DE3508277C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zum Steuern ei­ nes doppeltwirkenden pneumatischen Kraftzylinders, dessen Ar­ beitskammern über zwei Arbeitsleitungen wechselweise mit einer Speiseleitung verbindbar oder entlüftbar sind, wobei in jeder Arbeitsleitung ein einstellbares Druckabfallventil vorgesehen ist, das beim Ausfahren des Kraftzylinders einen Druckabfall in der zugehörigen Arbeitsleitung bewirkt, wobei ferner in jeder Arbeitsleitung parallel zu dem Druckabfallventil ein Rückschlagventil geschaltet ist, das beim Einfahren des Kraft­ zylinders öffnet, und wobei in der beim Ausfahren des Kraft­ zylinders an die Speiseleitung angeschlossenen Arbeitsleitung ein zweiseitig pneumatisch betätigbares Umschaltventil vorge­ sehen ist, das nach Erreichen einer bestimmten Ausfahrstrecke einen Umgehungsweg für das in dieser Arbeitsleitung angeordnete Druckabfallventil öffnet.

Eine solche Einrichtung ist aus dem "Kombinationsbuch für pneumatische Steuerungen" von Konrad Ziesling, erschienen in der Buchreihe "ölhydraulik und pneumatik" im Krausskopf-Verlag, Band 10, Ausführungsbeispiel 3039 bekannt. Die bekannte Ein­ richtung dient zum Ausfahren eines oder mehrerer pneumatischer Kraftzylinder in zwei Stufen mit unterschiedlich verminderten Geschwindigkeiten, während das Einfahren mit der vom Speise­ druck erzeugten vollen Geschwindigkeit erfolgt. Zu diesem Zweck sind beide Druckabfallventile als einstellbare Drossel­ ventile ausgebildet, und in dem vom Umschaltventil zu öffnen­ den Umgehungsweg ist ein weiteres Drosselventil vorgesehen, das die zweite Geschwindigkeit beim Ausfahren bestimmt. Eine solche Steuerung läßt sich beispielsweise bei einer Werkzeug­ maschine zum Steuern eines Werkzeugschlittens beim Zustellen im Eilgang, bei der Bearbeitung im Arbeitsgang und schließlich beim Zurückverfahren in einem dritten Gang anwenden.

Bei der Betätigung von Schweißzangen für das Widerstandspunkt­ schweißen mittels eines doppeltwirkenden pneumatischen Kraft­ zylinders ist es erwünscht, die beim Auftreffen der Elektroden auf die zu verschweißenden Werkstücke auftretende Prellwirkung zu vermeiden, da sie Lärm erzeugt, die Lager der Schweißzange zusätzlich belastet sowie zu einer vorzeitigen Abnutzung der Elektroden führt und auch eine Deformation der Werkstücke her­ vorrufen kann.

Es ist bereits in der Praxis versucht worden, diese Nachteile durch die Verwendung spezieller Schweißzylinder zu vermeiden wie bei­ spielsweise durch pneumatische Kraftzylinder mit mehreren Kol­ ben, bei denen mittels eines Kolbens ein Eilgang der Kolben­ stange mit langem Weg und anschließend mittels eines oder mehrerer weiterer Kolben ein kurzer Arbeitshub mit entsprechen­ dem Anpreßdruck bewirkt werden. Derartige Lösungsformen haben jedoch den Nachteil, daß die hierfür ent­ wickelten Zylinder sehr aufwendig sind, meistens nicht den Normen entsprechen und für jeden Anwendungsfall gesondert aus­ gelegt werden müssen. Es ist deshalb auch bereits die Forde­ rung erhoben worden, die Prellwirkung, die bei Verwendung han­ delsüblicher Pneumatikzylinder auftritt, durch eine geeignete hydraulische Dämpfung zu vermeiden, was zusätzlichen konstruk­ tiven Aufwand mit sich bringt und im Wege der Nachrüstung nur schwerlich verwirklicht werden kann.

Der Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zum Steuern eines doppeltwirkenden pneumatischen Kraftzylinders, insbesondere des Schließzylinders einer pneumatisch betätigten Schweißzange, zu schaffen, die ein ge­ bremstes Ausfahren des Zylinders bis zum Auftreffen auf einen Widerstand gestattet und daraufhin dem Zylinder schlagartig den vollen Speisedruck zuführt, während das Einfahren des Zylinders von vornherein unter dem vollen Speisedruck erfolgt.

Ausgehend von einer Steuereinrichtung der eingangs genannten Art löst die Erfindung diese Aufgabe dadurch, daß das Umschalt­ ventil als Differenzflächen-Schaltventil ausgebildet ist, dessen in Öffnungsrichtung beaufschlagbare kleinere Steuer­ fläche beim Ausfahren des Kraftzylinders dem Druck der Speise­ leitung ausgesetzt ist und dessen in Schließrichtung beauf­ schlagbare größere Steuerfläche über eine Steuerleitung mit dem Staudruck beaufschlagbar ist, der beim Ausfahren des Kraftzylinders in der entlüfteten Arbeitsleitung vor dem dortigen Druckabfallventil entsteht.

Solange der Kraftzylinder ausfährt, hält der von der Abluft des Kraftzylinders erzeugte Staudruck das Differenzflächen- Schaltventil geschlossen, so daß in der hierbei an die Speise­ leitung angeschlossenen Arbeitsleitung das dortige Druckabfall­ ventil eingeschaltet ist und den Betätigungsdruck des Kraft­ zylinders vermindert. Sobald aber die Ausfahrbewegung durch einen Widerstand unterbrochen wird, bricht der Staudruck an der größeren Steuerfläche des Differenzflächen-Schaltventils zusammen, und dieses gibt den vollen Druck der Speiseleitung zum Kraftzylinder frei. Wird dieser in Einfahrrichtung umge­ steuert, öffnen beide Rückschlagventile, und Zuluft und Abluft strömen ungehindert zum Kraftzylinder bzw. ins Freie ab.

Der mit der Erfindung erzielte Vorteil besteht vor allem darin, daß das Öffnen des Differenzflächen-Schaltventils allein vom Zusammenbrechen des Staudrucks, nicht aber von der Stellung des Kolbens im Zylinder abhängig ist. Dieses Zusammenbrechen des Staudrucks erfolgt immer dann, wenn die Kolbenstange gegen einen Widerstand stößt, der größer als der Ausfahrdruck des Kolbens ist, also insbesondere beim Auftreffen einer mit der Kolbenstange verbundenen Elektrode auf das zu schweißende Werkstück.

Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß die erfindungsgemäße Steuereinrichtung in Verbindung mit allen handelsüblichen und genormten sowie mit den am Einsatzort bereits vorhandenen doppeltwirkenden Pneumatikzylindern verwendet werden kann.

Es ist lediglich erforderlich, die erfindungsgemäße Steuereinrich­ tung in die Rohrleitungen zwischen dem stets vorhandenen Hauptsteuerventil und dem Pneumatikzylinder einzubauen. Durch die bei den einzelnen Ventilen der Einrichtung vorhandenen Einstellmöglichkeiten kann die Einrichtung an jeden üblichen doppeltwirkenden Pneumatikzylinder angepaßt werden. Insbe­ sondere ist es möglich, durch entsprechende Einstellung eines der Druckabfallventile den Druck, mit dem der Kolben des Pneumatikzylinders ausgefahren wird, festzulegen und damit die Auftreffkraft einer mit der Kolbenstange verbundenen Elektrode auf ein Werkstück an dessen Materialeigenschaften anzupassen.

Nach einem ersten Merkmal zur vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das Druckabfallventil in der beim Ausfahren des Kraftzylinders an die Speiseleitung angeschlossenen Arbeits­ leitung ein Differenzdruckventil, während das Druckabfallventil in der beim Ausfahren des Kraftzylinders entlüfteten Arbeits­ leitung ein Drosselventil ist. Hierdurch wird beim Ausfahren des Kraftzylinders der Speisedruck auf der Kolbenseite des Zylinders praktisch konstant auf einen verminderten Wert ge­ halten, während das Drosselventil auf der Abluftseite des Kraftzylinders die Ausfahrbewegung auf eine etwa gleich­ bleibende Geschwindigkeit einregelt.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, daß sämtliche Ventile innerhalb eines mit Kanälen versehenen Ventilblocks angeordnet sind, der vier An­ schlußbohrungen für die über den Ventlblock geführten beiden Arbeitsleitungen aufweist. Dadurch entsteht eine montagefertige Einheit, die sich insbesondere auch zur Nachrüstung bestehender Schweißzangen oder anderer Geräte, die eine solche Steuerung benötigen, eignet.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben.

Die Zeichnung zeigt ein erfindungsgemäßes Steuergerät im Schnitt. In einem Ventilblock 1 sind folgende Ventile ange­ ordnet:

• zwei Rückschlagventile 2 und 3,
  ein einstellbares Drosselventil 5,
  zwei Differenzdruckventile 4 und 6 und
  ein Differenzflächenventil 7.

Diese Ventile sind - wie nachfolgend näher erläutert - untereinander und/oder mit Anschlüssen A und B bzw. C und D des Ventilblocks 1 durch Kanäle verbunden.

Die Anschlüsse A und B sind mit den Ausgängen eines sche­ matisch dargestellten 5/2-Wege-Ventils 8 und die Anschlüsse C und D mit einem ebenfalls schematisch darge­ stellten doppeltwirkenden pneumatischen Kraftzylinder 9 durch Rohr­ leitungen verbunden. Der Kraftzylinder 9 weist einen Kolben 10 und eine Kolbenstange 11 auf.

Zum Ausfahren des Kolbens 10 wird das 5/2-Wege- Ventil 8 umgeschaltet, so daß am Anschluß B der volle Be­ triebsdruck ansteht; der Anschluß A ist drucklos. Der An­ schluß B steht über einen Kanal 12 und einen Abzweig des geschlossenen Rückschlagventils 2 mit den Kanälen 13 und 14 in Verbindung. Übersteigt der im Kanal 13 sich aufbau­ ende Druck die einstellbare Kraft der Schließfeder des Differenzdruckventils 6, so öffnet sich dieses Ventil und läßt so lange Luft in den Kanal 15 einströmen, bis es sich unter der Einwirkung der Kraft seiner Feder wieder schließt. Dadurch herrscht im Kanal 15 ein wesentlich nie­ drigerer Druck als der in den Kanälen 12 und 13 anstehende Betriebsdruck. Der sich im Kanal 15 bildende Druck wird über den Anschluß D dem Kraftzylinder 9 zugeführt, so daß dessen Kolben 10 mit dem reduzierten Druck ausfährt.

Die auf der Kolbenstangenseite des Kraftzylinders 9 austretende Rückluft wird über den Anschluß C, einen Kanal 16, einen Abzweig des geschlossenen Rückschlagventils 3, das einstellbare Drosselventil 5 und die Kanäle 17 und 18 dem Anschluß A zugeführt. Je nach Einstellung des Drossel­ ventils 5 entsteht in den Kanälen 16 und 19 ein mehr oder weniger großer Staudruck. Dieser Staudruck wirkt auf die große Fläche des vom vorhergehenden Schweißzyklus bereits geschlossenen Differenzflächenventils 7 ein und preßt des­ sen Dichtplatte 20 auf den Ventilsitz 21. Dadurch wird der im Kanal 14 herrschende Betriebsdruck vom Kanal 22 und da­ mit vom Rückschlagventil 4 ferngehalten. Ein etwaiger Druckausgleich zwischen den Kanälen 19 und 22 wird durch einen Dichtring 23 des Differenzflächenventils 7 verhin­ dert.

Stößt die Kolbenstange 11 (oder daran befestigte Elemente) während des Kolbenhubes an einer beliebigen Stelle ihres Weges gegen ein Werkstück, einen Anschlag oder allgemein gegen einen Widerstand, der größer als der Ausfahrdruck des Kolbens 10 ist, so bleibt der Kolben 10 stehen. Da­ durch bricht der in den Kanälen 16 und 19 vorhandene Stau­ druck zusammen und der im Kanal 14 anstehende Betriebs­ druck öffnet das Differenzflächenventil 7. Nunmehr kann der Betriebsdruck über den Kanal 22, das Rückschlagventil 4 und den Anschluß D zum Kraftzylinder 9 gelangen, wo­ durch die Wirkkraft des Kolbens 10 schlagartig ansteigt.

Auf diese Weise wird durch das erfindungsgemäße Steuerge­ rät jede Prellwirkung beim Punktschweißen vermieden. So­ bald der an einen Elektrodenarm der Schweißzange angelenk­ te Kraftzylinder 9 und die am anderen Elektrodenarm angelenkte Kolbenstange 11 die Elktrodenarme soweit ein­ ander genähert haben, daß die Schweißelektroden die zu verschweißenden Werkstücke mit geringem Druck, also ohne Prellwirkung, berühren, setzt der volle Betriebsdruck ein; eine Prellwirkung kann dann aber nicht mehr auftreten.

Zum Einfahren des Kolbens 10 wird das 5/2-Wegeventil um­ geschaltet (diese Stellung entspricht dem gezeichneten Ausführungsbeispiel). Dadurch steht am Anschluß A der vol­ le Betriebsdruck an, während der Anschluß B drucklos ist. Der im Kanal 18 nunmehr herrschende Betriebsdruck öffnet das Rückschlagventil 3 und gelangt über den Anschluß C auf die der Kolbenstange 11 zugewandte Seite des Kolbens 10 des Kraftzylinders 9. Der Betriebsdruck wirkt ferner über den Kanal 19 auf das Differenzflächenventil 7 ein und schließt dieses gegen den dabei in den Kanälen 14 und 13 herrschenden Abluftdruck.

Die aus dem Kraftzylinder 9 austretende Rückluft ge­ langt über den Anschluß D und einen Abzweig des geschlos­ senen Rückschlagventils 4 in den Kanal 15 und von dort über einen Abzweig des geschlossenen Differenzdruckventils 6 in den Kanal 24, öffnet das Rückschlagventil 2 und strömt über den Anschluß B ab.

Die erfindungsgemäße Einrichtung ist in erster Linie zum Einsatz in Verbindung mit pneumatisch betätigbaren Punkt­ schweißzangen bestimmt, jedoch ist ihre Anwendung nicht hierauf beschränkt. Vielmehr kann es überall dort Verwen­ dung finden, wo der Kolben eines doppeltwirkenden pneumatischen Kraftzylinders zunächst mit einstellbarem geringen Druck und einstellbarer Geschwindigkeit an eine beliebig vorgegebene Stelle herangefahren werden und bei Erreichen dieser Stel­ le schlagartig und prellfrei seine volle Kraft entwickeln soll.

Claims (3)

1. Einrichtung zum Steuern eines doppeltwirkenden pneumatischen Kraftzylinders, dessen Arbeitskammern über zwei Arbeits­ leitungen wechselweise mit einer Speiseleitung verbindbar oder entlüftbar sind, wobei in jeder Arbeitsleitung ein einstellbares Druckabfallventil vorgesehen ist, das beim Ausfahren des Kraftzylinders einen Druckabfall in der zuge­ hörigen Arbeitsleitung bewirkt, wobei ferner in jeder Ar­ beitsleitung parallel zu dem Druckabfallventil ein Rückschlag­ ventil geschaltet ist, das beim Einfahren des Kraftzylinders öffnet, und wobei in der beim Ausfahren des Kraftzylinders an die Speiseleitung angeschlossenen Arbeitsleitung ein zwei­ seitig pneumatisch betätigbares Umschaltventil vorgesehen ist, das nach Erreichen einer bestimmten Ausfahrstrecke einen Umgehungsweg für das in dieser Arbeitsleitung angeordnete Druckabfallventil öffnet, dadurch gekennzeich­ net, daß das Umschaltventil als Differenzflächen-Schalt­ ventil (7) ausgebildet ist, dessen in Öffnungsrichtung be­ aufschlagbare kleinere Steuerfläche beim Ausfahren des Kraft­ zylinders dem Druck der Speiseleitung ausgesetzt ist und dessen in Schließrichtung beaufschlagbare größere Steuerfläche über eine Steuerleitung (19) mit dem Staudruck beaufschlag­ bar ist, der beim Ausfahren des Kraftzylinders (9) in der ent­ lüfteten Arbeitsleitung vor dem dortigen Druckabfallventil (3) entsteht.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Druckabfallventil (6) in der beim Ausfahren des Kraftzylinders (3) an die Speiseleitung ange­ schlossenen Arbeitsleitung ein Differenzdruckventil ist, während das Druckabfallventil (5) in der beim Ausfahren des Kraftzylinders entlüfteten Arbeitsleitung ein Drosselventil ist.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß sämtliche Ventile (2, 3, 4, 5, 6, 7) innerhalb eines mit Kanälen versehenen Ventilblocks (1) angeordnet sind, der vier Anschlußbohrungen (A, B, C, D) für die über den Ventilblock (1) geführten beiden Arbeits­ leitungen aufweist.