DE3811169A1 - Wasserabsperrventil - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Kühlsysteme für Punktschweißspitzen mit einer selbsttätigen Absper­ rung im Falle eines Spitzenverlustes oder eines Durch­ bruches, der die Freigabe von Kühlmittel bewirkt.

Für Herstellvorgänge in der Automobilindustrie oder in anderen Industriezweigen finden viele Hunderte von Punkt­ schweißspitzen Anwendung, die üblicherweise aus Kupfer oder einer ausgewählten Legierung bestehen. Diese Spitzen werden häufig in Produktionsstraßen und in Automaten ein­ gesetzt, bei denen eine Vielzahl von Spitzen nicht immer unter der unmittelbaren Überwachung einer Bedienungsper­ son stehen. Die Spitzen müssen gekühlt werden, damit sie richtig funktionieren und damit ihre Lebensdauer verlän­ gert wird. Diese Kühlung wird durchgeführt, indem ein Kühlmittelstrom, üblicherweise Wasser, in das Innere ei­ ner Spitze geführt wird, von wo aus der Strom wieder um­ geleitet wird und aus der Spitze austritt. Die Spitze ist mit Hilfe einer konischen Passung am Schweißwerkzeug befestigt.

Derartige Schweißspitzen sind aufgrund von Verschleiß und Erosion Durchbrüchen ausgesetzt und gehen verloren, wenn die konische Passung versagt. Bei einem üblichen Kühlsystem bedeutet ein Verlust der Spitze, daß sich das Kühlmittel über die Maschine und den Boden verbreitet, bis der Kühlmittelstrom manuell unterbrochen wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Steuerven­ til für jede Spitze oder für eine Reihe von Spitzen zu schaffen, das bewirkt, daß irgendein Leitungsbruch im System oder irgendeine Fehlfunktion einer speziellen Spitze zu einer sofortigen Absperrung des Kühlmittelstro­ mes führt.

Diese Aufgabe wird durch ein Steuerventil nach den Pa­ tentansprüchen gelöst.

Aufgrund der durch das Ventil erfolgten Absperrung kann eine Bedienungsperson dann das entsprechende Problem iso­ lieren und eine Kühlmittelleitung oder eine Schweißspitze ersetzen und die Maschine sofort wieder in Tätigkeit ver­ setzen.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungs­ beispiels in Verbindung mit der Zeichnung im einzelnen erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine Schnittansicht eines erfindungsgemäß ausgebildeten Steuerventils;

Fig. 2 eine Seitenansicht des Ventils, wobei eine Anzeige in einem Ventilgehäuse dargestellt ist;

Fig. 3 eine Ansicht einer Punktschweißbefestigung in einem Kühlmittelsteuerkreis;

Fig. 4 eine Schnittansicht des Ventilgehäuses nach Linie 4-4 in Fig. 1; und

Fig. 5 eine Schnittansicht eines Durchflußanzeigers nach Linie 5-5 in Fig. 2.

Die in Fig. 1 dargestellte Ventileinheit umfaßt ein Schal­ tergehäuse 22, einen Hauptventilgehäusekörper 24 und ein Gehäuse 26 für eine manuelle Übersteuerungseinheit.

Das Schaltergehäuse, das in geeigneter Weise am Haupt­ gehäuse 24 verbolzt ist, besitzt eine Seitenöffnung 30 für einen elektrischen Anschluß an einen Schalter 32. Muttern 34 bilden eine Lagerung für den Schalter 32 und einen Schalterschaft 36, der mit dem Ende eines Steuer­ schiebers in Kontakt steht, welcher nachfolgend beschrie­ ben wird.

Das Gehäuse 26 für die manuelle Übersteuerungseinheit ist ebenfalls in geeigneter Weise mit dem anderen Ende des Ventilgehäuses 24 verbolzt und besitzt eine zylin­ drische Ausnehmung, die einen Kolben 40 mit einer Dich­ tung 42 trägt. Eine Betätigungsstange 44, die ebenfalls eine Dichtung trägt, ist an einem Knopf 46 für die Über­ teuerungseinheit befestigt. Eine Öffnung 48 ist als ra­ diale Gewindebohrung im Gehäuse 26 vorgesehen, um einen Betätigungsdruck als Alternative zur manuellen Übersteu­ erung zuzuführen, falls dies gewünscht wird.

Der Hauptventilkörper besitzt eine mittlere Bohrung mit mehreren Durchmessern, die koaxial zum Schalterschaft 36 und zum Übersteuerungskolben 40 verläuft. Am linken Ende in der kleinsten Arbeitsbohrung 60 befindet sich eine Kolbeneinheit 62 benachbart zu einer tellerförmigen Dichtung 64, die zwischen einer Schulter 66 und einer Mutter 68 am verkleinerten Ende 69 eines Ventilschaftes 70 angeordnet ist. Die tellerförmige Dichtung 64 wirkt mit einem Ventilsitz 72 zusammen, der in der Bohrung des Ventilgehäuses 24 ausgebildet ist. Eine Vorspannfeder 73 ist an der Mutter 34 und dem Gehäuse 22 gelagert und wirkt gegen die Mutter 68 und den Schaft 70.

Eine zweite vergrößerte Kolbeneinheit ist am Steuerschie­ ber 70 zwischen einer Schulter 74 und einer Mutter 76 gelagert und besteht aus einem Kolben 78 mit Doppeldich­ tung und einer tellerförmigen Dichtung 80, die mit einem Ventilsitz 82 im Ventilgehäuse 24 zusammenwirkt. Der Sitz 82 ist beträchtlich größer als das Ventil 72.

Ein verkleinertes Ende 84 des Steuerschiebers 70 befindet sich in abgedichteter Gleitpassung in einem Ringeinsatz 90, der in der vergrößerten Bohrung 92 zwischen dem Ven­ tilgehäusekörper 24 und dem Endgehäuse 26 angeordnet ist.

Unter der Hauptventilbohrung im Gehäusekörper 24 befin­ det sich eine kleine Bohrung, die eine Doppelrückschlag­ ventileinheit trägt. Ein Kanal 93 verbindet die Haupt­ ventilbohrung im Bereich der tellerförmigen Dichtung 80 mit einem Ende der kleinen Bohrung. Am anderen Ende die­ ser kleinen Bohrung befindet sich ein Doppelringeinsatz 94, der in der Bohrung abgedichtet ist und einen mittle­ ren Kanal und einen Sitz 95 an einem Ende aufweist, um mit einem O-Ring 96 zusammenzuwirken, der auf einem Rück­ schlagventil 98 angeordnet ist. Ein zweites Rückschlag­ ventil 100 trägt eine O-Ring-Dichtung 102, die in Rela­ tion zu einem Sitz 104 am linken Ende der kleinen Bohrung wirkt. Der Einsatz 94 weist eine äußere Nut auf, die über Radialkanäle zum mittleren Kanal zum Einsatz offen ist. Eine Feder 106 ist zwischen den Rückschlagventilen 98 und 100 angeordnet. Diese Feder 106 übt einen vorgegebe­ nen Druck auf das Strömungsmittel in der Kammer 92 aus, um den Druck in der Kammer 92 aufrechtzuerhalten, der auf den Kolben 78 ausgeübt wird. Die beiden Rückschlag­ ventile 98 und 100 verhindern, daß Gegendruck im Rücklauf­ verteiler 122 in das Ventil eindringt.

Wie man Fig. 2 entnehmen kann, sind die Gehäuse 22, 24 und 26 auf einer Verbindungsbasis 110 gelagert. Eine An­ zeigekappe 112, die noch beschrieben wird, ist am oberen Ende des Gehäuses 24 montiert.

In Fig. 3 ist ein Kreis schematisch dargestellt, der einen Wasserversorgungsverteiler 120 und einen Wasser­ rücklaufverteiler 122 zeigt. Ein Punktschweißwerkzeug ist mit 130 bezeichnet und besitzt Klauen 132 und 134, die durch einen Pneumatik- oder Hydraulikzylinder 136 betätigt werden. Austauschbare Punktschweißspitzen 138 und 140 sollen durch Wasser gekühlt werden, das in den Kanälen 142 und 144 vom Ventilkörper 24 zuströmt und über Kanäle 146 und 148 zum Ventilkörper 24 durch die Montage­ platte 110 abströmt.

In Fig. 1 sind vier Öffnungen 1, 2, 3 und 4 in der Basis 110 dargestellt. In Fig. 2 sind die Öffnungen 1 und 4 gezeigt. Die Öffnungen 2 und 3 befinden sich auf der ge­ genüberliegenden Seite der Basis 110.

Die Öffnung 1 in den Fig. 1 und 2 ist an eine Ringnut 160 im Körper 24 angeschlossen, welche zur rechten Seite des Sitzes 72 hin um das Schaftende 69 herum ausgebil­ det ist. Die Öffnung 2 ist über einen Kanal 162 zur lin­ ken Seite des Sitzes 72 hin angeschlossen. Die Öffnung 3 ist an einen Kanal 164 im Bereich des Schaftabschnittes 84 angeschlossen und weiter über einen Kanal 190 (Fig. 4) an ein Anzeigegehäuse 112 und über einen Kanal 192 an den mittleren Kanal im Einsatz 94 zur rechten Seite des Sitzes 95 hin. Durch diesen Durchfluß wird das nach­ folgend beschriebene Anzeigeelement gedreht und sorgt somit für eine visuelle Anzeige des Durchflusses. Wenn der Schieber 98 gegen die Feder 106 bewegt wird, wird die Öffnung 3 an die Tanköffnung 4 angeschlossen. Wenn die Schieberdichtung 80 vom Sitz 82 weg bewegt wird, liegt die Dichtung 64 dichtend am Sitz 72 an, und der mit der Öffnung 1 verbundene Kanal 160 wird über den Ka­ nal 93 an das linke Ende der kleinen Bohrung benachbart zur O-Ring-Dichtung 102 und dem Sitz 104 angeschlossen. Durch eine Verschiebung des Schiebers 100 gegen die Feder 106 wird die Öffnung 1 an die Öffnung 4 angeschlossen.

Nachfolgend wird die Funktionsweise des Ventils erläu­ tert.

Es wird davon ausgegangen, daß sich der Schaft 70 in sei­ ner Betriebsstellung befindet, in die er entweder durch Betätigung des Knopfes 46 oder durch denvon einer Pumpe P (Fig. 1) abgegebenen pneumatischen Druck, der durch ein Ventil V gesteuert und der Öffnung 48 zugeführt wor­ den ist, bewegt worden ist. In der dargestellten Posi­ tion dringt Kühlwasser in die Öffnung 1 ein und strömt durch die Kanäle im Körper 24 zur Öffnung 160 um den Schaftabschnitt 69 herum bis zur Öffnung 162 und dann zur Öffnung 2 und weiter über die Leitungen 142, 144 zu den entsprechenden Schweißhalterungen 132, 134 und aus­ tauschbaren Spitzen 138, 140 in einem geschlossenen Kreis. Der Rückfluß des Kühlmittels geht über die Leitungen 146, 148 zur Öffnung 3 und durch den Kanal 164 zur Kammer 92 um den Schieberschaft 84 herum und durch den Kanal 190 (Fig. 4) um das Anzeigeelement 180 herum über den Kanal 192 zum Ventileinsatz 94 vonstatten, wo das Rückschlag­ ventil 98 bewegt wird, so daß schließlich die Auslaßöff­ nung 4 und der Rücklaufverteiler erreicht werden.

In der in Fig. 1 dargestellten Position wirkt der Kühl­ mitteldruck auf den Kolben 78 und den Kolben 62 ein, um den Schaft 70 in der "Kühlmitteldurchfluß"-Position nach links zu halten. Aufgrund der wirksamen Fläche des Kolbens 78 auf der linken Seite werden der Druck auf die linke Seite des Kolbens 78 am Sitz 82 und die Vorspannfeder 73 überwunden. Der Druck in der Kammer 92 ist auf das fe­ dergestützte Austrittsrückschlagventil 98 zurückzufüh­ ren.

Wenn eine Schweißspitze leckt, so daß der Kühlmitteldruck abfällt, wird der Haltedruck in der Kammer 92 abgebaut und der Druck auf der linken Seite des Kolben 78 am Sitz 82 tritt in Erscheinung. Trotz der Leckage im Kreis ist immer noch Druck in der Öffnung 160 vorhanden, da norma­ lerweise eine Druckquelle eine Reihe von Schweißhalte­ rungen bedient. Da die Fläche des Sitzes 92 größer ist als die Fläche des Kolben 62, bewegt sich der Steuer­ schieber nach rechts. Sobald der Druck am Sitz 82 vorbei auf die gesamte wirksame Fläche des Kolbens 78 wirkt, schnappt der Kolben nach rechts in die offene Position. Unmittelbar hierauf strömt Kühlmittel von der Kammer zwi­ schen den Kolben 62 und 78 zum Kanal 93, der zu dem Rück­ schlagventil 100 der kleinen Gehäusebohrung führt. Zur gleichen Zeit liegt die Dichtung 64 dichtend am Sitz 72 an und stoppt den Durchfluß über 162 zur Öffnung 2. Das abgezweigte Kühlmittel strömt dann durch das Absperrven­ til und aus der Öffnung 4 heraus zum Rücklaufverteiler 122.

Der Schalter 32 kann dazu verwendet werden, um ein Signal anzuzeigen, das eine Strömungsablenkung zum Tank infolge eines Leckens einer Schweißspitze anzeigt, so daß eine Bedienungsperson die beschädigte Spitze sofort austau­ schen und die Kühlmittelumwälzung wieder beginnen kann.

Ein in Fig. 2 gezeigtes Gehäuse 112 für eine visuelle Anzeige enthält einSchwungrad 180, das auf einem Stift 182 im Gehäuse 184 drehbar ist und eine erhabene flansch­ artige Wand aufweist, die ein transparentes Fenster 186 trägt, welches in geeigneter Weise im Gehäuse abgedichtet ist. Das Innere des Gehäuses 184 ist hydraulisch zwi­ schen die Öffnung und die Öffnung 4 (siehe Fig. 4) in Reihe geschaltet, so daß dann, wenn Kühlmittel auf dem richtigen Wege durch das Ventil strömt, die Schwungmasse 180 (Fig. 5) einer Bedienungsperson eine richtige visu­ elle Anzeige dafür liefert, daß der Durchfluß korrekt ist.

Zwischen der Druckquelle 120 und dem Rücklaufverteiler 122 befindet sich somit ein geschlossener Kreis, und der dem Rücklaufverteiler 122 zugeführte Rücklaufdruck wird in der Kammer 92 aufrechterhalten und über das Rückschlag­ ventil 98 auf die rechte Seite des Kolbens 78 ausgeübt, so daß das Flächenverhältnis ausreichend groß ist, um den Steuerschieber während des Normalbetriebes in der Durchflußposition zu halten. In dieser Position ist der Sitz 72 offen und der Sitz 82 geschlossen. Wenn der Kühl­ mittelkreis aufgrund einer Leckage geöffnet wird, fällt der Druck in der Kammer 92 ab, und der auf die linke Seite des Kolbens 78 ausgeübte Druck übt in Verbindung mit der Vorspannfeder 73 einen Öffnungsdruck aus, so daß der Schie­ ber nach rechts bewegt, der Sitz 72 geschlossen und der Sitz 82 geöffnet wird. Der auf die gesamte Fläche auf der linken Seite des Kolbens 78 einwirkende volle Druck bewegt den Schieber schnell nach rechts, so daß eine By­ paß-Strömung über den Kanal 93, der nunmehr offen ist, zum Sitz 82 bewirkt wird, da der Kolben 78 verschoben worden ist. Diese Bypaß-Strömung von der Öffnung 1 pas­ siert nunmehr das Rückschlagventil 100 und verläuft über die Öffnung 4 zum Rücklaufverteiler 122.

Claims (10)

1. Kühlsystem für eine Schweißvorrichtung, gekennzeich­ net durch:

• (a) einen Kühlmittelkreis, der eine Druckquelle (120) und einen Speicher (122) umfaßt,
• (b) ein Ventilgehäuse (24) in dem Kreis mit zwei paralle­ len Kanälen, von denen ein erster Kanal Strömungsmit­ teldruck von der Druckquelle (120) zum Kreis und ein zweiter Kanal zurückkehrendes Strömungsmittel vom Kreis zum Speicher (122) führt,
• (c) ein Ventilelement (70), das im Gehäuse von einer er­ sten Position, in der der erste Kanal offen ist, in eine zweite Position, in der der erste Kanal geschlos­ sen ist und der Strömungsmitteldruck über den zwei­ ten Kanal zum Speicher (122) umgeleitet wird, verschieb­ bar ist,
• (d) eine federbelastete erste Einrichtung im Rücklauf­ kanal, um einen Stützdruck im Rücklaufkanal aufrecht­ zuerhalten, wenn Kühlmittel im Kreis fließt,
• (e) wobei das Ventilelement (70) eine erste und zweite Druckfläche aufweist, die sich gegenüberliegen und einerseits dem Druck im ersten Kanal und andererseits dem Stützdruck ausgesetzt sind, wobei die zweite Flä­ che eine größere wirksame Fläche aufweist als die erste Fläche, und wobei ein Druckverlust im zweiten Kanal bewirkt, daß der auf die erste Fläche einwirkende Druck das Ventil in die zweite Position verschiebt, so daß der Strömungsmitteldruck zum Speicher umgeleitet wird.

2. Kühlsystem, gekennzeichnet durch:

• (a) einen Kühlmittelkreis der eine Druckquelle (120) und einen Speicher (122) aufweist,
• (b) ein Ventil, das zwei Stellungen in dem zwei parallele Kanäle aufweisenden Kreis einnimmt, wobei in der er­ sten Stellung Strömungsmitteldruck an den Kreis abge­ geben und in der zweiten Stellung Strömungsmittel zum Speicher zurückgeführt wird,
• (c) eine erste Einrichtung zum Aufrechterhalten eines Stützdrucks im rücklaufenden Strömungsmittel,
• (d) eine zweite Einrichtung am Ventil, die auf den Stütz­ druck anspricht und das Ventil in einer ersten Position während des normalen Durchflusses im Kühlmittelkreis hält, wobei diese Einrichtung auf einen Bruch im Kühl­ mittelkreis anspricht und das Ventil in eine zweite Position verschiebt, um den ersten parallelen Kanal zu schließen und den Zufluß zum Kreis zu unterbre­ chen,
• (e) wobei die zweite Einrichtung einen Steuerschieber (70) in einem Ventilkörper (24) aufweist, der einen primären Kolben (78) besitzt, der auf einer Seite dem Stützdruck im zweiten parallelen Kanal ausgesetzt ist, und wobei ein erster Sitz im Ventilkörper (24) auf der anderen Seite des Primärkolbens (78) einen Durchmesser besitzt, der geringer ist als der des Kolbens, und dem ersten parallelen Kanal ausgesetzt ist, wobei beim Absinken des Stützdruckes durch einen Bruch im Kreis der Druck am Sitz der Steuerschieber (70) von Sitz weg bewegt und der auf den Kolben einwir­ kende vollständige Druck dann das Ventil schnell in die zweite Position bewegt.

3. Kühlsystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerschieber (70) einen zweiten Kolben (62) trägt, der mit einem zweiten Sitz im Ventilkörper (24) zusammenwirkt, um den ersten parallelen Kreis zu schlie­ ßen, wenn der Steuerschieber (70) in die zweite Position verschoben wird.

4. Kühlsystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Einrichtung eine Ventilbohrung im Ventil­ körper aufweist, die unabhängig vom Steuerschieber (70) ist, und daß sich ein Bypass-Kanal im Ventilkörper vom ersten parallelen Kanal bis zum zweiten parallelen Kanal erstreckt, der durch den ersten Kolben (78) in der er­ sten Position verschlossen wird und durch Verschieben des ersten Kolbens (78) in die zweite Position geöffnet wird.

5. Kühlsystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilbohrung im Ventilkörper (24) Kanäle auf­ weist, die zu jedem Ende der Bohrung führen, wobei ein erster Kanal einen Teil des zweiten parallelen Kanales bildet und ein zweiter Kanal den Bypass-Kanal bildet und wobei ein Rückschlagventil in jedem Ende der Bohrung an­ geordnet ist, welche Rückschlagventile von einer gemein­ samen Stützfeder beaufschlagt werden.

6. Kühlsystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Schalter 632) an einem Ende des Steuerschiebers (70) angeordnet ist und auf die Bewegung von der ersten in die zweite Position anspricht.

7. Kühlsystem zum Leiten von Kühlmittel zu einem zu küh­ lenden Objekt und von diesem weg in einem Kühlmittelkreis von einer Druckquelle zu einem Speicher, der auf einen Druckverlust im Kreis anspricht und den Zufluß von der Druckquelle beendet, mit einem Steuerventil, das durch die folgenden Bestandteile gekennzeichnet ist:

• (a) einen Ventilkörper (24) mit einer Ventilbohrung mit einer ersten großen Bohrung und einer zweiten ko­ axialen kleineren Bohrung,
• (b) einen Steuerschieber (70), der in der Bohrung beweg­ lich ist und einen ersten Kolben (78) in der großen Bohrung sowie einen zweiten Kolben (62) in der klei­ neren Bohrung aufweist,
• (c) einen ersten Kanal, der im Ventilkörper (24) ausge­ bildet ist und Kühlmittel von einer Druckquelle zu einem Kühlmittelkreis leitet,
• (d) einen ersten Ventilsitz in der zweiten Bohrung, der vom zweiten Kolben (62) in einer ersten Position des Steuerschiebers (70) verschlossen und in einer zwei­ ten Position des Steuerschiebers geöffnet wird,
• (e) einen zweiten Kanal, der im Ventilkörper ausgebil­ det ist und Kühlmittel vom Kühlmittelkreis einem Speicher zuführt,
• (f) einen zweiten Ventilsitz in der ersten Bohrung, der durch eine Seite des ersten Kolbens (78) in der zwei­ ten Position des Steuerschiebers (70) verschlossen und in der ersten Position des Steuerschiebers geöff­ net wird,
• (g) wobei der zweite Kanal zu einer zweiten Seite des ersten Kolbens (78) offen ist, so daß ein Haltedruck auf den Steuerschieber (70) während der Druckumwäl­ zung im Kreis ausgeübt wird, und
• (h) einen Bypaß-Kanal im Ventilkörper, um Kühlmittel­ druck vom ersten Kanal zum Speicher zu führen, wenn sich der Steuerschieber (70) in der ersten Position befindet, in der er den ersten Ventilsitz schließt, wobei der Steuerschieber (70) durch den auf die eine Seite des ersten Kolbens (78) einwirkenden Druck in die erste Position verschiebbar ist, wenn der Druck im Kreis und im zweiten Kanal durch einen Druckver­ lust aufgrund einer Lackage absinkt.

8. Kühlsystem nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß es ein Rückschlagventil im zweiten Kanal aufweist, um im normalen Betrieb des Systems einen Stützdruck gegen den ersten Kolben (78) im zweiten Kanal aufzubauen.

9. Kühlsystem nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß im Ventilkörper (24) eine zweite Bohrung ausgebildet ist, die an einem Ende, das zum zweiten Kanal hin offen ist, einen Sitz und am anderen Ende, das zum Bypaß-Kanal hin offen ist, einen Sitz aufweist, und daß sich an jedem Ende der zweiten Bohrung ein Rückschlagventil befindet, die beide durch eine gemeinsame Feder in Richtung auf die entsprechenden Sitze unter Vorspannung gesetzt sind.

10. Kühlsystem nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß eine Öffnung im Bypaß-Kanal durch den ersten Kol­ ben (78) in der zweiten Position geschlossen und zum By­ paß-Kanal hin offen ist, wenn sich der erste Kolben (78) in der ersten Position befindet.