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Hydraulische Antriebseinrichtung für Widerstandsstumpfschweißmaschinen
Die Erfindung bezieht sich auf selbsttätige Widerstandsstumpfschweißmaschinen bzw.
Abbrennschweißmaschinen, bei denen die Vorschubbewegung des beweglichen Kopfes durch
eine Vorschub- bzw. Antriebseinrichtung derjenigen Art bewirkt wird, bei der Flüssigkeitsdruck
auf einen mit der beweglichen Spannbacke verbundenen Preßkolben einwirkt, wobei
die Bewegungsgeschwindigkeit während der Sprüh- bzw. Zündperiode dadurch geregelt
wird, daß die Strömungsgeschwindigkeit der Flüssigkeit, die auf den Preßkolben einwirkt,
begrenzt wird.
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Die Bezeichnung »Luft-Flüssigkeits-Druckverstärkung« bezieht sich
auf eine Vorrichtung, die einen in einem Luftzylinder arbeitenden Kolben und einen
in einem Flüssigkeitszylinder arbeitenden Tauchkolben von kleinerem Querschnitt
als der Luftkolben enthält (Differentialkolben), wobei; der Tauchkolben durch auf
den Luftkolben wirkenden Luftdruck in den Flüssigkeitszylinder getrieben wird, derart,
daß in diesem ein Flüssigkeitsdruck erzeugt wird, der entsprechend dem Ouerschnittsverhältnis
von Luft- und Tauchkolben größer als der Luftdruck ist.
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Die Erfindung betrifft eine Vorschub- bzw. Antriebseinrichtung der
angegebenen Art für den beweglichen Kopf einer selbsttätigen Widerstandsstumpfschweißmaschine,
wobei die Anordnung so getroffen ist, daß der Flüssigkeitsdruck für die Betätigung
des beweglichen Kopfes während der Sprüh- bzw. Zündperiode durch einen Niederdruckerzeuger
und während der Preß- bzw. Stoß-
Periode durch einen Hochdruckerzeuger
geliefert wird.
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Gemäß der Erfindung ist der Preßzylinder über ein Ventil und über
in den Hoch- und Niederdruckkolben der Druckerzeuger B, A vorgesehene Kanäle mit
dem Vorratsbehälter in einem Flüssigkeitssystem hintereinandergeschaltet, und die
Kanäle beim Bewegen der Kolben von den zugehörigen Zylinderwandungen sind abschließbar,
so daß jeder Druckerzeuger durch die Bewegung seines Kolbens seine Verbindung mit
dem Vorratsbehälter selbsttätig verschließt.
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Das durch den Druck des ersten Druckerzeugers gesteuerte Ventil ist
vorgesehen, um Verbindungen zwischen dein Preßzylinder und einem Behälter und zwischen
dem zweiten Druckerzeuger und dem Behälter zu überwachen, wobei das Ventil geschlossen
wird, wenn der erste Druckerzeuger in Tätigkeit tritt.
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Durch ein Meßventil zwischen dem ersten Druckerzeuges- und dem Preßkolben
wird der erste Druckerzeuger von dem Preßkolben getrennt, wenn der zweite Druckerzeuger
in Tätigkeit tritt.
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Die Flüssigkeitsdruckarzeuger werden vorzugsweise von Luft-Flüssigkeits-Druckverstärkern
gebildet. Die Flüssigl@eitszylinder dieser Verstärker können durch unten geschlossene
senkrechte Bohrungen in einem Metallblock gebildet werden, während der den beweglichen
Kopf betätigende Preßkolben in einer waagerechten Bohrung desselben Blockes arbeitet.
Der Metallblock bildet zweckmäßig auch die Basis des Behälters für die Flüssigkeit,
und die Luftzylinder, der Luft-Flüssigkeits-Druckverstärkersind über diesem Behälter
angebracht.
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Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der naschfolgenden
Beschreibung und den Zeichnungen, in denen die Erfindung näher erläutert ist. Es
zeigt Fig. i in schematischer Darstellung die, Gesamtanordnung einer Einrichtung
nach 'der Erfindung einschließlich der Luft und Flüssigkeitsverbindungen zwischen
den verschiedenen Einheiten, Fig. 2 einen Grundriß der Hauptanordnung der Einrichtung
nach Fig. i, Fig.3, q., 5 senkrechte Schnitte nach den Linien 3-3, 4-4 und 5-5 in
Fig. 2, Fig. 6 ein Schema der elektrischen Verbindungen für eine Schweißmaschine,
die mit der Antriebseinrichtung nach :der Erfindung ausgerüstet und für einfache
Widerstandsstumpfschweißungeingerichtetist.
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In den Zeichnungen sind nur die zur Antriebseinrichtung für den beweglichen
Kopf gehörenden Teile wiedergegeben. Ein massiver Metallblock io, der an dem Maschinenrahmen
starr befestigt ist, ist an seinen oberen Rändern mit Platten verschweißt, die die
Seitenwände eines Behälters i i bilden, dessen Boden durch die Oberseite des Blockes
io gebildet wird, während eine Abdeckung 12 mit den Seiten des Behälters verschweißt
ist.
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Der dock io weist von der Oberseite ausgehend senkrechte Bohrungen
auf, welche die Flüssigkeitszyl.inder der beiden Luft-Flüssigkeits-Verstärker
A und B darstellen, wobei der Flüssigkeitszylinder 13 des Verstärkers
A einen größeren Durchmesser als der Flüssigkeitszylinder 14 des Verstärkers B besitzt.
Die Zylinder 13 und 14 sind an ihren unteren Enden geschlossen und an ihren oberen
Enden bei 15 und 16 aufgebohrt. Eine waagerechte Bohrung 17 in einem Ende des Blockes
io bildet einen Zylinder für einen Preßkolben 18, der mit dem beweglichen Kopf der
Schweißmaschine verbunden ist, während eine dritte senkrechte Bohrung i9, die ebenfalls
an ihrem unteren Ende geschlossen ist, ein druckbetätigtes Ventil 21 enthält.
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Die Luftzylinder 22 und 23 det- Druckverstärker A und B sind auf dem
Deckel 12 des Behälters angebracht und mit diesem durch Bolzen 24 verschraubt. Der
Luftzylinder 23 hat einen größeren Durchmesser als der Luftzylinder 22.
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Die Kolben 25 und 26, die mit geeigneten Dichtungen.27 versehen sind,
sitzen gleitend in den Luftzylindern 22 und 23, und Tauchkolben 28 und 29, die an
den Kolben 25 und 26 befestigt sind, erstrecken sich durch den Behälter 12 nach
unten in die Flüssigkeitszylinder 13 und 14, in denen sie durch Büchsen 31 und 32
geführt sind, die in die aufgebohrten Abschnitte 15 und 16 der Zylinder eingesetzt
sind. Die Tauchkolben 2$ und 29 sitzen flüssigkeitsdicht in den Büchsen 31 und 32,
und Dichtungen sind zwischen den Büchsen und den Bohrungen in dem Block vorgesehen.
Die Tauchkolben 28# und 29 haben kleinere Durchmesser als die entsprechenden Zylinder
13 und 14.
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Der Tauchkolben 28 hat, wie ersichtlich, einen größeren Durchmesser
als der Tauchkolben 29, somit besitzt der Verstärker B einen größeren Luftkolben
und einen kleineren Tauchkolben als der Verstärker A, so daß ein gegebener Luftdruck
einen größeren Flüssigkeitsdruck in dem Verstärker B als in dem Verstärker A hervorruft.
Es ist jedoch zu. beachten, daß der gewünschte Unterschied zwischen den durch die
beiden Verstärker erzeugten Drücken auch mit Luftkolben von gleichem Durchmesser
und Tauchkolben von ungleichem Durchmesser oder mit Tauchkolben von gleichem Durchmesser
und Luftkolben von ungleichem Durchmesser erzeugt werden kann.
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Der Tauchkolben 28 hat einen Längskanal 33, der von seinem unteren
Ende nach oben verläuft, sowie seitliche Öffnungen 34, die in den Kanal 33 einmünden.
Wenn der Tauchkolben ganz gehoben ist, sind diese Öffnungen zum Behälter 12 offen,
wie aus Fig. i und 3 ersichtlich ist. Der Kolben 29 hat einen gleichen Längskanal
35 und seitliche Öffnungen 36, welch letztere bei ganz gehobenem Tauchkolben
mit einer ringförmigen Aussparung 37 in der Büchse 32 in Verbindung stehen.
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Der Flüssigkeitszylinder 13 des Verstärkers A ist mit einem Meßventil
38 (Fig. i) von geeigneter Bauart und außerdem mit dem unteren Ende der Ventilbohrung
i9 verbunden. Das Meßventil ist mit der Aussparung 37 verbunden.
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Der Kolben 39 des druckbetätigten Ventils 21, der durch eine Feder
41 abwärts gedrückt wird, gleitet in einer Büchse 42, die in der Ventilbohrung
i9
sitzt und in der im Abstand zwei Ringöffnungen 43 und 4.4. ausgebildet sind, die
in eine Erweiterung 45 der Bohrung i9 münden, wobei diese Erweiterung 45 gemäß der
Darstellung in Fig. i durch Kanäle 46 und 47- mit dem Flüssigkeitszylinder 14 des
Verstärkers B und dem Preßzylinder 17 verbunden ist. In der praktischen Ausführung
kann der Flüssigkeitszylinder 14 unmittelbar nie dem Preßzylinder 17 in Verbindung
stehen und der Kanal 47 fortfallen. An dem Vehtilkolben 39 ist im mittleren Teil
eine Umfangsnut 48 ausgebildet, derart, daß der glatte Teil 49 über der Nut 48 etwas
kürzer als der Zwischenraum zwischen den Öffnungen 43 und 44. ist, und Kanäle 51
von kleiner O_uerschnittsfläche führen von der Nut 48 zum unteren Ende des Ventilkolbens.
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Die Luftkolben 25 und 26 werden durch Federn 52 und 53 aufwärts gedrückt.
Die oberen Enden der Luftzylinder 22 und 23 sind mit durch Solenoide betätigten
Ventilen 54 und 55 verbunden, welche die Zufuhr von Druckluft aus einer Speiseleitung
56 (Fig. i) zu den Zylindern und den Auslaß der Druckluft aus den Zylindern regeln.
Diese Steuerung wird dadurch bewirkt, daß ein durch eine Feder 63 belasteter Kolben
62 gegenüber Aussparungen 58, 59, 61 verschoben wird, die am Umfang der Ventilbohrung
angeordnet sind. Wird ein Solenoid erregt, dann wird der Kolben 62 gehoben. Er bewirkt,
daß die Aussparung 58 bzw. die daran angeschlossene Speiseleitung 56 mit der Aussparung
59, d. h. mit dem Luftzylinder verbunden wird, während bei stromlosem Solenoid der
Kolben unter der Wirkung der Feder 63. nach unten bewegt wird und dadurch die Aussparung
59 mit der Aussparung 61 verbindet, so daß auf diese Weise eine Verbindung des Zylinderinnern
mit der Außenluft hergestellt wird.
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Wie aus Fig. 3 bzw. 4 ersichtlich, werden die Büchsen 31 und 32 in
den aufgebohrten Abschnitten 15 und 16 in ihrer Lage durch Platten 65 und 66 gehalten,
die durch Bolzen 67 an der Oberseite des Blockes befestigt sind und von denen die
Platte 66 außerdem noch dazu dient, die Büchse 42 in der Ventilbohrung in ihrer
Lage zu halten (Fig.4). Die Feder 41 des druckbetätigten Ventils 21 stützt sich
an einem Teil 68 ab, das durch zwei Bolzen (nicht dargestellt) über der Oberseite
des Blockes io gehalten wird. Die Anfangsstellung des Ventilkolbens 39 ist mittels
einer Schraube 69 im unteren Gewindeende einer zur Ventilbohrung gleichachsigen-
Bohrung 71 verstellbar, und eine Stange 72, die mit einem Dichtungsring 73 versehen
ist, ist zwischen die Schraube 69 und den Ventilkolben 39 eingefügt. Wenn der Ventilkolben
39 an der Stange 72 anliegt, befindet sich sein oberes Ende gerade unter den Öffnungen
43. Die aufwärts gerichtete Bewegung des Ventilkolbens 39 ist durch die Platte 66
begrenzt.
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Der Preßkolben 18 (Fig. 5) weist einen Kopf 74 auf, der mit Kolbenringen
75 versehen ist, sowie eine Stange 76, die durch das eine Ende des Zylinders 17
hindurchragt, wobei ein flüssigkeitsdichter Anschluß durch eine Gummimembran 77
hergestellt ist, die mit inneren und äußeren Metallringen 78 und 79 verbunden ist,
die abdichtend mit der Stange 76 bzw. dem Block io verschraubt sind. Die Stange
76 durchdringt den Kopf 74 und liegt bei zurückgezogenem Preßkolben an einer Verschlußplatte
81 an, die das entgegengesetzte Ende des Zylinders 17 abschließt, so daß auf diese
Weise ein Anschlag für den Preßkolben vorgesehen ist. Der Preßkolben wird durch
eine Feder 82 zurückgezogen, die zwischen der Außenseite der Platte 81 und einer
Anschlagplatte 83 angeordnet ist, die durch in Löchern des Blockes io gleitende
Stangen 84. mit einer Brückenplatte 85 gekuppelt ist, die auf der Stange 76 angebracht
ist.
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Fig.6 zeigt ein elektrisches Schaltschema für eine Schweißmaschine
mit einer Antriebs- bzw. Steuereinrichtung nach der Erfindung, die nur zur Durchführung
von einfacher Stumpfschweißung bzw. Abbrennschweißung ohne Vorwärmung bestimmt ist.
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An die elektrischen Zuleitungen 86 und 87 ist die Primärwicklung 88
des Schweißtransformators 89 über zwei Kontaktpaare 9i und 92 eines Hauptschützes
angeschlossen. Ferner liegen an den Zuleitungen vier Relaisspulen 93, 94 95 und
96, von denen die drei letzteren in ihrem Stromkreis einen gemeinsamen Ein- und
Ausschalter 97 enthalten, während im Stromkreis der Relaisspule 93 zwei Relaiskontaktpaare
98 und 99 liegen. Die Solenoide ioi und io2 für die Steuerung der Luftventile 54
und 55 des ersten und zweiten Verstärkers sind gleichfalls an die Zuleitungen angeschlossen;
und zwar über-einen Reltiskontakt 1o3 bzw. 1o4.. Ein Aü:sschalter io5 liegt im Stromkreis
der Relaisspule 94 und ein Schalter io6 im Stromkreis der Relaisspule 96. Dieser
Schalter io6 wird durch den beweglichen Kopf der Maschine geschlossen, wenn derselbe
bei seinem Vorwärtshub einen bestimmten Punkt erreicht. Die Kontakte 9i und 92 des
Hauptschalters werden durch die Relaisspule 93 gesteuert und sind geschlossen, wenn
diese Spule erregt ist. Die Kontakte 98 und 99 sind geschlossen, wenn die Relaisspule
94 erregt ist, während die Kontakte 103 und 104 durch Erregung ihrer Relaisspule
95 bzw. 96 geschlossen werden.
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Für die Inbetriebsetzung der Maschine wird der Schalter 97 geschlossen,
wodurch die Relaisspulen 94 und 95 erregt werden, so daß die Spule 94 die Kontakte
98 und 99 für die Erregung der Relaisspule 93 schließt, worauf auch die Hauptkontakte
93 und 92 geschlossen werden; die Spule 95 schließt den Kontakt 103 für die Erregung
des Solenoids ioi, so daß das Luftventil 54 dem Luftzylinder des Verstärkers A Luft
zuführt, die auf den Kolben 25 wirkt und ihn samt dem Tauchkolben 28 abwärts treibt.
Während der Anfangsbewegung des Tauchkolbens 28 werden die Öffnungen 34 durch die
Büchse 31 geschlossen, so daß der Zylinder 13 von dem Behälter 8 abgesperrt ist
und alsdann Druck in dem Zylinder 13 erzeugt wird. Dieser Druck wirkt auf das untere
Ende des Ventilkolbens 39 des druckbetätigten Ventils 21, so daß der Ventilkolben
gehoben wird und sein glatter Teil die öffnungen
43 verschließt.
Flüssigkeit wird aus dem Zylinder 13 durch das Meßventil 38 in die Aussparung 3.7
der Büchse 32 des zweiten Verstärkers B getrieben und gelangt, wenn der Kolben'2g
dieses Verstärkers sich in seiner oberen Lage befindet, in den Zylinder 14 und so
zum Preßzylinder 17, wobei die Zylinder 14 und 17 durch das Heben des Ventilkolbens
39 von dem Behälter abgesperrt sind. Der Preßkolben 18 wird somit vorbewegt und
erzeugt das Sprühen zwischen den Werkstücken, das so lange andauert, bis die Vorbewegung
das Schließen des Schalters io6 bewirkt. Durch das Schließen dieses Schalters wird
die Relaisspule 96 erregt und dadurch dei# Kontakt 104 geschlossen und das Solenoid
io2 erregt, welches das Luftventil 55 des Verstärkers B betätigt und damit Druckluft
dem Luftzylinder 22 zuführt und den Kolben 2,6 mit dem Tauchkolben 29 abwärts
treibt. Bei der anfänglichen Abwärtsbewegung des Tauchkolbens 29 werden die Öffnungen
36 von der Aussparung 37 -entfernt, wodurch der Flüssigkeitszylinder 13 des
Verstärkers A von dem Preßzylinder 17 abgesperrt und Flüssigkeit aus dem
Zylinder 14 des Verstärkers B in den Preßzylinder getrieben wird. Da keine Verengung
in der Leitung zwischen dem Zylinder 14 und dem Preßzylinder besteht, wird der Preßkolben
schnell vorgetrieben, und der auf dem Preßkolben wirkende Druck wird infolge der
unterschiedlichen Verhältnisse zwischen den Flächen der Kolben und Tauchkolben der
Zylinder erhöht. Der bewegliche Kopf wird infolgedessen unter hohem Druck vorgetrieben,
um die Werkstücke zusammenzustauchen, wobei der- Schalter 105 unmittelbar nach dem
Schließen des Schalters roh geöffnet wird, damit die Relaisspule 94 ausgeschaltet
und so der Schweißstrom unterbrochen wird.
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Wenn -die Schweißung vollzogen ist, wird der Schalter 97 geöffnet,
wodurch die Solenoide der beiden Luftventile 54 und 55 unterbrochen und die Kolben
und Tauchkolben der beiden Verstärker A und B durch die Federn 52 und 53 aufwärts
bewegt werden. Das Heben des Tauchkolbens 28-ermöglicht die Abwärtsbewegung des
Ventilkolbens 39; so daß der Preßzylinder 17 und der Flüssigkeitszylinder 14 des
Verstärkers B durch das Freilegen der öffnungen 43 mit dem Behälter verbunden werden
und ein Weg für die Flüssigkeit zwischen dem Behälter i i 'und dem Flüssigkeitszylinder
13 des Verstärkers A durch die Öffnungen 43, die Aussparung 45, die Öffnungen 44,
die Nut 48 "und die Kanäle 51 geöffnet wird..
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Um ein Vorwärmen der Werkstücke vor dem eigentlichen Schweißvorgang
zu bewirken, wird der bewegliche Kopf vor und zurück bewegt, so daß die Werkstücke
mit Unterbrechungen in Berührung gebracht werden und der Strom zwischen ihnen nur
kurzzeitig fließen kann. Die Vor- und Rückbewegung kann von Hand oderselbsttätig
gesteuert werden, _ wobei die Vorwärtsbewegung durch den Verstärker A und die Rückbewegung
durch die - Rückstellfeder 82 des Pxeßkolbens bewirkt wird. Für die Steuerung des
Vorwärmens von Hand wird der Stromkreis des @Solenoids, welches das Luftventil 54
des Verstärkers A betätigt, mittels eines Handschalters geschlossen und geöffnet,
während der Hauptschalter geschlossen ist. Das Öffnen des Handschalters bewirkt,
daß die Luftzufuhr zum Verstärker A abgesperrt wird, und. wobei die entsprechende
Aufwärtsbewegung des Tauchkolbens 28 ermöglicht, daß der Ventilkolben 39 sich abwärts
bewegt und somit Flüssigkeit aus dem Preßzylinder 17 zum Behälter zurücklaufen läßt,
so däß .der Preßkolben und der bewegliche Kopf zurückgezogen werden. Wenn der erforderliche
Grad der Erhitzung erreicht ist, was durch das beginnende Sprühen angezeigt wird,
wird der Handschalter in der geschlossenen Stellung belassen, und die Teile werden
in der oben beschriebenen Weise zum Abbrennen gebracht und gestaucht, wobei der
Stoßschalter roh in Tätigkeit kommt und im geeigneten Zeitpunkt die Betätigung des
Verstärkers B bewirkt. Der Ventilkolben 39 bewegt sich schnell aufwärts, wenn das
Luftventil 54 betätigt wird, um den Luftzylinder mit der Speiseleitung wieder zu
verbinden, und hemmt somit die Rückwärtsbewegung des Preßkolbens und des beweglichen
Kopfes durch Schließen der Verbindung zwischen dem Preßzylinder und dem Behälter,
wobei die Ausbildung des Druckes in dem Preßzylinder durch das Meßventil verzögert
wird. Die Geschwindigkeit der Rückbewegung des Preßkolbens kann durch Verstellen
der Schraube 69' geregelt werden, derart, daß der glatte Teil 49 am Ventilkolben
39 die Öffnungen 43 in einem größerem oder kleinerem Ausmaß bedeckt, wenn der Tauchkolben
an der Stange 72 anliegt.
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Um eine automatische Steuerung des Vorwärmens vorzunehmen, kann das
Öffnen und Schließen des Relaiskreises, der das Solenoid für das Luftventi154 überwacht,
durch eine zeitabhängige Vorrichtung in Verbindung mit einem spannungsempfindlichen
Relais gesteuert werden, das in bekannter Weise durch die Spannungsänderungen beim
Berühren und Trennen der Werkstücke beeinflußt wird. Der Zeitschalter. wird beim
beginnenden Sprühen bzw. .beim Zünden durch eine bekannte Vorrichtung ausgeschaltet,
die auf den Hochfrequenzstrom bei beginnendem Sprühen bzw: beim Zünden anspricht,
so daß dann das Luftventil geschlossen bleibt und das Abbrennen und Stauchen stattfindet,
wie bereits beschrieben. Die verengten Kanäle 5 i in dem Ventilkolben 39 können
durch einen einzigen Kanal von größerem Querschnitt ersetzt werden, der durch ein
nach unten öffnendes Rückschlagventil überwacht wird.