Technisches Gebiet
-
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein
Hochgeschwindigkeitsantriebsverfahren für einen Druckzylinder, der verwendet wird, wenn ein Werkstück an
einem Hubende unter Druck gesetzt wird, sowie auf eine entsprechende
Vorrichtung.
-
Bei Pistolenzylindern zum Punktschweißen wird eine angetriebene bewegliche
Elektrode mit relativ kurzem Arbeitshub einem Werkstück gegenübergesetzt,
das auf einer stationären Elektrode angeordnet ist. Das Punktschweißen muss
binnen kurzer Zeit sehr oft durchgeführt werden, wobei die Schweißpositionen
verändert werden.
-
Um diesen Anforderungen zu genügen, wurde von den vorliegenden Erfindern
in der japanischen Patentanmeldung Nr. 2001-49020 ein Mechanismus zum
Einstellen einer Zwischenstoppposition vorgeschlagen. Die
Zwischenstoppposition ist jedoch stationär und unabhängig von der Form des Werkstückes und
wechselnder Arbeitsbedingungen immer fest eingestellt. Das bedeutet, dass als
Stoppposition bei zurückgezogener Kolbenstange lediglich zwei Positionen,
nämlich eine Betriebsvorbereitungsposition (Zwischenstoppposition) und eine
vollständige Rückkehrposition, vorliegen. Selbst wenn das Werkstück einen
unebenen Abschnitt aufweist, kann die Zwischenstoppposition nicht an den
unebenen Abschnitt angepasst werden. Vielmehr ist es erforderlich, immer eine
der beiden Positionen auszuwählen. Dadurch wird in manchen Fällen ein
übergroßer Hub notwendig, so dass die Betriebszeit verlängert wird.
-
Wird bei einem herkömmlichen Druckzylinderantriebsmechanismus dieser Art
der Zylinder durch ein Schaltventil angetrieben, ist es außerdem notwendig,
einen Druckzylinder, dessen Druck vollständig auf Atmosphärendruck abgesenkt
wurde, mit Druckluft zu füllen, wenn der Zylinder seinen Vorwärts- oder
Rückwärtshub beginnt. Daher dauert es eine Weile, den Druck zuzuführen, und der
Antriebsvorgang des Druckzylinders wird entsprechend verzögert. Dies
beeinträchtigt die Arbeitseffizienz.
-
Das oben beschriebene Problem tritt nicht nur bei Punktschweißpistolen
sondern auch in Vorrichtungen auf, bei denen ein an dem vorderen Ende einer
Kolbenstange angebrachter Kopf wiederholt gegen ein Werkstück gepresst wird,
bspw. bei einer Druckeinheit verschiedener Klemmvorrichtungen.
-
Beschreibung der Erfindung
-
Aufgabe der Erfindung ist es daher, die Zwischenstoppposition eines Zylinders
freier einstellen zu können.
-
Diese Aufgabe wird mit der Erfindung im Wesentlichen durch die Merkmale des
Anspruchs 1 gelöst.
-
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand von
Unteransprüchen.
-
Bei einem erfindungsgemäßen Antriebsverfahren und einer Antriebsvorrichtung,
bei dem an der Kolbenstange eines Druckzylinders bspw. einer
Punktschweißpistole eine Gesamtrückführposition und eine Betriebsvorbereitungsposition
(Zwischenstoppposition), an welcher eine Kolbenstange einem Werkstück bei
einem relativ kurzen Arbeitshub gegenüberliegt, eingestellt werden, kann die
Zwischenstoppposition durch ein von außen gesandtes Signal beliebig
eingestellt werden, so dass durch die Form des Werkstückes oder dgl. kein
übergroßer Hub erzeugt wird.
-
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein
Hochgeschwindigkeitsantriebsverfahren für Druckzylinder vorgesehen, mit einem Vorwärtsarbeitsschritt zum
Antreiben eines Kolbens eines Druckzylinders durch Luftdruck, der von/zu einem
Servoventil zugeführt bzw. abgeführt wird, um eine Kolbenstange zu einem
vorderen Ende zu bewegen und dadurch das Werkstück unter Druck zu setzen, um
eine vorbestimmte Operation durchzuführen, und mit einem
Zwischenstoppschritt zum Zurückführen der Kolbenstange zu einer Zwischenstoppposition und
zum Anhalten der Kolbenstange an dieser Position.
-
Der Zwischenstoppschritt umfasst das Erfassen einer Betriebsposition der
Kolbenstange durch einen Positionsdetektor und das Zurückführen eines
Positionssignals zu einer Steuervorrichtung des Servoventils, das Steuern des
Servoventils durch die Druckluft, so dass eine Abweichung zwischen dem erfassten
Positionssignal und einem eingestellten Positionssignal für den Zwischenstopp der
Kolbenstange gleich null wird, wodurch die Kolbenstange ihren Zwischenstopp
an einer eingestellten Position durchführt, und das Beibehalten eines Zustands,
in welchem im Wesentlichen die gleichen Drücke zu Druckkammern an
gegenüberliegenden Seiten des Kolbens zugeführt werden.
-
Bei dem Antriebsverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung wird bei Beginn
des Vorwärtsarbeitsschrittes dem Servoventil vorzugsweise eine bestimmte
Spannung Vmax zugeführt, so dass das Servoventil als EIN/AUS-Schaltventil
arbeitet. Hierdurch kann die Kolbenstange mit hoher Geschwindigkeit vorwärts
bewegt werden.
-
Erfindungsgemäß wird die Geschwindigkeit in der Nähe des Endes des
Vorwärtshubes der Kolbenstange vorzugsweise durch Dämpfung reduziert, die
durch Beschränkung einer Durchflussrate von Auslassgas aus einer
stangenseitigen Druckkammer bewirkt wird. Hierdurch kann das vordere Ende der
Kolbenstange sanft an einem Werkstück anschlagen.
-
Bei der Dämpfung wird ein Innendruck in der stangenseitigen Druckkammer
niedriger als ein Innendruck in einer kopfseitigen Druckkammer. Dies wirkt als
ein Trigger (Auslöser) zur Betätigung eines Schnellauslassventils. Das
Schnellauslassventil öffnet die stangenseitige Druckkammer direkt zur Atmosphäre, um
einen Gegendruck des Kolbens abrupt abzusenken, so dass die Zeit, die
erforderlich ist, bis eine maximale Druckkraft durch die Kolbenstange erzeugt werden
kann, verkürzt wird.
-
Erfindungsgemäß ist zum Durchführen des oben beschriebenen
Antriebsverfahrens eine Hochgeschwindigkeitsantriebsvorrichtung für Druckzylinder
vorgesehen, die einen Druckzylinder mit einem durch Luftdruck angetriebenen Kolben,
eine mit dem Kolben verbundene Kolbenstange, eine kopfseitige Druckkammer
und eine stangenseitige Druckkammer, die an gegenüberliegenden Seiten des
Kolbens gebildet sind, ein die beiden Druckkammern mit einer Luftdruckquelle
verbindendes Servoventil, einen Steuerabschnitt zur Steuerung des Servoventils
und einen Positionsdetektor zur Erfassung einer Betriebsposition der
Kolbenstange und Zurückführung eines Positionssignals zu dem Steuerabschnitt
aufweist.
-
Die Hochgeschwindigkeitsantriebsvorrichtung umfasst außerdem eine
Steuervorrichtung, die so funktioniert, dass der Steuerabschnitt das erfasste
Positionssignal, das von dem Positionsdetektor zurückgeführt wird, mit einem
eingestellten Positionssignal für die Zwischenstoppposition der Kolbenstange, das zuvor
festgelegt wurde, vergleicht und das Servoventil so steuert, dass eine
Abweichung zwischen den beiden Signalen gleich null wird, wodurch die
Kolbenstange an einer eingestellten Position angehalten wird, und so, dass ein Zustand, in
dem im Wesentlichen die gleichen Drücke den an gegenüberliegenden Seiten
des Kolbens ausgebildeten Druckkammern zugeführt werden, beibehalten wird.
-
Erfindungsgemäß umfasst der Steuerabschnitt außerdem einen
Signalschaltkreis, der dem Servoventil eine festgelegte Spannung Vmax zuführt, wenn der
Vorwärtsarbeitsschritt der Kolbenstange begonnen wird, und einen Schalter, der
durch das Schaltsignal betätigt wird, um wahlweise den Signalschaltkreis und
die Steuervorrichtung mit dem Servoventil zu verbinden.
-
Der Druckzylinder kann außerdem einen Dämpfungsmechanismus aufweisen,
um die Geschwindigkeit der Kolbenstange in der Nähe des Vorwärtshubendes
der Kolbenstange zu reduzieren und dadurch die Durchflussrate von Auslassgas
aus der stangenseitigen Druckkammer zu begrenzen.
-
Außerdem ist es möglich, eine Anordnung zu verwenden, bei welcher ein
Schnellauslassventil mit dem Druckzylinder verbunden wird, wenn während der
Dämpfung ein Innendruck in der stangenseitigen Druckkammer niedriger wird
als ein Innendruck in der kopfseitigen Druckkammer. Dies wirkt als ein Trigger
(Auslöser), um das Schnellauslassventil zu betätigen und die stangenseitige
Druckkammer direkt zur Atmosphäre zu öffnen.
-
Gemäß der vorliegenden Erfindung kann die Zwischenstoppposition der
Kolbenstangen durch ein der Steuervorrichtung von außen zugeführtes Signal
beliebig eingestellt werden. Wird eine Zwischenstoppposition gemäß der Form
eines Werkstückes vorab erhalten und die Zwischenstoppposition anschließend
als Zielposition eingegeben, ist es möglich, einen übergroßen Hub und daher
eine Verschwendung zu vermeiden.
-
Da der Zustand, in dem im Wesentlichen die gleichen Drücke auf die
Druckkammer an den gegenüberliegenden Seiten des Kolbens aufgebracht werden,
beibehalten wird, wenn die Kolbenstange zu der Zwischenstoppposition
zurückgeführt wird, ist es bei Beginn des Vorwärtshubes nicht notwendig, die
Druckkammer, deren Druck vollständig auf Atmosphärendruck abgesenkt wurde, mit
Druckluft zu füllen. Es ist lediglich notwendig, Druckfluid in der notwendigen
Menge für zuvor zugeführtes Druckfluid zuzugeben. Daher wird im Gegensatz
zu dem herkömmlichen Fall, bei dem eine Druckkammer durch ein Schaltventil
angetrieben wird, keine Antriebsverzögerung auftreten. Die für den Vorwärtshub
erforderliche Zeit kann verkürzt werden und die Betriebseffizienz wird
verbessert.
-
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen und der
Zeichnung näher erläutert. Dabei bilden alle beschriebenen und/oder bildlich
dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger Kombination den Gegenstand
der Erfindung, unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Ansprüchen oder
deren Rückbeziehung.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
-
Fig. 1 ist ein Schnitt durch einen wesentlichen Abschnitt eines
Druckzylinders.
-
Fig. 2 zeigt den Aufbau einer ersten Ausführungsform einer
Hochgeschwindigkeitsantriebsvorrichtung zur Betätigung des Druckzylinders
gemäß der vorliegenden Erfindung.
-
Fig. 3 ist ein Schnitt, der den Aufbau eines Schnellauslassventils bei der
ersten Ausführungsform darstellt.
-
Fig. 4(A) bis 4(C) sind Diagramme mit Messresultaten, die einen Betriebszustand des
Druckzylinders darstellen, wenn der Druckzylinder durch die
Hochgeschwindigkeitsantriebsvorrichtung der ersten Ausführungsform
angetrieben wird.
-
Fig. 5(A) und 5(B) zeigen den Vergleich eines Bewegungsweges eines
Elektrodenchips, wenn eine Schnelldruckvorrichtung der ersten
Ausführungsform und die vorgeschlagene Vorrichtung bei dem Druckzylinder
einer Punktschweißvorrichtung eingesetzt werden.
-
Fig. 6 zeigt eine zweite Ausführungsform der
Hochgeschwindigkeitsantriebsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung.
Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform
-
Fig. 1 zeigt ein Beispiel eines Druckzylinders, der durch eine
Hochgeschwindigkeitsantriebsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung angetrieben wird.
-
Der Druckzylinder 1 ist als Pistolenzylinder zum Punktschweißen oder dgl.
einsetzbar. Der Druckzylinder 1 umfasst ein Zylinderrohr 10, das an seinen
gegenüberliegenden Enden eine Stangenabdeckung 11 bzw. eine Kopfabdeckung 15
aufweist, einen Kolben 12, der in Axialrichtung in dem Zylinderrohr 10 gleitet,
und eine Kolbenstange 13, deren hinteres Ende mit dem Kolben 12 verbunden
ist. Ein vorderes Ende der Kolbenstange 13 tritt durch die Stangenabdeckung 11
nach außen hindurch. Der Kolben 12 weist an seinen gegenüberliegenden
Enden eine stangenseitige Druckkammer 30 bzw. einen kopfseitige Druckkammer
35 auf. Die Druckkammern 30 und 35 stehen individuell in Verbindung mit
Zufuhr-/Ablassöffnungen 31 und 38, die in der Stangenabdeckung 11 und der
Kopfabdeckung 15 vorgesehen sind. Zu/von den Druckkammern 30 und 35 wird
durch die Zufuhr-/Ablassöffnungen 31 und 38 Druckluft zugeführt bzw.
abgeführt, so dass der Kolben 12 und die Kolbenstange 13 vorwärts und rückwärts
bewegt werden. Bei dem Vorwärtshub der Kolbenstange 13 wird ein nicht
dargestelltes Werkstück unter Druck gesetzt und einem Bearbeitungsschritt, bspw.
Schweißen, unterworfen.
-
Der Druckzylinder 1 hat einen Dämpfungsmechanismus, der die
Geschwindigkeit des Kolbens 12 in der Nähe des vorderen Hubendes durch Beschränken
einer Durchflussrate von Auslassgas aus der Druckkammer 30 reduziert. Dieser
Dämpfungsmechanismus umfasst einen Dämpfungsring 25, der an dem
hinteren Ende der Kolbenstange 13 in der Nähe des Kolbens 12 vorgesehen ist, eine
Aussparung 26, die in der Stangenabdeckung 11 so ausgebildet ist, dass die
Aussparung 26 mit der stangenseitigen Druckkammer 30 verbunden ist, eine
Dämpfungsdichtung 27, die um eine Öffnung der Aussparung 26 vorgesehen ist,
und ein Drosselventil 33, das in der Stangenabdeckung 11 vorgesehen ist.
-
Die Dämpfungsdichtung 27 wird in Kontakt mit einer äußeren Umfangsfläche
des Dämpfungsringes 25 gebracht, wenn der Dämpfungsring 25 in die
Aussparung 26 eintritt, wodurch die direkte Verbindung zwischen der Aussparung 26
und der Druckkammer 30 abgeschnitten wird. Die Aussparung 26 steht durch
eine Verbindungsöffnung 34 in Verbindung mit dem Zufuhr-/Ablassanschluss
31. Während des Rückwärtshubes des Kolbens 12 fließt Druckluft von der
Aussparung 26 durch die Zufuhr-/Ablassöffnung 31 und die Verbindungsöffnung 34
in die Druckkammer 30. Dadurch wirkt die Dämpfungsdichtung 27 als eine
unidirektionale Dichtung, wobei die Druckluft in einer Richtung von der Aussparung
26 zu der Druckkammer 30 fließen kann, aber an dem Fließen von der
Druckkammer 30 zu der Aussparung 26 gehindert ist.
-
Die Stangenabdeckung 11 weist einen Durchflussdurchgang 32 auf, der die
Druckkammer 30 und die Zufuhr-/Abfuhröffnung 31 in Verbindung miteinander
bringt. Das Drosselventil 33 ist in einem mittleren Abschnitt des
Durchflussweges 32 vorgesehen. In der Nähe eines vorderen Hubendes der Kolbenstange 13
wird dann, wenn der Dämpfungsring 25 in die Aussparung 26 eintritt und in
Kontakt mit der Dämpfungsdichtung 27 tritt und die Verbindung zwischen der
Druckkammer 30 und der Aussparung 26 abgeschnitten wird, das Auslassgas durch
das Drosselventil 33 aus der Druckkammer 30 abgeführt, wobei sie gedrosselt
wird. Hierdurch wird die Kolbenbewegung 12 gedämpft und die
Vorwärtsgeschwindigkeit der Kolbenstange 13 wird reduziert.
-
Wenn der Kolben 12 von der vorderen Position zurückgeführt werden soll, wird
Druckluft aus der kopfseitigen Druckkammer 35 über den
Zufuhr-/Ablassanschluss 38 abgeführt, und gleichzeitig Druckluft von der
Zufuhr-/Ablassöffnung 31 zugeführt. Dann presst die Druckluft von der Aussparung 26 gegen
die Dämpfungsdichtung 27 und öffnet diese und tritt in die stangenseitige
Druckkammer 30 ein, so dass der Kolben 12 beginnt, sich rückwärts zu
bewegen. Nachdem der Dämpfungsring 25 aus der Dämpfungsdichtung 27
herausgezogen wurde, fließt die Druckluft unabhängig von der Dämpfungsdichtung 27
direkt aus der Aussparung 26 in die Druckkammer 30.
-
Wie in Fig. 2 dargestellt ist, ist an einer Seitenfläche der Kolbenstange 13 eine
magnetische Skala 22 vorgesehen, um eine Betriebsposition der Kolbenstange
13 zu erfassen. An der Stangenabdeckung 11 ist ein Positionsdetektor 20
vorgesehen, um die magnetische Skala 22 abzulesen. Durch Ablesen der
magnetischen Skala 22 mit Hilfe des Positionsdetektors 20 wird die Position der
Kolbenstange 13 erfasst und ein erfasstes Positionssignal Vp wird zu einem
Steuerabschnitt 4 zurückgeführt.
-
Fig. 2 zeigt eine erste Ausführungsform der
Hochgeschwindigkeitsantriebsvorrichtung zur Betätigung des Druckzylinders 1. Bei dieser
Hochgeschwindigkeitsantriebsvorrichtung sind der Zufuhr-/Ablassanschluss 38, der in Verbindung mit
der kopfseitigen Druckkammer 35 des Zylinders 1 steht, und der
Zufuhr-/Ablassanschluss 31, der in Verbindung mit der stangenseitigen Druckkammer 30 steht,
mit einem Servoventil 41 verbunden. Mit dem Servoventil 41 ist auch eine
Druckluftquelle 40 verbunden. Ein Feststellsignal von dem Positionsdetektor 20
wird zu dem Steuerabschnitt 4, der das Servoventil 41 steuert, zurückgeführt.
-
Das Servoventil 41 hat eine erste Verbindungsposition, in welcher der Zufuhr-
/Ablassanschluss 38 mit der Druckluftquelle 40 verbunden und der Zufuhr-
/Ablassanschluss 31 nach außen offen ist, eine zweite Verbindungsposition, in
welcher der Zufuhr-/Ablassanschluss 38 nach außen offen und der Zufuhr-
/Ablassanschluss 31 mit der Druckluftquelle 40 verbunden ist, und eine neutrale
Position, in welcher sowohl der Zufuhr-/Ablassanschluss 31 als auch der Zufuhr-
/Ablassanschluss 38 geschlossen sind. Ein Solenoid wird durch ein Steuersignal
von dem Steuerabschnitt 4 so gesteuert, dass das Ventil zu den obigen
Positionen geschaltet wird, und das Ventil wird entsprechend dem Steuersignal
beliebig geöffnet und geschlossen. Entsprechend dem Steuersignal wird ein Druck
oder eine Durchflussrate ausgegeben. Wenn ein Steuersignalwert von dem
Steuerabschnitt 4 gleich null ist, wird das Ventil durch eine Feder in der
neutralen Position gehalten, und die Druckkammern 35 und 30 werden in einem
Zustand gehalten, in dem im Wesentlichen der gleiche Druck auf die
Druckkammern 35 und 30 aufgebracht wird.
-
Der Steuerabschnitt 4 umfasst einen Signalschaltkreis 7, der ein Betriebssignal
als ein elektromagnetisches Schaltventil zu dem Servoventil 41 sendet, eine
Steuervorrichtung 8, die das Servoventil 41 über eine PID-Regelung steuert,
und einen Schalter 6, der wahlweise den Signalschaltkreis 7 und die
Steuervorrichtung 8 mit dem Servoventil 41 verbindet. Der Signalschaltkreis 7 führt
während des Vorwärtshubes der Kolbenstange 13 dem Servoventil 41 eine
Spannung Vmax zu, so dass das Servoventil 41 als ein EIN/AUS-elektromagnetisches
Schaltventil betätigt wird. Während des Rückwärtshubes der Kolbenstange 13
erhält die Steuervorrichtung 8 eine Abweichung zwischen einem eingestellten
Positionssignal Vv betreffend die Zwischenstoppposition der Kolbenstange 13,
die in einer externen Steuerung (nicht dargestellt) eingestellt wird, und einem
erfassten Positionssignal Vp, das von dem Positionsdetektor 20 zurückgeführt
wird, führt eine PID-Berechnung durch und gibt eine Spannung entsprechend
der Abweichung aus, um das Servoventil 41 zu steuern. Der Schalter 6 wird
durch ein Schaltsignal Cr von einer externen Steuerung betätigt und verbindet
wahlweise einen Anschluss 6a, der mit dem Servoventil 41 verbunden ist, mit
einem Anschluss 7a, der mit dem Signalschaltkreis 7 verbunden ist, und einem
Anschluss 8a, der mit der Steuervorrichtung 8 verbunden ist.
-
Während des Vorwärtshubes der Kolbenstange 13 (Vorwärtsbetriebsschritt) wird
der Schalter 6 durch das Schaltsignal Cr mit dem Signalschaltkreis 7 verbunden,
und das Servoventil 41 wird als EIN/AUS-Schaltventil betätigt, wenn die
Spannung Vmax zugeführt wird. Dadurch wird in einem Hub Druckluft von der
Druckluftquelle 40 zu der kopfseitigen Druckkammer 35 zugeführt, der Druck in der
kopfseitigen Druckkammer 35 wird erhöht, und die stangenseitige Druckkammer
30 wird durch die Aussparung 26 zur Atmosphäre geöffnet. Dadurch bewegt
sich die Kolbenstange 13 mit hoher Geschwindigkeit. Die
Vorwärtsbewegungsgeschwindigkeit wird jedoch durch den Dämpfungsmechanismus in der Nähe
des vorderen Hubendes reduziert, so dass das vordere Ende der Kolbenstange
13 sanft an dem Werkstück anschlagen kann.
-
Während des Rückwärtshubes der Kolbenstange 13 wird der Schalter 6 durch
das Schaltsignal Cr mit der Steuervorrichtung 8 verbunden und das Servoventil
41 wird durch eine Feedback-Steuerung der Steuervorrichtung 8 gesteuert.
Hierbei wird die Betriebsposition der Kolbenstange 13 durch den
Positionsdetektor 20 erfasst. Das erfasste Positionssignal Vp wird zu dem Steuerabschnitt 4
zurückgeführt, und das Servoventil 41 wird so gesteuert, dass eine Abweichung
zwischen dem erfassten Positionssignal Vp und dem eingestellten
Positionssignal Vv, das von einer externen Steuerung zugeführt wird, gleich null wird.
Hierdurch werden die Drücke in der kopfseitigen Druckkammer 35 des
Druckzylinders 1, der stangenseitigen Druckkammer 30 und der Aussparung 26 gesteuert,
und die Kolbenstange 13 wird zu einer eingestellten Zwischenstoppposition
zurückgeführt und angehalten. Zu dieser Zeit werden im Wesentlichen die gleichen
Drücke auf die Druckkammer 35, die Druckkammer 30 und die Aussparung 26
ausgeübt. D. h., dass die Drücke in der kopfseitigen Druckkammer 35, der
stangenseitigen Druckkammer 30 und der Aussparung 26 im Gleichgewicht gehalten
werden.
-
Wenn die Kolbenstange 13 hin und her geführt wird, um einen kontinuierlichen
Betrieb durchzuführen, ist es daher möglich, die Kolbenstange 13 an einer
beliebigen Zwischenstoppposition anzuhalten, die vorab entsprechend einem
Vorsprung oder dgl. des Werkstückes festgelegt wurde. Wird der Arbeitshub der
Kolbenstange 13 auf die kürzest mögliche Strecke gesetzt, so kann sich ein
vorderes Ende der Kolbenstange 13 mit dem kürzesten Weg zu der nächsten
Betriebsposition bewegen, so dass die Betätigungszeit verkürzt wird. Da der
kopfseitigen Druckkammer 35 ein Druck zugeführt wird, der ausreicht, einen
Ausgleich zu der stangenseitigen Druckkammer 30 herzustellen, ist es an der
Zwischenstoppposition der Kolbenstange 13 möglich, zu der Zeit für den
nächsten Vorwärtshub die Zeit zum Erhöhen des Druckes der kopfseitigen
Druckkammer 35 zu verkürzen. Es ist auch möglich, die Zeitverzögerung, die von dem
Moment, zu dem ein Hub zu dem Vorwärtshub umgeschaltet wird, bis zu dem
Moment, wenn die Kolbenstange 13 tatsächlich ihre Vorwärtsbewegung beginnt,
d. h. die Startverzögerung, zu verkürzen.
-
Bei der oben beschriebenen Ausführungsform wird der Schalter 6 während des
Arbeitshubes der Kolbenstange 13 durch das Schaltsignal Cr mit dem
Signalschaltkreis 7 verbunden, so dass das Servoventil 41 allein als Schaltventil
arbeitet. Es ist jedoch auch möglich, einen Aufbau zu verwenden, bei dem der
Schalter 6 nicht vorgesehen und die Steuervorrichtung 8 so aufgebaut ist, dass sie
eine ausreichend hohe Antriebsspannung ausgeben kann, um das Servoventil
41 während des Vorwärtshubes der Kolbenstange 13 als Schaltventil zu
betreiben. Auch kann das für den Vorwärtshub erforderliche Druckfluid dem
Druckzylinder von einem anderen Schaltventil zugeführt werden.
-
Bei dem Druckzylinder 1 mit dem oben beschriebenen Dämpfungsmechanismus
wird die Geschwindigkeit der Kolbenstange 13 in der Nähe des
Vorwärtshubendes reduziert. Daher dient der Druckzylinder 1 der Verringerung der Reibung
und von Kollisionsgeräuschen eines Werkzeuges, bspw. eines Elektrodenchips
oder dgl., das an dem vorderen Ende der Kolbenstange 13 angebracht ist. Dies
wird durch einen Zylinder einer herkömmlichen Druckluftpunktschweißpistole
nicht erreicht. Wenn eine andere Arbeit als das Punktschweißen durchgeführt
werden soll, wird ein Werkstück mit maximaler Druckkraft gepresst, nachdem
die Kolbenstange 13 abgebremst wurde. Wird ein Innendruck Pc in der
Druckkammer 30 allmählich abgesenkt, während die Durchflussrate von Auslassgas
von der Druckkammer 30 begrenzt wird, wird die Zeit bis zum Erreichen der
maximalen Druckkraft wesentlichen verzögert.
-
Daher ist bei dieser Ausführungsform ein in den Fig. 2 und 3 gezeigtes
Schnellablassventil 3 vorgesehen, um das Problem der Druckverzögerung zu
vermeiden. Dieses Schnellablassventil 3 erfasst, dass der Druck Pc in der
stangenseitigen Druckkammer 30 während der Dämpfung niedriger wird als ein
Druck Ph in der kopfseitigen Druckkammer 35, und dass ein Druck, der von der
Druckkammer 30 durch das Drosselventil 33 abgeführt wird, d. h. ein Druck Pr
der Aussparung 26, niedriger wird als eine bestimmte niedrige Rate relativ zu
dem Druck Ph in der Druckkammer 35, bspw. 35% oder weniger. Dies wirkt als
Trigger (Auslöser) zur Betätigung des Schnellablassventils 3.
-
Wie im Detail in Fig. 3 dargestellt ist, umfasst das Schnellablassventil 3 eine
Membran 50, zwei Druckaufnahmekammern 48 und 49, die an
gegenüberliegenden Seiten der Membran 50 ausgebildet sind, einen Ablassdurchgang 46,
der in Verbindung mit der einen Druckaufnahmekammer 48 steht, ein EIN/AUS-
Sitzventil 47 zum Öffnen und Schließen eines Ventilsitzes 52 in dem
Auslassdurchgang 46, und ein Kontrollventil 45, das an einem Ausgang des
Auslassdurchgangs 46 vorgesehen ist. Der Auslassdurchgang 46 und die eine
Druckaufnahmekammer 48 sind durch einen Durchgang 45 mit der stangenseitigen
Druckkammer 30 verbunden. Die andere Druckaufnahmekammer 49 ist durch
einen Durchgang 65 über ein Differentialdruckantriebsventil 60 mit der
kopfseitigen Druckkammer 35 verbunden. Da das EIN/AUS-Ventil 47 entsprechend der
Verschiebung der Membran 50 betätigt wird, erstreckt sich ein vorderes Ende
eines Stößels 54 des EIN/AUS-Ventils 47 in die Druckaufnahmekammer 48. Das
vordere Ende liegt gegen eine Abdeckung, die an der Membran 50 befestigt ist,
an. Das EIN/AUS-Ventil 47 wird durch eine Feder 53 in eine Richtung
vorgespannt, in der der Ventilsitz 52 verschlossen ist. Als Gegendruck wird ein Druck
Pr in der Aussparung 26 auf das Kontrollventil 55 ausgeübt.
-
Das Differentialdruckantriebsventil 60 vergleicht einen Druck Pr in der
Aussparung 26 mit einem Druck Ph in der Druckkammer 35 und wird betätigt, wenn
diese beiden Drücke ein bestimmtes Druckverhältnis erreichen. Das
Differentialdruckantriebsventil 60 umfasst einen Ventilkörper 61 mit einer Vielzahl von
Anschlüssen 66, 67, 68, 69 und 70, ein Ventilelement 62, das in einer
Ventilöffnung des Ventilkörpers 61 aufgenommen ist, Druckaufnahmeoberflächen 63
und 64 mit unterschiedlichen Druckaufnahmeflächen an gegenüberliegenden
Enden des Ventilelementes 62 und Druckaufnahmekammern 63a und 64a zum
Aufbringen eines Druckes Pr in der Aussparung 26 und eines Druckes Ph in der
kopfseitigen Druckkammer 35 auf die Druck aufnehmenden Oberflächen. Das
Ventilelement 62 wird von einer in Fig. 3 gezeigten Position umgeschaltet, wenn
der Druck Pr auf einen um eine bestimmte niedrige Rate (die beliebig eingestellt
werden kann), bspw. 35% oder weniger, niedrigeren Wert reduziert wird als ein
Druck Ph, wodurch die Anschlüsse 70 und 68 miteinander verbunden werden,
um den Druck Ph in dem Durchgang 65 in eine Kammer 49 oberhalb der
Membran 50 einzuführen. Dadurch wird ein Flächenunterschied zwischen der Druck
aufnehmenden Oberfläche 63 und 64 entsprechend der oben genannten Rate
eingestellt. Andererseits nimmt das Ventilelement 62 eine in Fig. 6 gezeigte
Position an, wenn der Druck Pr um ein bestimmtes Verhältnis, das durch die
Flächen der Druck aufnehmenden Oberflächen 63 und 64 festgelegt wird, höher ist
als der Druck Ph. Dann wird die Druckaufnahmekammer 49 oberhalb der
Membran 50 durch den Anschluss 69 nach außen geöffnet.
-
Fig. 4 zeigt Messergebnisse, wenn der Druckzylinder 1 durch die
Hochgeschwindigkeitsantriebsvorrichtung angetrieben wird.
-
Fig. 4(A) zeigt das Schaltsignal Cr zum Schalten des Vorwärtshubes und des
Rückwärtshubes der Kolbenstange 13. Fig. 4(B) zeigt einen Zustand des Hubes
der Kolbenstange 13. Fig. 4(C) zeigt Änderungen der Drücke Pc, Ph und Pr in
den Druckkammern 30, 35 und der Aussparung 26.
-
Es wird ausgegangen von einem Zustand, in dem die Kolbenstange 13 zu der
Zwischenstoppposition zurückgeführt wird. Zu der Zeit t = t1, wenn der Schalter
6 durch das Schaltsignal Cr mit dem Signalschaltkreis 7 verbunden ist und die
Spannung Vmax dem Servoventil 41 zugeführt wird, wirkt das Servoventil 41 als
Schaltventil, bringt die kopfseitige Druckkammer 35 in Verbindung mit der
Druckluftquelle 40 und öffnet die stangenseitige Druckkammer 30 und die
Aussparung 26 direkt zur Atmosphäre. Daher wird die Kolbenstange 13 zu dem
Vorwärtshub geschaltet und beginnt zu der Zeit t = t2 ihre Vorwärtsbewegung.
-
Da zu dieser Zeit ein Druck Ph, der im Wesentlichen der gleiche ist wie der in
der stangenseitigen Druckkammer 30, bereits der kopfseitigen Druckkammer 35
zugeführt wurde, ist es nicht notwendig, die kopfseitige Druckkammer 35 von
null aus unter Druck zu setzen, so dass eine Startverzögerung t2 - t1, die
vergeht bis die Kolbenstange 13 tatsächlich ihre Vorwärtsbewegung beginnt,
extrem kurz ist.
-
Wenn die Kolbenstange 13 ihre Vorwärtsbewegung beginnt und das Ende des
Vorwärtshubes erreicht, wirkt der Dämpfungsmechanismus, der Innendruck Pc
in der Druckkammer 30, die durch das Drosselventil 33 zur Atmosphäre offen
ist, wird auf einmal erhöht, und der Innendruck in der Aussparung 26, die durch
den Zufuhr-/Ablassanschluss 31 direkt zur Atmosphäre geöffnet ist, sinkt weiter
ab. Das vordere Ende der Kolbenstange 13 schlägt sanft an dem Werkstück an.
-
Anschließend beginnt der Innendruck Pc in der Druckkammer 30, die durch das
Drosselventil 33 nach außen offen ist, abzusinken. Wenn der Innendruck Pc
niedriger wird als der Innendruck Ph, wird das Schnellablassventil 3 betätigt und
öffnet die Druckkammer 30 direkt zur Atmosphäre, so dass der Innendruck Pc
der Druckkammer 30 abrupt auf Atmosphärendruck reduziert wird. Da der
Innendruck Ph in der Druckkammer 35 den Maximaldruck erreicht, wird
andererseits die Druckkraft der Kolbenstange 13, die gegen das Werkstück anliegt,
abrupt erhöht und erreicht ihren Maximalwert, so dass die Bearbeitung des
Werkstückes, bspw. durch Schweißen, durchgeführt werden kann.
-
Wenn die Bearbeitung des Werkstückes abgeschlossen ist und der Schalter 6
durch das Schaltsignal Cr zu der Zeit t = t4 mit der Steuervorrichtung 8
verbunden wird, wird die Kolbenstange 13 zu dem Rückwärtshub umgeschaltet, und
das Servoventil 41 wird auf der Basis der Positionsinformation der Kolbenstange
13 Feedback-gesteuert. Hierbei wird ein Teil der Druckluft in der kopfseitigen
Druckkammer 35 nach außen abgelassen, und gleichzeitig Druckluft von der
Druckluftquelle 40 der stangenseitigen Druckkammer 30 zugeführt. Der Druck
auf die Kolbenstange 13 wird aufgehoben und die Kolbenstange 13 beginnt zu
der Zeit t = t5 ihre Rückzugsbewegung. Wenn die Kolbenstange 13 zu der
eingestellten Zwischenstoppposition zurückgeführt ist, werden die Innendrücke Ph
und Pc in den Druckkammern 35 und 30 so gesteuert, dass sie im Wesentlichen
ausgeglichen sind, und das Verfahren geht zu dem nächsten Schritt weiter.
-
Fig. 5 zeigt, im Vergleich, Hübe (siehe gerade Linien mit Pfeil) eines Falles (A),
in welchem der Druckzylinder 1 durch die
Hochgeschwindigkeitsantriebsvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform gesteuert wird, und eines Falles (B), in
welchem der Druckzylinder 1 mit der früher vorgeschlagenen Vorrichtung
gesteuert wird. In dem Fall der früher vorgeschlagenen Vorrichtung, kann der
Rückwärtshub der Kolbenstange 13 lediglich auf zwei Positionen eingestellt
werden, nämlich die vollständig zurückgeführte Position und die besondere
Zwischenstoppposition. Da eine Vielzahl von Arbeitshüben nicht entsprechend der
Höhe von Hindernissen M und N eingestellt werden können, wird bei dem
Bewegungspfad des vorderen Endes der Kolbenstange 13, d. h. des
Elektrodenchips, eine Verschwendung erzeugt. Da bei der
Hochgeschwindigkeitsantriebsvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die
Zwischenstoppposition dagegen beliebig eingestellt werden kann, ist es
möglich, den Arbeitshub so einzustellen, dass der Bewegungspfad des
Elektrodenchips so kurz wie möglich gehalten werden kann. Als Folge hiervon kann die
Bearbeitungszeit reduziert werden. In der Zeichnung bezeichnet W einen
Schweißbereich oder -punkt.
-
Fig. 6 zeigt eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die zweite
Ausführungsform entspricht der ersten Ausführungsform bis auf die Tatsache,
dass das Schnellablassventil 3 der Hochgeschwindigkeitsantriebsvorrichtung
weggelassen ist. Da die Hochgeschwindigkeitsantriebsvorrichtung dieser
Ausführungsform das Schnellablassventil 3 nicht aufweist, wird die Zeit, die von
dem Moment, an dem der Dämpfungsmechanismus seine Arbeit beginnt, bis zu
dem Moment, zu dem die maximale Druckkraft erreicht wird, länger wird als bei
der ersten Ausführungsform. Die zweite Ausführungsform kann entsprechend
der Betriebsweise, die für die Kolbenstange 13 vorgesehen ist, oder der
Eigenschaften eines Werkstückes eingesetzt werden. Der Dämpfungsmechanismus
kann bei Bedarf weggelassen werden. Der übrige Aufbau und die
Wirkungsweise sind die gleichen wie bei der ersten Ausführungsform, so dass die
wesentlichen Abschnitt mit den gleichen Bezugszeichen versehen werden. Auf ihre
erneute Beschreibung wird verzichtet.
-
Gemäß der vorliegenden Erfindung werden ein Antriebsverfahren und eine
Antriebsvorrichtung vorgeschlagen, bei welchen eine Gesamtrückführposition und
eine Betriebsvorbereitungsposition (Zwischenstoppposition), an welcher eine
Kolbenstange 12 einem Werkstück bei relativ kurzem Arbeitshub
gegenüberliegt, an der Kolbenstange 12 eines Druckzylinders, bspw. einer
Punktschweißpistole, eingestellt werden. Die Zwischenstoppposition kann durch ein von
außen gesandtes Signal beliebig eingestellt werden, so dass in Anpassung an die
Form des Werkstücks und dgl. keine übergroßen Hübe notwendig werden.
-
Die Antriebsverzögerung, die bewirkt wird, wenn der herkömmliche
Druckzylinder durch ein Schaltventil betätigt wird, wird soweit wie möglich eliminiert, indem
an der Rückführposition im Wesentlichen der gleiche Druck auf die an
gegenüberliegenden Seiten des Kolbens 12 angeordneten Druckkammern ausgeübt
wird.