckfeder 23 enthaltenden Rückschlagventils 24 bildet, dauernd in Verbindung mit dem ersten Luftanschluß 4. Oberhalb des Kolbens 7 erkennt man den zweiten Druckraum 25, der dauernd in Verbindung mit dem zweiten Luftanschluß 5 steht, der bei Abwärtsbewegung der Elektrode 1 in Richtung auf das Werkstück 2 druckbeaufschlagt ist. Ferner ist unterhalb der Querwand 26 des Zylinders 3 der dritte Druckraum 27 vorgesehen, der über Querbohrungen in dem Fortsatz 11 mit den Längskanälen 12 in Verbindung steht. Die Anordnung wird vervollständigt durch den den Absperrschieber aufnehmenden Bypass 29, der über die Verbindungsleitung 30 bei in Arbeitsstellung befindlicher Elektrode 1 (vergleiche Fig. 2) mit dem dritten Druckraum 27 in Verbindung steht, der dann druckbeaufschlagt ist. Der Absperrschieber 28 wird durch die Druckfeder 31 in seiner in Fig. 1 wiedergegebenen Absperrstellung gehalten, bis nach Aufsetzen der Elektrode 1 auf dem Werkstück 2 der dritte Druckraum 27 durch Aufstoßen des Ventils 17, 18 ebenfalls druckbeaufschlagt ist.

Die Anordnung arbeitet wie folgt:

Bei Ruhestellung der Elektrode 1 nehmen die Teile der Kolben-Zylinder-Anordnung die in Fig. 1 wiedergegebenen Stellungen ein. Soll nunmehr eine Schweißung erfolgen, wird an das nicht dargestellte Druckluftventil ein Schweißbefehl gegeben, so daß das Ventil die ebenfalls nicht dargestellte Unterdruckquelle mit der zweiten Luftzufuhr 5 verbindet. Im zweiten Druckraum 25 liegt dann Überdruck vor, der auf der in den Figuren oberen Fläche des Kolbens 7 lastet und die Kolbenanordnung 6 mit der Elektrode 1 nach unten in Richtung auf das Werkstück 2 bewegt. Diese Bewegung wird begrenzt durch die Drossel 22, die den Luftaustritt aus dem bei dieser Bewegung volumenmäßig immer kleiner werdenden ringförmigen ersten Druckraum 21 stark verzögert. Einen gewissen Beitrag zu diesem Bremseffekt leistet auch der bei der Bewegung der Elektrode 1 nach unten größer werdende dritte Druckraum 27, in dem sich ein Unterdruck aufbaut. Von entscheidender Bedeutung für den Bremseffekt ist jedoch der durch

die Drossel 22 geregelte bzw. begrenzte Druckaufbau im ersten Druckraum 21.

Sobald nun die Elektrode 1 auf dem Werkstück 2 aufgesetzt hat (Fig. 2), kann der Bestandteil 10 der Kolbenanordnung 6 an weiteren Abwärtsbewegungen nicht teilnehmen. Demgemäß wird die Druckfeder 13 zusammengedrückt, d.h. der Bolzen 16 an dem Fortsatz 11 des Bestandteils 10 bewegt sich relativ zu dem Bestandteil 9 der Kolbenanordnung 6 in den Figuren nach oben, so daß er den Ventilkörper 17 entgegen der Kraft der Ventilfeder 18 aufstößt. Die Folge ist die Herstellung einer Druckverbindung zwischen dem zweiten Druckraum 25, d.h. letztlich der Druckluftquelle, einerseits über die Kanäle 15 und 12 zum dritten , Druckraum 27 andererseits, so daß nunmehr auch die in den Figuren obere Fläche des Kolbens 8 druckbeaufschlagt ist. Damit liegt Tandembetrieb beider Kolben 7 und 8 vor, d.h. die Anpreßkraft der Elektrode 1 wird praktisch im Augenblick ihres Aufsetzens auf dem Werkstück 2 erheblich vergrößert.

Ungefähr gleichzeitig mit dieser Vergrößerung der Anpreßkraft wird über die Verbindungsleitung 30 die in den Figuren rechte Fläche des Absperrschiebers 28 druckbeaufschlagt, so daß dieser entgegen der Kraft der Feder 31 in seine in Fig. 2 wiedergegebene Durchlaßstellung verschoben wird: Der Bypass 29 zur Drossel 22 wird durchgeschaltet, d.h. die Druckerhöhung in der ringförmigen ersten Druckkammer 21 wird unter Umgehung der Drossel 22 praktisch augenblicklich abgebaut.

Soll die Elektrode 1 nunmehr wieder in ihre in Fig. 1 dargestellte Ruhestellung bewegt werden, so wird über das mehrfach erwähnte, nicht dargestellte Ventil der Luftanschluß 5 von der Druckluftquelle abgeschaltet und der erste Luftanschluß 4 an die Druckluftquelle angeschaltet. Durch den Druck wird das Rückschlagventil 24 geöffnet, so daß die Druckluft ungedrosseit in den ersten Druckraum 21 einströmen und durch Beaufschlagen der in den Figuren unteren Fläche des oberen Kolbens 7 die Kolbenanordnung, und zwar bis zur maximalen Entspannung der Feder 13 zunächst nur den Bestandteil 9, nach oben bewegt. Anschließend wird über die Verbindung 19, 20 auch der Bestandteil 10 mit der Elektrode mitgenommen. Das Ventil 17 schließt unter der Wirkung seiner Feder 18 wieder, so daß der dritte Druckraum 27 von dem Luftanschluß 5 abgeschaltet wird. Die

Aufwärtsbewegung der Kolbenanordnung 6 wird beendet durch Anschlagen der Kolben 7 und 8 an' zugeordnete Anschläge im Zylinder 3, wie aus Fig. 1 ersichtlich.

Sobald die Luftzufuhr über 5 abgeschaltet wird, also bei Beginn der Rückbewegung der Elektrode, wird der Druck im dritten Druckraum 27 über die Kanäle und 15 und das Ventil 17 abgebaut, so daß der Sperrschieber 28 in seine Sperrstellung zurückgeht.

Wie sich gezeigt hat, können bei einer derartigen Anordnung die durch die Abbremsung der Bewegung der Elektrode in ihrer Arbeitsstellung hervorgerufenen Verlustzeiten auf Größenordnungen von 0,1 see begrenzt werden.

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Claims (4)

1. ?1707 VOLKSWAGE NWERK

   AKTIENGESELLSCHAFT

   3180 Wolfsburg

   K 3455/1702pt-hu-sa 15. Juni 1983

   ATENTANSPRÜCHE

   Kolben-Zylinder-Anordnung als Antrieb für eine Schweißelektrode, die an einem Ende einer einen Tandemkolben bildenden Kolbenanordnung gehalten ist, die mit dem sie aufnehmenden Zylinder zwischen ihren beiden Kolben einen ringförmigen ersten Druckraum, der mit einem ersten Luftanschluß am Zylinder in Verbindung steht, und an ihrem anderen Ende einen zweiten Druckraum bildet, der mit einem zweiten Luftanschluß am Zylinder in Verbindung steht, wobei in der Verbindung zwischen erstem Druckraum und erstem Luftanschluß eine Drossel und im Zuge eines Kanals, der in der Kolbenanordnung im'wesentlichen axial zwischen dem zweiten Druckraum und einem dritten Druckraum zwischen einer zylinderfesten Querwand und dem Kolben an dem einen Ende der Kolbenanordnung verläuft, ein in Schließrichtung federbelastetes Ventil angeordnet ist, das erst nach Aufsetzen der Elektrode auf das zu schweißende Werkstück den Kanal durchschaltet, dadurch gekennzeichnet, daß die Koibenanordnung (6) zwei im mittleren Bereich derselben teleskopartig ineinandergreifende Bestandteile (9,10) enthält, von denen einer (9) den Kolben (7) am anderen Ende der Kolbenanordnung (6) umfaßt und die vor Aufsetzen der Elektrode (1) auf dem Werkstück (2) durch eine axial gespannte Feder (13) unter Schließen des Ventils (17) in einer maximal ausgefahrenen Stellung zueinander gehalten sind, während sie beim Aufsetzen der Elektrode (1) entgegen der Kraft der Feder (13) unter Aufstoßen des Ventils (17) weiter ineinander geschoben werden.

   Vorsitzender Vorstand: Dr. rer. pol. Carl H, Halm, Vorsitzende - Horsl W .nrner, üell/. i/ors.t?e<ider ■ "laus Borgward · Karl-He^nz Br.a

   des Aufsiditsrats: Prot. Dr. techn. Ernst Fiala · Dr. jur Peter FretK ■ ?"■. jur."Woi: ung R. H-job·?· · Gjnier Har.vitfi · Dr rer poi. Werner P. Sj m.
2. 2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der eine Bestandteil (9) der Kolbenanordnung (6) das federbelastete Ventil (17) in axialer Ausrichtung aufnimmt und der andere Bestandteil (10) der Kolbenanordnung (6) einen axial verlaufenden Bolzen (16) zum Aufstoßen des Ventils (17) trägt.
3. 3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die in der Verbindung vom ersten Druckraum (21)· zum ersten Luftanschluß (4) liegende Drossel (22) im Ventilkörper eines Rückschlagventils (24) vorgesehen ist, das nur bei Druckzufuhr über den ersten Luftanschluß (4) zwecks Zurückziehens der Elektrode (1) öffnet.
4. 4. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zu der in der Verbindung vom ersten Druckraum (21) zum ersten Luftanschluß (4) liegenden Drossel (22) ein Bypass (29) mit einem Absperrschieber (28) angeordnet ist, der in Sperrichtung durch eine Feder (31) und in den Bypass (28) freigebender Richtung mit dem Druck im dritten Druckraum (27) beaufschlagt ist.