DE4012968C2 - Pneumatisch betätigbarer Linearantrieb für Punktschweiß-Automaten - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen pneumatisch betätigbaren Linearantrieb für Punktschweiß-Automaten mit folgenden Merkmalen:
In einem Zylinder sind mehrere in Tandemanordnung an einer Kolbenstange geführte Kolben angeordnet, wobei der Zylinder an einem Ende durch einen Zylinderboden verschlossen ist und in seinem anderen Endbereich einen von der Kolbenstange durchdrungenen Führungsring hat, wobei jeweils zwischen zwei benachbarten Kolben ein von der Kolbenstange durchdrungener zylinderfester Zwischen­ boden angeordnet ist, so daß der Zylinder in wenigstens drei Druckräume unterteilt ist, nämlich in einen zwischen dem Zylinderboden und dem diesem benachbarten ersten Kolben gelegener erster Druckraum, einen zwischen dem ersten Kolben und dem diesem benachbarten Zwischenboden gelegenen zweiten Druckraum und einen zwischen dem zweiten Kolben und dem Zwischenboden gele­ genen dritten Druckraum;
die Kolbenstange hat auf ihrem zwischen den Kolben sich erstreckenden Abschnitt einen axialen Kanal, dessen zylinderbodenseitiges Ende ein Rückschlagventil auf­ weist und über dieses in den ersten Druckraum mündet und der durch radiale Kanäle mit dem ersten Druckraum und dem dritten Druckraum verbindbar ist, wobei der Zylinder zwei Luftleitungsanschlüsse hat, von denen der erste in den ersten Druckraum führt und mit dem dritten Druckraum verbindbar ist, während der zweite Luftlei­ tungsanschluß über ein Drosselventil in den zweiten Druckraum führt;
der erste Kolben ist auf einem Endabschnitt mit gerin­ gerem Durchmesser der Kolbenstange axial beweglich ange­ ordnet, wobei er in seiner zylinderbodenseitigen End­ lage die aus dem axialen Kanal der Kolbenstange in den ersten Druckraum führenden radialen Kanäle verschließt, die er in seiner zylinderbodenfernen Endlage freigibt.

Ein Linearantrieb mit diesen Merkmalen ist aus der DE 35 42 069 A1 bekannt. Der bekannten Vorrichtung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Abbremsung der Elek­ trodenbewegung in Richtung auf das Werkstück zwecks Verringerung der Geräuschentwicklung beim Aufsetzen der Elektrode zu schaffen, bei der die durch die Verzöge­ rungsmaßnahmen hervorgerufene Verlustzeit vernachläs­ sigbar klein ist.

Diese Aufgabe soll bei der bekannten Vorrichtung da­ durch gelöst werden, daß der im zweiten Druckraum (20) benachbarte Kolben (7) auf einen Bereich (9′) ver­ ringerten Durchmessers des Schaftes (9) in Abhängig­ keit von der Druckdifferenz zwischen erstem und zweitem Druckraum (18, 20) zwischen einer ersten Stellung, in der er eine das Ventil (15) umgehende Verbindungs­ leitung (17) zwischen dem Kanal (16) und dem zweiten Druckraum (20) abdeckt, und einer zweiten Stellung, in der er diese Verbindungsleitung (17) freigibt, axial verschiebbar ist, wobei er in seiner zweiten Stellung an einer Schulter (10) des Schaftes (9) anliegt.

Die gestellte Aufgabe kann zwar durch eine solche Kolben-Zylinderanordnung gelöst werden. Sie hat aber - insbesondere bei der in den Anmeldungsunterlagen als Ausführungsbeispiel dargestellten und beschriebenen Ausführungsform den Nachteil, daß sie konstruktiv sehr aufwendig und daher in der Herstellung auch sehr teuer ist. Ein weiterer Nachteil besteht darin, daß die seit­ lich vom Zylinder angeordnete Drosseleinrichtung den insgesamt von dem Linearantrieb für die Schweißelek­ trode benötigten Raum erheblich vergrößert. Dies wirkt sich nachteilig für die Einsatzmöglichkeiten des Schweißautomaten aus, weil die Schweißzange mit ihrem Antrieb nicht mehr durch sehr enge Räume geführt werden kann.

Ein funktioneller Nachteil besteht darin, daß der auf einem inneren Endabschnitt der Kolbenstange axial bewegliche Kolben zur Erreichung seiner Ausgangs­ position, in der er die radialen Verbindungskanäle von der ersten Druckkammer zum axialen Kanal der Kolben­ stange verschließt, völlig von der Druckdifferenz zwischen dem ersten und dem zweiten Druckraum abhängig ist. Wenn diese Druckdifferenz einmal nicht ausreicht, um den Kolben in seine zylinderbodenseitige Endlage zu schieben, so können beim Beginn des nachfolgenden Arbeitshubes beide Kolben gleichzeitig beaufschlagt und die erstrebte Dämpfungswirkung verhindert werden.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Linearantrieb der in der Beschreibungseinleitung und im Oberbegriff des Anspruchs 1 definierten Gattung so zu verbessern, daß die vorbeschriebenen Nachteile der be­ kannten Linearantriebe dieser Art weitestgehend beseitigt sind. Der Aufbau soll bei Vermeidung von Gußformteilen einfacher sein und eine zuverlässige Funktion gewähr­ leisten.

Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale gemäß dem Kennzeichen des Anspruchs 1 gelöst. Eine weitere Vereinfachung bei Erhaltung größter Zuver­ lässigkeit wird durch die kennzeichnenden Merkmale der Unteransprüche erzielt.

Dadurch, daß auf dem Endabschnitt mit geringerem Durch­ messer der Kolbenstange eine diese koaxial umgebende Wendeldruckfeder angeordnet ist, die sich unter Vor­ spannung einerseits an dem den Endabschnitt mit gerin­ gerem Durchmesser der Kolbenstange begrenzenden Absatz und andererseits an der Rückseite des auf diesem Kol­ benstangenabschnitt axial beweglichen Kolben abstützt, ist gewährleistet, daß dieser Kolben in seiner Ausgangs­ stellung die radialen Verbindungskanäle vom axialen Kanal der Kolbenstange zum ersten Druckraum bei Beginn des Arbeitshubes stets geschlossen sind.

Dadurch, daß die Einrichtung, durch die der zweite Druckraum beim Arbeitshub entlüftet wird, vollständig in dem Zwischenboden untergebracht ist, nimmt der Linearantrieb einen wesentlich geringeren Raum in An­ spruch, so daß die Einsatzmöglichkeiten einer solcher­ maßen angetriebenen Schweißzange erweitert werden.

Die Ausbildung des in dem Entlüftungsweg angeordneten Absperrorgans als zylindrischer Schieber, der durch die Druckdifferenzen zwischen dem zweiten und dem dritten Druckraum gesteuert wird, bewirkt eine erhebliche Ver­ einfachung gegenüber der als Kugelventil ausgebildeten Absperreinrichtung in der bekannten Kolben-Zylinder- Anordnung.

Durch die Ausbildung des am zylinderbodenseitigen Ende der Kolbenstange angeordneten, den axialen Kanal der Kolbenstange gegen Überdruck in der ersten Druckkammer sperrenden Rückschlagventils als Membranventil mit senkrecht zur Zylinderachse liegender Membrane ermög­ licht eine Minimierung der für dieses Rückschlagventil erforderlichen axialen Baulänge.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand einer sie bei­ spielsweise wiedergebenden Zeichnung näher erläutert. Die Zeichnung stellt einen axialen Schnitt durch den Linearantrieb in Ruhestellung bei vollständig zurück­ gezogener Kolbenstange dar.

Bei dem in der Zeichnung dargestellten Ausführungs­ beispiel besteht der erfindungsgemäße Linearantrieb im wesentlichen aus einem Zylindermantel 1, der mit einer aus mehreren Segmenten 2, 3 zusammengesetzten Lauf­ buchse ausgekleidet ist. Darin ist eine Kolbenstange 4 mit zwei daran in Tandemanordnung geführten Kolben 5, 6 axial beweglich angeordnet.

Der Zylinder ist an einem Ende durch einen festen Zylinderboden 7 verschlossen. Zwischen den beiden Kolben 5, 6 ist ein Zwischenboden 8 angeordnet, der von dem sich zwischen den beiden Kolben 5, 6 erstreckenden Abschnitt 4a der Kolbenstange durchdrungen wird. Er wird zwischen den beiden Segmenten 2, 3 der Laufbuchse in einer zylinderfesten Position gehalten. An seinem zylinderbodenfernen Ende ist in dem Zylinder ein von der Kolbenstange 4 durchdrungener Führungsring 9 ange­ ordnet, der innenseitig an dem äußeren Segment 3 der Laufbuchse anliegt und außen von einem Sprengring 10 gehalten wird, der in einer Ringnut 11 des Zylinder­ mantels 1 sitzt. Sein Innenquerschnitt ist mehreckig so daß zwischen der Kolbenstange 4 und dem Führungsring 9 in der Zeichnung nicht dargestellte axiale Entlüf­ tungskanäle vorhanden sind.

Der Zylinder ist in drei Druckräume unterteilt, nämlich in einen zwischen dem Zylinderboden 7 und dem ersten Kolben 5 gelegenen ersten Druckraum 12, einen zwischen dem ersten Kolben 5 und dem Zwischenboden 8 gelegenen zweiten Druckraum 13 und einen zwischen dem zweiten Kolben 6 und dem Zwischenboden 8 gelegenen dritten Druckraum 14.

An dem Zylinderboden 7 ist ein erster Luftleitungsan­ schluß 15 angeordnet, der unmittelbar in den ersten Druckraum 12 führt. Ein zweiter Luftleitungsanschluß 18 ist im Bereich des Zwischenbodens angeordnet. Dieser führt über einen den Zwischenboden 8 umgebenden Ring­ kanal 17 in den zweiten Druckraum 13, wobei in einem vom Ringkanal 17 zum zweiten Druckraum 13 führenden Verbindungskanal 18 ein Drosselventil 19 angeordnet ist.

Die Kolbenstange 4 hat auf ihrem zwischen den beiden Kolben 5, 8 sich erstreckenden Abschnitt einen axialen Kanal 20. Dessen zylinderbodenseitiger Ausgang mündet in den ersten Druckraum 12. An seiner Mündung ist ein bei Überdruck in dem ersten Druckraum 12 schließendes Rückschlagventil 21 mit einer parallel zum Zylinder­ boden 7 liegenden Membrane 21a als Schließkörper ange­ ordnet. Der Ventilsitz ist als eine koaxial in den End­ abschnitt 4b der Kolbenstange eingeschraubte Kopf­ schraube 21b mit einem achsparallelen Kanal 21c aus­ gebildet, die den Endabschnitt 4b der Kolbenstange seitlich überragt.

Der Zylinderboden 7 hat innenseitig eine zentrale Aus­ drehung die einen Teil des ersten Druckraumes 12 bil­ det und in die der Endabschnitt 4b der Kolbenstange mit dem Rückschlagventil 21 in Ruhestellung des Linearan­ triebes bei völlig zurückgezogener Kolbenstange hinein­ ragt.

Der Endabschnitt 4b der Kolbenstange hat einen gegen­ über dem sich zwischen den beiden Kolben 5, 6 erstrec­ kenden Abschnitt 4a geringeren Durchmesser, wobei der Übergang zwischen beiden Abschnitten einen Absatz 22 bildet. Auf dem Endabschnitt 4b der Kolbenstange sind der erste Kolben 5 axial beweglich sowie zwischen die­ sem und dem Absatz 22 eine Wendeldruckfeder 23 unter Vorspannung angeordnet. Die Wendeldruckfeder 23 drückt den ersten Kolben 5 in Ruhestellung des Linearantrie­ bes bei völlig zurückgezogener Kolbenstange an den Zylinderboden 7. Dabei liegt der zweite Kolben 6 an dem Zwischenboden 8.

Unterhalb des Rückschlagventils 21 führen aus dem axialen Kanal 20 der Kolbenstange radiale Kanäle 24, die bei Ruhestellung des Linearantriebes innerhalb des ersten Kolbens 5 liegen. Sie werden aber geöffnet und münden dann in den ersten Druckraum 12, wenn der erste Kolben 5 gegen die Wirkung der Wendeldruckfeder 23 eingeschoben wird.

Am anderen Ende des axialen Kanals 20 sind ebenfalls radiale Kanäle 25 vorgesehen, die bei völlig einge­ zogener Kolbenstange innerhalb des Zwischenbodens 8 liegen und somit verschlossen sind. Sie werden aber geöffnet und münden dann in den dritten Druckraum, wenn die Kolbenstange 4 eine kurze Strecke ausgefahren ist.

Der Zwischenboden 8 enthält in seinem peripheren Bereich einen achsparallel verlaufenden Schieberzylinder 26, der einerseits zum zweiten Druckraum 13 und andererseits zum dritten Druckraum 14 offen ist. In ihm ist ein in Abhängigkeit von den Druckdifferenzen zwischen dem zweiten Druckraum 13 und dem dritten Druckraum 14 axial beweglicher Entlüftungsschieber 27 angeordnet. Durch diesen ist ein den zweiten Druckraum 13 mit dem Ring­ kanal 17 verbindender und dabei den Schieberzylinder 26 kreuzender Entlüftungskanal 28 absperrbar. Der Ent­ lüftungsschieber 27 ist durch einen axial an seiner dem dritten Druckraum 14 zugewandten Stirnseite angesetzten Distanzstift 29 mit einem in axialer Fortsetzung in dem Schieberzylinder 26 axial beweglichen Schubkolben 30 verbunden.

Ausgehend von der Ruhestellung, wobei der erste Kolben 5 an dem Zylinderboden 7 anliegt, arbeitet der erfin­ dungsgemäße Linearantrieb wie folgt: Der erste Druckraum 12 wird über den Luftleitungsan­ schluß 15 mit Druckluft beaufschlagt. Die Druckluft drückt nun zunächst nur auf den ersten Kolben 5 und das Rückschlagventil 21, welches unter dem Luftdruck geschlossen gehalten wird. Die Kolbenstange 4 mit der an ihrem äußeren Ende befindlichen Elektrode 31 wird gegen das Werkstück gefahren, bis die Elektrode 31 an das Werkstück anstößt. Dabei werden die anfangs von dem Zwischenboden 8 geschlossen gehaltenen radialen Kanäle 25 zum axialen Kanal 20 der Kolbenstange freigegeben. Die am anderen Ende des axialen Kanals 20 befindlichen radialen Kanäle 24 werden zunächst noch von dem ersten Kolben 5 geschlossen gehalten, weil die vorgespannte Wendeldruckfeder 23 den ersten Kolben 5 noch in seiner Ausgangsstellung hält.

Bei diesem Vorhub wird der zweite Druckraum 13 ent­ lüftet über den Verbindungskanal 18, der in den an der Peripherie des Zwischenbodens 8 befindlichen Ringkanal 17 mündet, welcher seinerseits mit dem zweiten Luftlei­ tungsanschluß 16 in Verbindung steht. Dabei wird die Bewegung der Elektrode 31 in Richtung auf das Werk­ stück durch das in dem Verbindungskanal 18 befindliche Drosselventil 18 gebremst mit der Folge, daß die Elek­ trode 31 ohne wesentliches Geräusch an das Werkstück stößt.

Dem ersten Druckraum 12 wird weiter Druckluft zugeführt. Der erste Kolben 5 schiebt sich nun auf dem Endabschnitt 4b der Kolbenstange gegen die Wirkung der Wendeldruck­ feder 23 in den zweiten Druckraum 13 hinein, bis die Wendeldruckfeder 23 maximal komprimiert ist. Dabei wer­ den die radialen Kanäle 24 zum axialen Kanal 20 der Kolbenstange geöffnet.

Die Druckluft strömt nun um das Rückschlagventil 21 herum durch diese radialen Kanäle 24, den axialen Kanal 20 und die radialen Kanäle 25 in den dritten Druckraum 14, wodurch auch der zweite Kolben 6 beaufschlagt wird. Sobald der sich im dritten Druckraum 14 aufbauende Druck größer ist, als der sich im zweiten Druckraum 13 bis dahin gebremst abbauende Druck, wird der Entlüf­ tungsschieber 27 durch den Schubkolben 30 in Richtung zum zweiten Druckraum 14 geschoben. Dadurch wird der Entlüftungskanal 28 geöffnet, so daß die Luft aus dem zweiten Druckraum 14 nun ungedrosselt abströmen kann. Die Elektrode 31 wird nun mit der vollen Kraft der auf beide Kolben 5, 6 wirkenden Druckluft gegen das Werk­ stück gepreßt und der Schweißvorgang vollzogen.

Zum Rückhub wird der zweite Druckraum 13 über den zwei­ ten Luftleitungsanschluß 16, den Ringkanal 17 und den Verbindungskanal 18 mit Druckluft beaufschlagt, wobei sich das Drosselventil 19 öffnet. Der erste Kolben 5 schiebt sich zunächst unter dem Druck der Wendeldruck­ feder 23 in seine Ausgangsposition am Endabschnitt 4b der Kolbenstange und wird dann gemeinsam mit dieser und dem zweiten Kolben 8 gegen den Zylinderboden 7 in die Ausgangsposition zur Bereitschaft eines neuen Schweißvorganges geschoben. Dabei wird der erste Druck­ raum 12 unmittelbar über den nun drucklosen Luftlei­ tungsanschluß 15 entlüftet. Die Entlüftung des dritten Druckraumes 14 erfolgt durch die radialen Kanäle 25, den axialen Kanal 20 der Kolbenstange und das an dem Endabschnitt 4b der Kolbenstange befindliche, sich nun öffnende Rückschlagventil 21 in den ersten Druckraum 12.

Der Rückhub ist beendet und der Antrieb für einen neuen Arbeitshub bereit, wenn die beweglichen Teile die in der Zeichnung dargestellte Position wieder eingenommen haben.

Claims (3)

1. Pneumatisch betätigbarer Linearantrieb für Punkt­ schweiß-Automaten mit den Merkmalen:

• a) In einem Zylinder sind mehrere in Tandemanord­ nung an einer Kolbenstange geführte Kolben ange­ ordnet, wobei der Zylinder an einem Ende durch einen Zylinderboden verschlossen ist und in seinem anderen Endbereich einen von der Kolben­ stange durchdrungenen Führungsring hat, wobei je­ weils zwischen zwei benachbarten Kolben ein von der Kolbenstange durchdrungener zylinderfester Zwischenboden angeordnet ist, so daß der Zylin­ der in wenigstens drei Druckräume unterteilt ist, nämlich in einen zwischen dem Zylinderboden und dem diesem benachbarten ersten Kolben gelegenen ersten Druckraum, einen zwischen dem ersten Kolben und dem diesem benachbarten Zwischenboden gelegenen zweiten Druckraum und einen zwischen dem zweiten Kolben und dem Zwischenboden gele­ genen dritten Druckraum;
• b) die Kolbenstange hat auf ihrem zwischen den Kol­ ben sich erstreckenden Abschnitt einen axialen Kanal, dessen zylinderbodenseitiges Ende ein Rückschlagventil aufweist und über dieses in den ersten Druckraum mündet und der durch radiale Kanäle mit dem ersten Druckraum und dem dritten Druckraum verbindbar ist, wobei der Zylinder zwei Luftleitungsanschlüsse hat, von denen der erste in den ersten Druckraum führt und mit dem dritten Druckraum verbindbar ist, während der zweite Luftleitungsanschluß über ein Drosselventil in den zweiten Druckraum führt;
• c) der erste Kolben ist auf einem Endabschnitt mit geringerem Durchmesser der Kolbenstange axial beweglich angeordnet, wobei er in seiner zylinder­ bodenseitigen Endlage die aus der axialen Bohrung der Kolbenstange in den ersten Druckraum führen­ den radialen Kanäle verschließt, die er in seiner zylinderbodenfernen Endlage freigibt, dadurch gekennzeichnet,
• d) daß auf dem Endabschnitt (4b) mit geringerem Durchmesser der Kolbenstange eine diese axial umgebende Wendeldruckfeder (23) angeordnet ist, die sich unter Vorspannung einerseits an der Rückseite des ersten Kolbens (5) und andererseits an dem den Endabschnitt (4b) der Kolbenstange begrenzenden Absatz (22) abstützt, wobei die zylinderbodenseitige Endlage des Kolbens (5) durch das an dem Endabschnitt (4b) der Kolben­ stange als Kopfschraube (21b) mit einem achs­ parallelen Kanal (21c) ausgebildete Gehäuse des dort angeordneten Rückschlagventils (21) und seine zylinderbodenferne Endlage durch die maximale Kompression der Wendeldruckfeder (23) bestimmt ist;
• e) daß wenigstens der erste Zwischenboden (8) einen peripheren Ringkanal (17) aufweist, der einer­ seits unmittelbar mit dem zweiten Luftleitungs­ anschluß (16) und andererseits über einen das Drosselventil (19) enthaltenden Verbindungskanal (18) mit dem zweiten Druckraum (13) verbunden ist;
• f) daß wenigstens der erste Zwischenboden (8) in seinem peripheren Bereich einen wenigstens an­ nähernd achsparallel verlaufenden Schieberzylin­ der (28) enthält, der einerseits zum zweiten Druckraum (13) und andererseits zum dritten Druck­ raum (14) offen ist und in dem ein in Abhängig­ keit von den Druckdifferenzen zwischen dem zwei­ ten Druckraum (13) und dem dritten Druckraum (14) axial beweglicher Entlüftungsschieber (27) ange­ ordnet ist, durch den ein im Zwischenboden (8) verlaufender, den zweiten Druckraum (13) mit dem Ringkanal (17) verbindender und dabei den Schie­ berzylinder (26) kreuzender Entlüftungskanal (28) absperrbar ist.

2. Pneumatisch betätigbarer Linearantrieb nach An­ spruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das an dem Endabschnitt (4b) der Kolbenstange angeordnete Rückschlagventil (21) als Membranventil ausgebildet ist, dessen Membrane (21a) senkrecht zur Zylinderachse auf dem als Kopfschraube (21b) mit einem achsparallelen Kanal (21c) ausgebildeten Ven­ tilsitz liegt.

3. Pneumatisch betätigbarer Linearantrieb nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Entlüftungsschieber (27) die Form eines den Querschnitt des Zylinderschiebers (26) ausfüllenden Zylinders hat und durch einen axial an seiner dem dritten Druckraum (14) zugewandten Stirnseite ange­ setzten Distanzstift (29) mit einem in axialer Fort­ setzung in dem Schieberzylinder (26) axial bewegli­ chen Schubkolben (30) verbunden ist.