DE3618054A1

DE3618054A1 - Piston/cylinder arrangement as a drive for a welding electrode

Info

Publication number: DE3618054A1
Application number: DE19863618054
Authority: DE
Inventors: Hans-Jürgen 3180 Wolfsburg Hagedorn; Horst-Rüdiger Dipl.-Ing. Junker
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 1985-06-07
Filing date: 1986-05-28
Publication date: 1986-12-11
Anticipated expiration: 2006-05-29
Also published as: DE3618054C2

Abstract

In a piston/cylinder arrangement which is used for driving a welding electrode and has a facility for braking the movement of the electrode (1) in the direction of the workpiece (2), one (21) of several pressure spaces (21, 25, 27) is connected temporarily, as a function of the pressure in another (27) of these pressure spaces, to a compressed air connection (4) via a valve arrangement which, in order to avoid sealing problems, contains a diaphragm (28) and a valve tappet (30), actuated by the said diaphragm (28), together with a valve disc (24). <IMAGE>

Description

Kolben-Zylinder-Anordnung als Antrieb für eine Schweißelektrode Piston-cylinder arrangement as a drive for a welding electrode

Die Erfindung betrifft eine Kolben-Zylinder-Anordnung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Eine derartige Anordnung ist aus der DE-OS 3 321 707, B23K 11/10, bekannt. Durch die angegebenen Merkmale wird erreicht, daß die Elektrodenbewegung in Richtung auf das zu schweißende Werkstück vor dem Aufsetzen der Elektrode gebremst und demgemäß die Geräuschentwicklung begrenzt wird; durch die beim Aufsetzen der Elektrode, d.h. bei der Beendigung der Elektrodenbewegung, auftretende Druckerhöhung wird das Ventil entgegen der Federkraft geöffnet und der bisher einen Unterdruckraum bildende dritte Luftraum mit Druck beaufschlagt, wodurch nunmehr beide Kolben der Kolbenanordnung zur Erzeugung des Anpreßdrucks der Elektrode während des Schweißvorgangs wirksam sind. Der erste Druckraum, der bei Druckluftzufuhr über den ersten Luftanschluß zur Rückbewegung der Elektrode dient, steht mit diesem Luftanschluß dauernd über eine Drossel in Verbindung. Das Ventil im Bypass ist durch einen Absperrschieber gebildet, der in Sperrrichtung durch eine Feder und in den Bypass freigebender Richtung mit dem Druck im dritten Druckraum beaufschlagt ist. Der Absperrschieber besitzt kolbenartige Erweiterungen, mit denen er über Kanaleinmündungen im Ventilgehäuse gleitet.The invention relates to a piston-cylinder arrangement according to the preamble of claim 1. Such an arrangement is from DE-OS 3 321 707, B23K 11/10, known. The specified features ensure that the electrode movement braked in the direction of the workpiece to be welded before placing the electrode and accordingly the generation of noise is limited; by putting on the Electrode, i.e. the pressure increase occurring when the electrode movement ends the valve is opened against the spring force and the previously a vacuum chamber forming third air space is pressurized, whereby now both pistons of the Piston arrangement for generating the contact pressure of the electrode during the welding process are effective. The first pressure chamber, the one when compressed air is supplied via the first air connection serves to move the electrode backwards, protrudes permanently with this air connection a throttle in connection. The valve in the bypass is through a gate valve formed in the blocking direction by a spring and in the bypass releasing direction is acted upon by the pressure in the third pressure chamber. The gate valve has piston-like extensions, with which it can pass through duct openings in the valve housing slides.

Hierbei können bei in Serienfertigung hergestellten Anordnungen über längere Betriebszeiten Dichtprobleme durch Verschleiß auftreten. Auch reagiert in dem gezeichneten Ausführungsbeispiel dieses Bypassventil nicht auf Druckerhöhungen am ersten Luftanschluß, weshalb die Drossel als kombiniertes Drossel-Rückschlagventil ausgebildet ist.In this case, in the case of mass-produced arrangements, over longer operating times sealing problems occur due to wear. Also responds in the illustrated embodiment of this bypass valve does not respond to pressure increases at the first air connection, which is why the throttle is used as a combined throttle / check valve is trained.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 zu schaffen, bei der Dichtprobleme am Bypassventil mit Sicherheit ausgeschlossen sind und die Notwendigkeit eines Drossel-Rückschlagventils vermieden ist.The invention has for its object to provide an arrangement according to the To create the preamble of claim 1, in the case of sealing problems on the bypass valve are definitely excluded and the need for a one-way flow control valve is avoided.

Die erfindungsgemäße Lösung der Aufgabe besteht in den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1.The inventive solution to the problem consists in the characterizing Features of claim 1.

Wie Anspruch 2 deutlich macht, der eine vorteilhafte Ausführung angibt, besitzt die Erfindung den grundsätzlichen Vorteil der Fertigungsfreundlichkeit, da die Gehäuseteile infolge einfacher Formgebung durch einfache, bewährte Verfahren (Stanzen, Spritzgießen) hergestellt werden können. Dichtungen und kritische Passungen im Bereich aufeinander gleitender Flächen sind vermieden. Montage und Demontage des Bypassventils sind sehr einfach, das Ventil einschließlich Gehäuse baut raumsparend.As claim 2 makes clear, which indicates an advantageous embodiment, the invention has the fundamental advantage of being easy to manufacture, because the housing parts due to simple shaping by simple, proven processes (Stamping, injection molding) can be produced. Seals and critical fits in the area of surfaces sliding on each other are avoided. Assembly and disassembly of the bypass valve are very simple, the valve including the housing is space-saving.

Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist darin zu sehen, daß sie auf die Gestaltung der anderen Teile keinen Einfluß nimmt. So kann die Betätigung des im Zuge des Kanals in der Kolbenanordnung liegenden Ventils statt - wie im nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispiel - mechanisch durch Aufstoßen auch pneumatisch durch Druckerhöhung im dritten Druckraum erfolgen.Another advantage of the invention is the fact that it is based on the design of the other parts has no influence. Thus, the actuation of the in the course of the channel in the piston arrangement valve instead of - as in the following Embodiment described - mechanically by thrusting also pneumatically take place by increasing the pressure in the third pressure chamber.

Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung erläutert, die einen Längsschnitt bei vom Werkstück abgehobener Elektrode zeigt.In the following an embodiment of the invention is based on the Drawing explains a longitudinal section with the electrode lifted from the workpiece shows.

Die beiden Hauptbestandteile der Kolben-Zylinder-Anordnung, die zur Bewegung der Punktschweißelektrode 1 in Richtung auf das zu schweißende Werkstück 2 und zum Abheben der Elektrode von diesem dient, sind der Zylinder 3 mit dem ersten Luftanschluß 4 und dem zweiten Luftanschluß 5 sowie die in dem Zylinder laufende Kolbenanordnung 6, die die beiden Kolben 7 und 8 aufweist und aus den beiden Bestandteilen 9 und 10 zusammengesetzt ist. Der Bestandteil 10 trägt die Elektrode 1.The two main components of the piston-cylinder assembly used for Movement of the spot welding electrode 1 in the direction of the workpiece to be welded 2 and is used to lift the electrode from this, the cylinder 3 is with the first Air connection 4 and the second air connection 5 as well as the one running in the cylinder Piston arrangement 6, which has the two pistons 7 and 8, and consists of the two components 9 and 10 is composed. The component 10 carries the electrode 1.

Die beiden Luftanschlüsse 4 und 5 können über eine nicht gezeigte, da an sich bekannte Ventilanordnung wahlweise an eine Druckluftquelle angeschlossen werden, und zwar liegt der erste Luftanschluß 4 bei der Rückbewegung der Elektrode in ihre dar- gestellte Ruhelage und der zweite Luftanschluß 5 bei der Bewegung der Elektrode in ihre Arbeitslage, in der sie auf dem Werkstück 2 aufliegt, an der Druckluftquelle.The two air connections 4 and 5 can optionally be connected to a compressed air source via a valve arrangement (not shown, since it is known per se). Asked rest position and the second air connection 5 when moving the electrode into its working position, in which it rests on the workpiece 2, at the compressed air source.

Betrachtet man nun den Aufbau der Kolbenanordnung 6 im einzelnen, so erkennt man, daß der Bestandteil 10 mit dem Fortsatz 11 von einer Bohrung des Bestandteils 9 teleskopartig aufgenommen ist. Der Fortsatz 11 trägt auf seinem Umfang achsparallel verlaufende Kanäle 12, die an dem in der Figur oberen Ende des Fortsatzes 11 in die die Druckfeder 13 aufnehmende Federkammer 14 und über diese in den axialen Kanal 15 innerhalb des Kolbens 7 einmünden. Dieser Kanal wird von dem axial verlaufenden Stößel 16 durchsetzt, der bei der durch die Druckfeder 13 bei in Ruhestellung befindlicher Elektrode 1 erzeugten relativen Lage der beiden Bestandteile 9 und 10 der Kolbenanordnung 6 zueinander den Ventilkörper 17 allein der Wirkung der ihn in Schließrichtung beaufschlagenden Feder 18 überläßt. Die Druckfeder 13 drückt also die beiden Bestandteile 9 und 10 der Kolbenanordnung 6 gleichsam auseinander in eine relative Lage, die durch den Bolzen 19 in Verbindung mit dem Langloch 20 in dem Bestandteil 10 definiert ist.If one now considers the structure of the piston arrangement 6 in detail, so it can be seen that the component 10 with the extension 11 of a bore of the Part 9 is added telescopically. The extension 11 carries on its scope axially parallel channels 12, which at the upper end of the extension in the figure 11 into the spring chamber 14 receiving the compression spring 13 and via this into the axial Channel 15 open into piston 7. This channel is made up of the axially extending one The plunger 16 is penetrated by the by the compression spring 13 when in the rest position Electrode 1 generated the relative position of the two components 9 and 10 of the piston assembly 6 to each other the valve body 17 solely the effect of the action acting on it in the closing direction Leaves spring 18. The compression spring 13 thus presses the two components 9 and 10 the piston assembly 6 as it were apart in a relative position, which is through the Bolt 19 is defined in connection with the elongated hole 20 in the component 10.

Die Kolbenanordnung 6 bildet mit dem sie aufnehmenden Zylinder 3 insgesamt drei Druckräume: Der erste Druckraum 21 steht über die Drossel 22 dauernd in Verbindung mit dem ersten Luftanschluß 4. Parallel zu ihr liegt die Bypassbohrung 23 mit dem ihr zugeordneten Ventilteller 24. Oberhalb des Kolbens 7 erkennt man den zweiten Druckraum 25, der dauernd in Verbindung mit dem zweiten Luftanschluß 5 steht, der bei Abwärtsbewegung der Elektrode 1 in Richtung auf das Werkstück 2 druckbeaufschlagt ist. Ferner ist unterhalb der Querwand 26 des Zylinders 3 der dritte Druckraum 27 vorgesehen, der über Querbohrungen in dem Fortsatz 11 mit den Längskanälen 12 in Verbindung steht.The piston arrangement 6 forms with the cylinder 3 receiving it as a whole three pressure chambers: the first pressure chamber 21 is permanently connected via the throttle 22 with the first air connection 4. Parallel to it is the bypass hole 23 with the their associated valve disk 24. Above the piston 7, the second can be seen Pressure chamber 25, which is permanently in communication with the second air connection 5, the pressurized upon downward movement of the electrode 1 in the direction of the workpiece 2 is. Furthermore, the third pressure chamber 27 is below the transverse wall 26 of the cylinder 3 provided, which via transverse bores in the extension 11 with the longitudinal channels 12 in Connection.

Mit dem dritten Druckraum 27 steht die Membran 28 einseitig über Kanäle 29 in Druckverbindung, während sie auf ihrer anderen, in der Figur linken Seite auf dem Ventilstößel 30 aufliegt und diesen entgegen der Wirkung der Schließfeder 31 im den Ventilteller 24 abhebenden Sinne zu verschieben sucht. Der innerhalb der Bypassbohrung 23 liegende Bereich des Stößels 30 ist zwecks Bildung von Strömungskanälen mit viereckigem Querschnitt ausgeführt. Die als einfache Drosselbohrung ausgeführte Drossel 22, die Bypassbohrung 23, die Kanäle 29 sowie alle weiteren, zur Ventilbildung erforderlichen Hohlräume sind in das sandwichartig aus drei flachen Teilen 32, 33 und 34 zusammengesetzte Ventilgehäuse 35 eingeformt, wobei die Trennungsebenen der Teile im Bereich des Ventiltellers 24 und der Membran 28 liegen.With the third pressure chamber 27, the membrane 28 is on one side via channels 29 in pressure connection, while they are on their other, left-hand side in the figure rests on the valve tappet 30 and this against the action of the closing spring 31 seeks to move in the direction lifted off the valve disk 24. The one within the The area of the tappet 30 lying by the bypass bore 23 is for the purpose of forming flow channels executed with a square cross-section. The one designed as a simple throttle bore Throttle 22, the bypass bore 23, the channels 29 and all others for valve formation required cavities are sandwiched in the three flat share 32, 33 and 34 assembled valve housing 35 molded, the planes of separation of the parts are in the area of the valve disk 24 and the membrane 28.

Die Anordnung arbeitet wie folgt: Bei Ruhestellung der Elektrode 1 nehmen die Teile der Kolben-Zylinder-Anordnung die wiedergegebenen Stellungen ein. Soll nunmehr eine Schweißung erfolgen, wird an das nicht dargestellte Druckluftventil ein Steuerbefehl gegeben, so daß das Ventil die ebenfalls nicht dargestellte Überdruckquelle mit dem zweiten Luftanschluß 5 verbindet. Im zweiten Druckraum 25 liegt dann Überdruck vor, der auf der in der Figur oberen Fläche des Kolbens 7 lastet und die Kolbenanordnung 6 mit der Elektrode 1 nach unten in Richtung auf das Werkstück 2 bewegt. Diese Bewegung wird gebremst durch die Drossel 22, die den Luftaustritt aus dem bei dieser Bewegung volumenmäßig immer kleiner werdenden ringförmigen ersten Druckraum 21 stark verzögert. Einen gewissen Beitrag zu diesem Bremseffekt leistet auch der bei der Bewegung der Elektrode 1 nach unten größer werdende dritte Druckraum 27, in dem sich ein Unterdruck aufbaut. Von entscheidender Bedeutung für den Bremseffekt ist jedoch der durch die Drossel 22 geregelte bzw. begrenzte Druckabbau im ersten Druckraum 21.The arrangement works as follows: When electrode 1 is at rest the parts of the piston-cylinder arrangement assume the positions shown. If a weld is now to take place, the compressed air valve, not shown, is applied a control command is given, so that the valve is the overpressure source, also not shown connects to the second air connection 5. There is then overpressure in the second pressure chamber 25 before, which bears on the upper surface of the piston 7 in the figure, and the piston assembly 6 moved with the electrode 1 downwards in the direction of the workpiece 2. This movement is braked by the throttle 22, which prevents the air from escaping during this movement Ring-shaped first pressure chamber 21, which is becoming smaller and smaller in volume, is greatly delayed. The movement of the also makes a certain contribution to this braking effect Electrode 1 downwardly increasing third pressure chamber 27, in which there is a negative pressure builds up. Of decisive importance for the braking effect, however, is that caused by the Throttle 22 regulated or limited pressure reduction in the first pressure chamber 21.

Sobald nun die Elektrode 1 auf dem Werkstück 2 aufgesetzt hat, kann der Bestandteil 10 der Kolbenanordnung 6 an weiteren Abwärtsbewegungen nicht teilnehmen.As soon as the electrode 1 has placed on the workpiece 2, can the component 10 of the piston assembly 6 does not participate in further downward movements.

Demgemäß wird die Druckfeder 13 zusammengedrückt, d.h. der Bolzen 16 an dem Fortsatz 11 des Bestandteils 10 bewegt sich relativ zu dem Bestandteil 9 der Kolbenanordnung 6 in der Figur nach oben, so daß er den Ventilkörper 17 entgegen der Kraft der Ventilfeder 18 aufstößt. Die Folge ist die Herstellung einer Druckverbindung zwischen dem zweiten Druckraum 25, d.h. letztlich der Druckluftquelle, einerseits über die Kanäle 15 und 12 zum dritten Druckraum 27 andererseits, so daß nunmehr auch die in der Figur obere Fläche des Kolbens 8 druckbeaufschlagt ist. Damit liegt Tandembetrieb beider Kolben 7 und 8 vor, d.h. die Anpreßkraft der Elektrode 1 wird praktisch im Augenblick ihres Aufsetzens auf dem Werkstück 2 erheblich vergrößert.Accordingly, the compression spring 13 is compressed, i.e., the bolt 16 on the extension 11 of the component 10 moves relative to the component 9 of the piston assembly 6 in the figure upwards, so that it counteracts the valve body 17 the force of the valve spring 18 pushes open. The result is the establishment of a pressure connection between the second pressure chamber 25, i.e. ultimately the compressed air source, on the one hand via the channels 15 and 12 to the third pressure chamber 27 on the other hand, so that now the upper surface of the piston 8 in the figure is also pressurized. So lies Tandem operation of both pistons 7 and 8 before, i.e. the contact pressure of the electrode 1 is practically at the moment it is placed on the workpiece 2, it is considerably enlarged.

Ungefähr gleichzeitig mit dieser Vergrößerung der Anpreßkraft wird über die Verbindungsleitungen 29 die in der Figur rechten Fläche der Membran 28 druckbeaufschlagt, so daß der Ventilstößel 30 mit dem Ventilteller 24 entgegen der Kraft der Feder 31 in seine Durchlaßstellung verschoben wird: Der Bypass 23 zur Drossel 22 wird durchgeschaltet, d.h. der restliche Überdruck in der ringförmigen ersten Druckkammer 21 wird unter Umgehung der Drossel 22 praktisch augenblicklich abgebaut.About the same time with this increase in the contact pressure Via the connecting lines 29, the surface of the membrane 28 on the right in the figure pressurized so that the valve stem 30 with the valve plate 24 against the Force of the spring 31 is shifted into its open position: The bypass 23 for Throttle 22 is switched through, i.e. the remaining overpressure in the annular first pressure chamber 21 is practically instantaneous, bypassing the throttle 22 reduced.

Soll die Elektrode 1 nunmehr wieder in ihre dargestellte Ruhestellung bewegt werden, so wird über das mehrfach erwähnte, nicht dargestellte Ventil der Luftanschluß 5 von der Druckluftquelle abgeschaltet und der erste Luftanschluß 4 an die Druckluftquelle angeschaltet. Die Druckluft strömt durch den noch freigegebenen Bypass 23 ungedrosselt in den ersten Druckraum 21 ein und bewegt durch Beaufschlagen der in der Figur unteren Fläche des oberen Kolbens 7 die Kolbenanordnung, und zwar bis zur maximalen Entspannung der Feder 13 zunächst nur den Bestandteil 9, nach oben. Anschließend wird über die Verbindung 19, 20 auch der Bestandteil 10 mit der Elektrode 1 mitgenommen. Das Ventil 17 schließt unter der Wirkung seiner Feder 18 wieder, so daß der dritte Druckraum 27 von dem Luftanschluß 5 abgeschaltet wird. Die Aufwärtsbewegung der Kolbenanordnung 6 wird beendet durch Anschlagen der Kolben 7 und 8 an zugeordnete Anschläge im Zylinder 3, wie aus der Figur ersichtlich.Should the electrode 1 now return to its rest position shown are moved, then the valve, not shown, is mentioned several times Air connection 5 is disconnected from the compressed air source and the first air connection 4 connected to the compressed air source. The compressed air flows through the still released Bypass 23 enters the first pressure chamber 21 unthrottled and moves when it is applied the lower surface of the upper piston 7 in the figure, the piston arrangement, namely up to the maximum relaxation of the spring 13 initially only the component 9, after above. Subsequently, via the connection 19, 20, the component 10 is also connected to the Electrode 1 taken away. The valve 17 closes under the action of its spring 18 again, so that the third pressure chamber 27 is switched off from the air connection 5. The upward movement of the piston arrangement 6 is terminated by striking the piston 7 and 8 to associated stops in the cylinder 3, as can be seen from the figure.

Der zugleich den tiffnungsdruck für das Bypassventil 24, 31 darstellende Druck in dem sich bei der Aufwärtsbewegung des Kolbens 8 verkleinernden dritten Druckraum 27 wird schließlich über das Ventil 17 abgebaut, so daß der Ventilteller 24 die Bypassbohrung 23 wieder verschließt.Which at the same time represents the opening pressure for the bypass valve 24, 31 Pressure in the third, which decreases with the upward movement of the piston 8 Pressure chamber 27 is finally reduced via valve 17, so that the valve disk 24 closes the bypass bore 23 again.

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Claims

PATENT CLAIMS 1. Piston-cylinder arrangement as a drive for a Welding electrode attached to one end of a piston assembly forming a tandem piston is held with the cylinder receiving them between their two pistons an annular first pressure chamber, which is connected to a first air connection on the cylinder is in communication, and at its other end forms a second pressure chamber which communicates with a second air connection on the cylinder, wherein in the connection between the first pressure chamber and the first air connection a throttle and parallel to this a valve-fitted bypass as well as in the course of a channel in the piston assembly essentially axially between the second pressure space and a third pressure space between a cylinder-fixed transverse wall and the piston at one end of the piston arrangement runs, a spring-loaded valve is arranged in the closing direction, which only switches through the channel after placing the electrode on the workpiece to be welded, while the spring-loaded valve in the bypass does this when the pressure increases in the third Releases pressure space, characterized in that the valve in the bypass has a membrane (28) which acts on one side with the pressure in the third pressure chamber (27) is and rests with its other side on a tappet (30) of the valve (24,30), the one bypass bore (23) in the valve housing (35) that connects to the first air connection (4) communicates, penetrates and at its end remote from the membrane (28) a valve disk (24) for covering the bypass bore (23), on which this remote side engages the spring (31) in the closing sense, and that the throttle is formed by a throttle bore (22) in the valve housing (35).

2. Arrangement according to claim 1, characterized in that the valve housing (35) is composed of three parts (32,33,34) like a sandwich, their parting planes lie in the area of the valve disk (24) and the membrane (28).