DE4136487A1

DE4136487A1 - Kolben-zylinder-anordnung als antriebseinheit, insbesondere fuer schweissvorrichtungen

Info

Publication number: DE4136487A1
Application number: DE19914136487
Authority: DE
Inventors: Willi Ermert
Original assignee: LIV AUTOMATION GmbH
Current assignee: LIV AUTOMATION GmbH
Priority date: 1991-01-22
Filing date: 1991-11-06
Publication date: 1992-07-23

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kolben-Zylinder- Anordnung als Antrieb, insbesondere für Schweißvorrichtun gen, bestehend aus einem Zylinder, in dem ein mit einem Druckmittel beaufschlagbarer Kolben verschiebbar angeordnet ist, der eine aus dem Zylinder dichtend herausgeführte Kolbenstange besitzt, wobei zwei über ein Überströmventil verbindbar ausgebildete Druckräume ausgebildet sind, um zwei auf den Kolben wirkende, unterschiedliche Druckstufen zu erzeugen.

Eine derartige Kolben-Zylinder-Anordnung ist z. B. aus der DE-OS 35 42 069 bekannt. Diese bekannte Anordnung erfüllt zwar die Aufgabe, die Schweißelektrode sanft auf dem Werkstück aufzusetzen und erst nach dem Aufsetzen die erforderliche höhere Schweißkraft zu erzeugen, jedoch ist das Ansprechverhalten dieser Anordnung relativ träge. Denn der mit dem Druckmedium zu füllende Druckraum für die erste Druckstufe der Tandem-Zylindervorrichtung wird durch den vollen Querschnitt des Zylinders bestimmt und ist somit relativ groß, so daß eine lange Füllzeit gegeben ist. Zudem besitzt diese bekannte Anordnung eine große Baulänge und weist eine aufwendige und teurere Konstruktion auf.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kolben- Zylinder-Anordnung mit zwei Druckstufen zu schaffen, die sich durch ein schnelles Ansprechen und durch eine einfache und kompakte Bauweise auszeichnet.

Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß auf der der Kolbenstange gegenüberliegenden Seite des Kolbens ein mit der Druckmittelzufuhrleitung verbundener innerer, in der Ruhestellung des Kolbens vom Kolben und dem Gehäusedeckel dichtend verschlossener Druckraum für die erste Druckstufe ausgebildet ist, der über das Überströmventil in der Arbeitsstellung des Kolbens mit einem äußeren, den inneren Druckraum umfassenden Ringraum zwischen dem Gehäuse und dem Kolben für die zweite Druckstufe verbindbar ist. Durch diese erfindungsgemäße Ausgestaltung wird erreicht, daß der für die erste Druckstufe verantwortliche innere Druckraum ein relativ geringes Volumen aufweist und die von dem Druckmit tel beaufschlagte Kolbenfläche in Abhängigkeit vom erzeugten Druck derart bemessen ist, daß nur die gegenüber der Schweißkraft verringerte Anfangskraft zum Lösen des Kolbens aus der Ruhestellung aufgebracht werden muß. Durch den ein relativ kleines Füllvolumen aufweisenden inneren Druckraum für die erste Druckstufe wird ein schnelles Ansprechen bei Druckbeaufschlagung erreicht, so daß schnelle Taktzeiten mit der erfindungsgemäßen Kolben-Zylinder-Anordnung möglich sind. Zudem zeichnet sich die erfindungsgemäße Kolben- Zylinder-Anordnung durch eine sehr kompakte und einfache Bauweise aus, da sie konstruktiv von einer Kolben-Zylinder- Anordnung abgeleitet ist, die derjenigen entspricht, wie sie für Kolben-Zylinder-Anordnungen mit nur einer einzigen Druckstufe Verwendung findet.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen enthalten und werden anhand des in den beiliegenden Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels im folgenden näher beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Kolben-Zylinder-Anordnung mit dem Kolben in Ruhestellung,

Fig. 2 einen Längsschnitt gemäß Fig. 1, jedoch mit dem Kolben in Arbeitsstellung und

Fig. 3 einen Schnitt entlang der Schnittlinie III-III in Fig. 2.

Wie aus den Fig. 1 bis 3 zu erkennen ist, besteht eine erfindungsgemäße Kolbenzylinderanordnung aus einem Zylinder mit einem mittleren Zylinderrohr 1, das einseitig durch einen Zylinderdeckel 2 und anderseitig durch einen Zylinder boden 3 verschlossen ist. Hierbei sind der Zylinderdeckel 2 und der Zylinderboden 3 durch, wie aus Fig. 3 zu erkennen ist, seitlich an der Außenseite des Zylinderrohres 1 verlau fende Zuganker 4 miteinander verschraubt und verspannt. Innerhalb des Zylinderrohres 1 ist ein Kolben 6 verschiebbar und umfangsgemäß abgedichtet geführt. Der Kolben 6 weist eine mittig auf dem Kolben angeordnete Kolbenstange 7 auf, die durch den Zylinderboden 3 verläuft und in diesem umfangsgemäß abgedichtet, gleitend geführt ist. Die Kolben stange 7 dient z. B. bei der Verwendung der erfindungsgemäßen Kolben-Zylinder-Anordnung in Schweißanordnungen zur Betäti gung der Schweißelektroden.

Erfindungsgemäß ist nun vorgesehen, daß der Zylinderdeckel 2 einen konzentrisch zum Zylinderrohr 1 angeordneten, mittigen Zylinderansatz 8 aufweist, der in den Zylinderrohr- Innenraum hineinragt. Dieser Zylinderansatz 8 weist in seiner Kopffläche eine mittlere zylindrische Ausnehmung 9 auf. Diese mittige zylindrische Ausnehmung 9 bildet einen inneren Druckraum zur Erzeugung einer ersten Druckstufe. Die zylindrische Ausnehmung 9 bzw. der innere Druckraum 9 wird von einer Gehäusewandung 11 umgeben. In der in Fig. 1 dargestellten Ruhestellung des Kolbens 6 liegt die Gehäuse wandung 11 mit ihrer Stirnringfläche 12 gegen die Kopfseite 13 des Kolbens 6 an. Hierbei ist der Anlagebereich der Kopfseite 13 im Nutgrund 14 einer auf der Kopfseite 13 ausgebildeten Ringnut 16 gegeben. Durch diese konstruktive Ausgestaltung wird eine Überdeckung A zwischen der Kopfseite 13 des Kolbens 6 und der Stirnringfläche 12 der Gehäusewan dung 11 erreicht. Weiterhin ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß im Überdeckungsbereich zwischen der Gehäusewandung 11 und der Nutwandung eine Dichtung gegeben ist, und zwar vorzugsweise eine metallische Dichtung zwischen der Gehäuse wandung 11 und der Nutwandung der Ringnut 16. Durch diese Abdichtung ist der innere Druckraum 9 in der in Fig. 1 dargestellten Ruhestellung des Kolbens 6 vollständig nach außen hin abgeschlossen, so daß bei einer Druckbeaufschla gung des inneren Druckraumes 9 über eine durch den Zylinder deckel 2 und den Zylinderansatz 8 verlaufende Druckmittelzu fuhrleitung 17 sich ausschließlich im inneren Druckraum 9 der Druck aufbauen kann und auf die von der Gehäusewandung 11 umschlossene Fläche des Kolbens 6 einwirkt. Erfindungs gemäß ist die von der Gehäusewandung 11 umschlossene Kolben fläche in Abhängigkeit von dem anstehenden Druck derart bemessen, daß die hierbei erzeugte, auf den Kolben wirkende Kraft derart ist, daß sie ausreicht, um die Anfangskraft zum Lösen des Kolbens aus der Ruhestellung zu erzeugen.

Weiterhin ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß der Kolben 6 an seiner Kopfseite einen Führungsflansch 18 aufweist. Dieser Führungsflansch 18 ist hohlzylindrisch ausgebildet und dient in seinem Innenraum zur Führung des Zylinderansat zes 8. Hierbei ist eine umfangsgemäße Abdichtung des Zylinderansatzes 8 gegen die Innenwandung des Führungsflan sches 18 vorgesehen. Auf dem Ringkragen 19 des Führungs flansches 18, mit dem der Führungsflansch 18 mit dem Kolben 6 verbunden ist, ist ein federbelastetes Überströmventil 21 und ein Entlüftungs-Rückschlagventil 22 befestigt. Der Innenraum 23 des Überströmventils 21 ist über eine Verbin dungsbohrung 24 im Ringkragen 19 des Führungsflansches 18, die an der Innenseite des Führungsflansches 18 mündet, mit dem inneren Druckraum 9 verbindbar. Die Mündungsöffnung 26 der Verbindungsbohrung 24 liegt im dargestellten Ausfüh rungsbeispiel unmittelbar oberhalb der Kopfseite 13 des Kolbens 6, und zwar in Verlängerung der äußeren Wandung 25 der Ringnut 16. Durch diese erfindungsgemäße Ausgestaltung wird erreicht, daß erst nach Beaufschlagung des inneren Druckraumes 9 und der damit verbundenen Anfangsbewegung des Kolbens 6 das im inneren Druckraum 9 befindliche Druckmittel in den Innenraum 23 des Überströmventils 21 über die Verbindungsbohrung 24 einströmen kann, indem der Kolben 6 um das Maß der oben beschriebenen Überdeckung A zwischen dem Kolben 6 und der Gehäusewandung 11, das gleich dem Abstand der Mündungsöffnung 26 vom Nutgrund 14 der Ringnut 16 ist, verschoben wird. Hierdurch wird sichergestellt, daß das Überströmventil 21 im Moment der Druckbeaufschlagung des inneren Druckraumes 9 nicht mit Druckmittel beaufschlagt werden kann und sich somit nicht in der Anfahrphase öffnen kann. Damit wird verhindert, daß über das Überströmventil 21 in der Anfangsphase Druckmittel in einen äußeren Ringraum 27 eindringen kann, der zwischen dem Zylinderansatz 8 und dem Zylinderrohr 1 radial und axial durch den Gehäusedeckel 2 sowie durch den Kolben 6 begrenzt wird. Der äußere Ringraum 27 umgibt somit den inneren Druckraum 9 konzentrisch.

Der äußere Ringraum 27 wird erst erfindungsgemäß über das Überströmventil 21 mit Druckmittel gefüllt, wenn der Kolben 6 seine Arbeitsstellung erreicht hat, d. h. eine Stellung, in der beispielsweise eine mit der Kolbenstange 7 verbundene Schweißelektrode in Anlage mit dem zu verschweißenden Werkstück ist. In dieser Anlagestellung erfolgt eine Druckerhöhung im Druckinnenraum 9, der sich in dieser Arbeitsstellung um einen Druckinnenraum 28 vergrößert hat. Diese Druckinnenraumvergrößerung resultiert aus der Vergrö ßerung des Durchmessers der druckbeaufschlagten Kolbenfläche um die zweifache Stegbreite der Gehäusewandung 11. Die aufgrund der Anlage der Schweißelektrode bedingte Druckerhö hung des Druckmittels im Druckinnenraum und damit ebenfalls innerhalb des nunmehr mit dem Druckinnenraum 9 verbundenen Überströmventils 21, öffnet das Überströmventil und verbin det den Druckinnenraum 9 sowie die Druckraumvergrößerung 28 mit dem äußeren Ringraum 27, so daß dieser mit Druckmittel gefüllt wird und nunmehr eine zweite Druckstufe erzeugt wird, die die für das Verschweißen erforderliche Schweiß kraft erzeugen kann, da nunmehr die volle Kolbenfläche mit Druckmittel beaufschlagt ist. Das Überströmventil 21 kann auf jeden gewünschten Druckwert eingestellt werden, bei dem es öffnet.

Die Zurückbewegung des Kolbens 6 aus der in Fig. 2 darge stellten Arbeitsstellung in die in Fig. 1 dargestellte Ruhestellung erfolgt dadurch, daß ein zwischen dem Kolben 6 und dem Zylinderboden 3 vorhandener, die Kolbenstange 7 umfassender Druckraum 29 über eine Zufuhrleitung 31, die durch den Zylinderboden 3 verläuft, mit einem Druckmittel beaufschlagt wird und gleichzeitig eine Entlüftung der Druckräume 9, 28 und 27 über das Entlüftungs-Rückschlagven til 22 erfolgt.

Wie sich aus der vorstehenden Beschreibung ergibt, zeichnet sich die erfindungsgemäße Zylinder-Kolben-Anordnung durch einen sehr einfachen konstruktiven Aufbau aus, wobei nur ein einziger Kolben Verwendung findet, auf den zwei getrennte Druckräume einwirken, die zeitlich getrennt voneinander angesteuert werden. Hierbei ist in den Kolben ein Überström- und ein Rückschlagventil integriert.

Claims

1. Kolben-Zylinder-Anordnung als Antrieb, insbesondere für Schweißvorrichtungen, bestehend aus einem Zylinder (1, 2, 3), in dem ein mit Druckmittel beaufschlagbarer Kolben (6) verschiebbar angeordnet ist und einer aus dem Zylinder (1, 2, 3) dichtend herausgeführten Kolbenstange (7), wobei zwei über ein Überströmventil (21) verbindbare Druckräume (9, 27) ausgebildet sind, um zwei auf den Kolben (6) wirkende, unterschiedliche Druckstufen zu erzeugen, dadurch gekennzeichnet, daß auf der der Kolbenstange (7) gegenüberliegenden Seite des Kolbens (6) ein mit der Druckmittelzufuhrleitung (17) verbundender, innerer, in der Ruhestellung des Kolbens (6) vom Kolben (6) und dem Gehäusedeckel (2) dichtend verschlossener Druckraum (9) für die erste Druckstufe ausgebildet ist, der über das Überströmven til (21) in der Arbeitsstellung des Kolbens (6) mit einem äußeren, den inneren Druckraum (9) umfassenden Ringraum (27) zwischen dem Zylinder (1, 2, 3) und dem Kolben (6) für die zweite Druckstufe verbindbar ist.

2. Kolben-Zylinder-Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (6) und das den inneren Druckraum (9) umschließende Gehäuse des Zylinders (1, 2, 3) derart zueinander ausgebildet sind, daß eine Verbindung vom inneren Druckraum (9) zum Überströmventil (21) erst nach einem bestimmten Verschiebeweg des Kolbens (6) gegeben ist.

3. Kolben-Zylinder-Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Zylinderdeckel (2) einen konzentrisch zum Zylinder rohr (1) angeordneten, mittigen Zylinderansatz (8) aufweist, der in den Zylinderrohr-Innenraum hineinragt und in seiner Kopffläche eine mittlere, zylindrische Ausnehmung (9) aufweist, die einen inneren Druckraum zur Erzeugung der ersten Druckstufe bildet.

4. Kolben-Zylinder-Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die zylindrische Ausnehmung (9) von einer Gehäusewan dung (11) umgeben ist, die mit ihrer Stirnringfläche (12) gegen die Kopfseite (13) des Kolbens 6 anliegt, so daß die den inneren Druckraum bildende zylindrische Ausnehmung (9) in der Ruhestellung des Kolbens (6) allseitig verschlossen ist.

5. Kolben-Zylinder-Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Anlagebereich des Zylinderansatzes (8) mit der Stirnringfläche (12) im Nutgrund (14) einer auf der Kopfseite (13) des Kolbens (6) ausgebildeten Ringnut (16) gegeben ist, so daß eine Überdeckung (A) zwischen der Kopfseite (13) des Kolbens (6) und der Stirnring fläche (12) der Gehäusewandung (11) in der Ruhestellung des Kolbens (6) vorhanden ist.

6. Kolben-Zylinder-Anordnung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß im Überdeckungsbereich zwischen der Gehäusewandung (11) und der Nutwandung (25) eine Dichtung, insbesondere eine metallische Dichtung, gegeben ist.

7. Kolben-Zylinder-Anordnung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (6) an seiner Kopfseite einen Führungs flansch (18) aufweist, der hohlzylindrisch ausgebildet ist und zur Führung des Zylinderansatzes (8) dient.

8. Kolben-Zylinder-Anordnung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Führungsflansch (18) einen Ringkragen (19) auf weist, mit dem der Führungsflansch (18) mit dem Kolben (6) verbunden ist, und worauf ein federbelastetes Überströmventil (21) und ein Entlüftungs-Rückschlagven til (22) befestigt sind.

9. Kolben-Zylinder-Anordnung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Innenraum (23) des Überströmventils (21) über eine Verbindungsbohrung (24) im Ringkragen (19) des Füh rungsflansches (18), die an der Innenseite des Füh rungsflansches (18) mündet, mit dem inneren Druckraum (9) verbindbar ist, wobei die Mündungsöffnung (26) der Verbindungsbohrung (24) unmittelbar oberhalb der Kopfseite (13) des Kolbens (6) angeordnet ist.

10. Kolben-Zylinder-Anordnung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Kolben (6) und dem Zylinderboden (3) ein die Kolbenstange (7) umfassender Druckraum (29) ausgebildet ist, der über eine Zufuhrleitung (31) mit einem Druckmittel beaufschlagbar ist und die Druckräume (9, 28 und 27) über das Entlüftungs-Rückschlagventil (22) entlüftbar sind.