DE3612502C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen betätigbaren Schweißzylinder, insbesondere für Roboter-Punktschweißzangen, mit unabhängig voneinander doppelseitig beaufschlagbaren, koaxialen Kol­ ben für den Vorhub bzw. den Arbeitshub.

Durch die Aufteilung des Weges der Kolbenstange eines Schweißzylinders in einen Vorhub und einen Arbeitshub ist es möglich, mit weit geöffneter Schweißzange an die Schweiß­ stelle heranzufahren, beispielsweise um Hindernisse zu um­ gehen, und nach Erreichen dieser Stelle die Zange im Schnellgang bis auf einen geringen Elektrodenabstand zu schließen. Erst dann setzt der Arbeitshub ein, der die Zan­ ge mit dem erforderlichen Anpreßdruck schließt und das Set­ zen des Schweißpunktes auslöst.

Bei den meisten bekannten Schweißzylindern sind die Kolben für den Vor- und den Arbeitshub hintereinander liegend in einem gemeinsamen zylindrischen Gehäuse angeordnet und besitzen den gleichen Durchmesser. Dementsprechend ist das Volumen der Arbeitskammer für den Vorhub-Kolben sehr groß, so daß die Füllung und damit der Vorhub nur relativ langsam erfol­ gen, und der Luftverbrauch ist entsprechend hoch. Außer­ dem wird die Baulänge dieser Zylinder durch die beiden Kol­ ben verhältnismäßig groß, was die Bewegungsmöglichkeit der Schweißzange insbesondere bei ihrer Verwendung in Verbin­ dung mit einem Roboter in unerwünschter Weise einschränkt.

Aus der Zusatz-PS 49 591 zum FR-Patent 8 19 957 ist es auch bereits bekannt, den Vorschubkolben hohl auszubilden und als Zylinder für einen konzentrisch darin aufgenommenen Arbeitskolben zu verwenden, an welchem die aus dem Vorschub­ zylinder dichtend herausgeführte Kolbenstange angebracht ist. Dadurch wird zwar die Gesamtbaulänge des Schweißzylin­ ders verkürzt; der Luftverbrauch für den Vorschub ist je­ doch praktisch ebenso groß wie bei den zuvor beschriebenen bekannten Schweißzylindern mit hineinander liegenden Kolben, und der kleinere Durchmesser des Arbeitskolbens erfordert einen entsprechend hohen Luftdruck, um den Anpreßdruck der Schweißeleketrode in der notwendigen Höhe zu gewährlei­ sten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Schweißzy­ linder der eingangs genannten Art so auszubilden, daß der Luftbedarf auch für den Vorhub gering und die Kolbenge­ schwindigkeit während des Vorhubs entsprechend hoch sein kann. Darüber hinaus soll eine derart kompakte Ausbildung erreicht werden, daß eine mit ihm ausgerüstete Punktschweiß­ zange an ihrer Befestigung am Arm eines Roboters ungehin­ dert um 360° gedreht werden kann.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß der Zylinder des mit einer nach außen führenden Kolbenstange als eines Anschlußglied verbundenen Vorhub-Kolbens die Kol­ benstange des auf seiner Außenseite angebrachten Arbeits­ hub-Kolbens bildet, welcher in einem das andere Anschluß­ glied bildenden Gehäuse axial beweglich angeordnet ist und daß zwischen dem Vorhub-Kolben und dessen Zylinder eine mechanische Verriegelungsvorrichtung vorgesehen ist, die am Ende des Vorhubs selbsttätig wirksam und bei umgekehr­ ter Beaufschlagung des Vorhub-Kolbens selbsttätig wieder aufgehoben wird.

Der der Erfindung zugrundeliegende Gedanke, für den Vorhub eine verhältnismäßig kleine zentrale Fläche und den Arbeits­ hub eine diese umschließende größere Ringfläche zu verwen­ den, ist an sich nicht neu. Bei einem bekannten solchen Schweißzylinder (DE-OS 35 42 069) wird als Vorhub-Kolben die Rückseite einer einzigen Kolbenstange verwendet, auf welcher ein in einem Zylinder dichtend verschieblicher Ar­ beitshub-Kolben begrenzt axial verschiebbar ist. Durch Dros­ selung der Luftabführung auf der Rückseite dieses Kolbens wird während des Vorhubs verhindert, daß dieser bereits Axialkraft auf die Kolbenstange überträgt. Erst beim Auf­ treffen der Schweißelektrode auf das Werkstück und der da­ mit verbundenen Beendigung der Kolbenstangenbewegung erfaßt der weiterlaufende Arbeitshub-Kolben einen Bund an der Kol­ benstange und öffnet zugleich eine Verbindung von der unter Betätigungsdruck stehenden Arbeitskammer durch eine Boh­ rung in der Kolbenstange zur Arbeitsseite eines Tandemkol­ bens sowie einem Steuerkolben, mit welchem ein die Drosse­ lung für die abströmende Luft überbrückendes Rückschlagven­ til geöffnet wird.

Dieser vorbekannte Schweißzylinder ist nicht nur äußerst kompliziert in seinem Aufbau und hat eine große Baulänge, sondern benötigt beim Vorschub nicht weniger Luft als die eingangs erwähnten bekannten Schweißzylinder mit hinterei­ nander liegenden Vorhub- und Arbeitskolben.

Demgegenüber wird mit der Erfindung erreicht, daß das gerin­ ge Volumen der Luftkammer des Vorhub-Kolbens bei niedrigem Luftverbrauch eine hohe Vorschubgeschwindigkeit ermöglicht und der Schweißzylinder infolge seines kompakten Aufbaus die Bewegung der Schweißzange um ihren Befestigungspunkt am Roboter in keiner Weise behindert. Auch kann der erfin­ dungsgemäße Schweißzylinder nach dem Heranfahren der Schweißzange an die zu verbindenden Werkstücke lediglich im Arbeitshub betrieben werden, beispielsweise zum Setzen mehrerer aufeinanderfolgender Schweißpunkte an den gleichen Werkstücken.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, das auch die Merk­ male der Unteransprüche aufweist, ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 einen erfindungsgemäßen Schweißzylinder im Längsschnitt, und zwar mit eingefahrener Kolbenstange,

Fig. 2 desgleichen, jedoch nach beendetem Vorhub, und

Fig. 3 desgleichen nach beendetem anschließenden Arbeitshub.

In Fig. 1 ist mit 1 ein Zylinder bezeichnet, der mittels Stopfen 2 und 3 verschlossen ist. Der Stopfen 2 weist eine axiale Bohrung 4 zur Aufnahme einer Buchse 5 auf, in der eine Kolbenstange 6 geführt ist. Ein Profilgummi 7 dient der Abdichtung zwischen Kolbenstange 6 und Stopfen 2. Die­ ser ist ferner mit einer radialen Bohrung 8 für den An­ schluß eines nicht dargestellten Druckluftschlauches ver­ sehen, die über einen Kanal 9 mit einem Teil 10 des Innen­ raums des Zylinders 1 in Verbindung steht. Der Stopfen 3 weist ebenfalls eine radiale Anschlußbohrung 11 auf, die mit einem anderen Teil 12 des Innenraums des Zylinders 1 verbunden ist. In die Innenwand des Zylinders 1 ist eine Ringnut 13 eingearbeitet.

Im Innenraum des Zylinders 1 ist ein auf ein verjüngtes Teil 14 der Kolbenstange 6 aufgeschobener und durch Muttern 15 gehaltener Vorhub-Kolben 16 vorgesehen. Dieser besteht im wesentlichen aus einer Kolbenplatte 17, einem ringförmi­ gen Kolben 18, der mit einem axial beweglichen Rohr 19 durch dessen Bund 20 und einen Sprengring 21 verbunden ist, sowie aus einem auf dem Rohr 19 bewegbaren Zwischenstück 22, eine Druckfeder 23 und mehreren, vorzugsweise sechs, radial verschiebbaren Keilen 24.

Der Zylinder 1 ist in einem umgebenden Gehäuse 25 axial ver­ schiebbar angeordnet. Zur Abdichtung zwischen Zylinder 1 und Gehäuse 25 ist an beiden Seiten des Gehäuses 25 jeweils ein Profilgummi 26 vorgesehen. Mit dem Zylinder 1 ist ein ringförmiger Arbeitshub-Kolben 27 durch in eine Nut 28 ein­ gelegte Ringsegmente 29 und Schrauben 30 verbunden. Das Gehäuse 25 weist zwei Anschlußbohrungen 31 und 32 auf, die über Kanäle 33 bzw. 34 mit den Lufträumen 35 bzw. 36 beider­ seits des Arbeitshub-Kolbens 27 verbunden sind.

Fig. 1 zeigt den Schweißzylinder im Ausgangszustand, d. h. mit eingefahrener Kolbenstange 6. Zur Betätigung des Vor­ hub-Kolbens 16 wird durch die Anschlußbohrung 11 dem Innen­ raumteil 12 des Zylinders 1 Druckluft zugeführt und gleich­ zeitig dessen Innenraumteil 10 über den Kanal 9 und die Anschlußbohrung 8 entlüftet. Die zugeführte Druckluft drückt auf die Stirnseite der Mutteranordnung 15 und den ringförmigen Kolben 18, der den Druck über die Feder 23, das Zwischenstück 22 und die Keile 24 zur Kolbenplatte 17 weiterleitet und die Kolbenstange 6 so weit herausfährt, bis die Kolbenplatte 17 an dem Stopfen 2 anliegt. Durch diesen Widerstand erhöht sich der Druck auf den ringför­ migen Kolben 18, so daß dieser die Kraft der Druckfeder 23 überwindet und das Rohr 19 bis zum Anschlag des Kolbens 18 am Zwischenstück 22 axial verschiebt. Dabei drückt die konische Verjüngung 38 des Rotors 19 die mit Schrägflächen vesehenen Keile 24 radial nach außen, so daß sie in die Ringnut 13 des Zylinders 1 eingreifen und den Vorhub-Kol­ ben 16 mit dem Zylinder 1 verriegeln.

Die Stellung der im Vorhub herausgefahrenen Kolbenstange 6 ist in Fig. 2 dargestellt. Zum Bewirken des anschließen­ den Arbeitshubes wird der Raum 36 des Gehäuses 25 über die Anschlußbohrung 32 und den Kanal 34 Druckluft zugeführt, die auf den Arbeitshub-Kolben 27 einwirkt und diesen in aixaler Richtung bis zum Anschlag an die Wand 39 des Gehäu­ ses 25 bewegt. Dabei wird der Raum 35 über den Kanal 33 und die Anschlußbohrung entlüftet. Während der Bewegung des Arbeitshub-Kolbens 27 nimmt dieser über die Ringsegmen­ te 29 den Zylinder 1 und den mit ihm verriegelten Vorhub- Kolben 16 und damit auch die Kolbenstange 6 mit.

In Fig. 3 ist die Stellung der voll ausgefahrenen Kolben­ stange 6 dargestellt. Ferner sind die Verbindungen der Ar­ me 40 und 41 einer Schweißzange mit dem erfindungsgemäß­ en Schweißzylinder, die Lage des Schweißtransformators 42 sowie die Anschlußplatte 43 für die Verbindung mit einem Roboter angedeutet. Es zeigt sich, daß eine Drehung der Schweißzange um die Achse der Anschlußplatte 43 möglich ist, ohne daß der Schweißzylinder mit dem betreffenden Arm des Roboters kollidiert.

Um die Schweißzange nach Setzen des Schweißpunktes wieder zu öffnen, wird gemäß Fig. 3 dem Raum 35 des Gehäuses 25 über die Anschlußbohrung 31 und den Kanal 33 Druckluft zu­ geführt und gleichzeitig der Raum 36 entlüftet. Dadurch bewegt sich der Arbeitshub-Kolben 27 in axialer Richtung bis zum Anschlag an die Stirnwand des Gehäuses 25, wobei der Zylinder 1 und damit auch die Kolbenstange 6 mitgenom­ men werden. Es ergibt sich dann die in Fig. 2 gezeigte Stel­ lung des Schweißzylinders. Falls an den gleichen Werk­ stücken mehrere Schweißungen nacheinander ausgeführt wer­ den sollen, ist ein weiteres Einfahren der Kolbenstange 6 nicht erforderlich; vielmehr können die weiteren Schweiß­ punkte jeweils aus dieser Stellung heraus lediglich durch Ausüben des Arbeitshubes gesetzt werden.

Soll die Schweißzange gänzlich geöffnet, d. h. die Kolben­ stange 6 vollkommen eingefahren werden, so muß auch der Vorhub-Kolben 16 wieder in seine Ausgangslage gebracht wer­ den. Zu diesem Zweck wird gemäß Fig. 2 zunächst der Raum 12 des Zylinders 1 entlüftet. Als Folge schiebt die Druck­ feder 23 den ringförmigen Kolben 18 und das mit ihm verbun­ dene Rohr 19 etwas zurück. Dadurch werden die Keile 24 frei­ gegeben und durch einen in Nuten 44 eingebetteten O-Ring 45, der durch die radiale Bewegung der Keile 24 nach außen gedehnt wurde, bis zum Kolbenstangenteil (14) zurückge­ zogen, so daß die Verriegelung des Vorhub-Kolbens 16 mit dem Zylinder 1 aufgehoben wird. Nunmehr wird über die An­ schlußbohrung 8 und den Kanal 9 dem Raum 10 Druckluft zuge­ führt, die den Vorhub-Kolben 16 bis zum Anschlag an die Muttern 15 zurückschiebt, wodurch die Kolbenstange 6 bis zu der in Fig. 1 dargestellten Ausgangslage eingefahren wird. Anschließend kann die Zange an das nächste Werkstück zur Punktschweißung in der vorstehend beschriebenen Weise herangeführt werden.

Claims (3)

1. Pneumatisch betätigbarer Schweißzylinder, insbesondere für Roboter-Punktschweißzangen, mit unabhängig voneinan­ der doppelseitig beaufschlagbaren, koaxialen Kolben für den Vorschub bzw. den Arbeitshub, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Zylinder (1) des mit einer nach außen führenden Kolbenstange (6) als eines Anschlußglied verbundenen Vorhub-Kolbens (16) die Kol­ benstange des auf seiner Außenseite angebrachten Arbeits­ hub-Kolbens (27) bildet, welcher in einem das andere Anschlußglied bildenden Gehäuse (25) axial beweglich angeordnet ist, und daß zwischen dem Vorhub-Kolben (16) und dessen Zylinder (1) eine mechanische Verriegelungs­ vorrichtung (13, 19, 23, 24) vorgesehen ist, die am En­ de des Vorhubs selbsttätig wirksam und bei umgekehrter Beaufschlagung des Vorhub-Kolbens (16) selbsttätig wie­ der aufgehoben wird.

2. Schweißzylinder nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Vorhub-Kolben (16) ein koaxial zu seiner Kolbenstange (6) angeordnetes Rohr (19) aufweist, das an einem Ende mit einem gegen den Zylinder (1) dichtenden Kolbenelement (18) verbunden und am anderen Ende mit einer konischen Verjüngung (38) versehen ist, und daß zwischen zwei auf der Kolbenstange (6) des Vorhub-Kolbens (16) begrenzt axial verschiebli­ chen ringförmigen Führungsteilen (17, 22) radial ver­ schiebbare Keile (24) angeordnet sind, die, wenn die Führungsteile (17, 22) kurz vor Erreichen der Endlage des Vorhubs von der Stirnwand (2) des Zylinders (1) abge­ fangen werden, von dem sich gegen den Druck einer Feder (23) weiterbewegenden Rohr (19) über dessen konische Verjüngung (38) zum Eingriff in eine Ringnut (13) des Zylinders (1) gelangen.

3. Schweißzylinder nach Anspruch 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Keile (24) am äußeren Umfang mit Nuten (44) versehen sind, in denen ein die Keile (24) umschließender O-Ring (45) als Rückholelement eingreift.