DE9215263U1 - Integrierter doppelter Antriebszylinder - Google Patents

Description

INTEGRIERTER DOPPELTER ANTRIEBSZYLINDER

Die Erfindung betrifft einen pneumatischen Antriebszylinder für eine Punktschweißelektrode, der einen Arbeitszylinder umfaßt.

Solche pneumatischen Antriebszylinder sind allgemein bekannt.

Bei diesen bekannten pneumatischen Antriebszylindern wird für jeden Punktschweißvorgang ein vollständiger Hub durchgeführt. Dies bedeutet, daß für jeden, von der auf der Kolbenstange des pneumatischen Punktschweiß-Zylinders angebrachten Punktschweißelektrode vorgenommenen Schweißpunkt der Antriebszylinder sich aus der eingezogenen Position vollständig in die Arbeitssposition bewegen muß, und nach der Fertigstellung der Punktschweißhandlung wieder zurück in die Ausgangsposition. Häufig liegt der Hub eines solchen pneumatischen Antriebszylinders in dem Bereich zwischen 50 und 100 nm.

Dies bedeutet, daß bei jedem Hub eine erhebliche Menge Preßluft erforderlich ist, während ebenfalls jeder Hub einen großen Zeitaufwand beansprucht, was namentlich 0 bei Arbeiten von Bedeutung ist, die mit kurzer Taktzeit durchgeführt werden, beispielsweise am Fließband. Im Zusammenhang mit der Form der einer Punktschweißbearbeitung zu unterziehenden Werkstücke ist es oft nicht möglich, einen Punktschweißzylinder mit kleinerem Hub anzuwenden. Die Verwendung eines Zylinders mit kleinerem Hub ist einerseits attraktiv wegen des geringen Preßluftverbrauchs und der kürzeren Zeitdauer, während ebenfalls durch die kleiner Hublänge die Position, die Bewegung des Kolbens geregelt werden kann; das betreffende Luftvolumen ist ja klein.

Aus GB-A-1151775 ist ein solcher pneumatischer Antriebszylinder bekannt, der mit einem Arbeitszylinder versehen ist, der dafür ausgelegt ist, die Punktschweißelektrode innerhalb eines Wirkungsbereichs mit be-

schränkter Länge bewegen zu lassen, und mit einem Transportzylinder, um den Arbeitszylinder von einer Ruheposition aus in eine Arbeitsposition zu bewegen, wobei der Transportzylinder den Arbeitszylinder umgibt.

Als Folge dieser Maßnahmen wird es möglich, eine Wahl zwischen einem Hub mit größerer Länge und einem Hub mit kleinerer Länge zu treffen, so daß nur wenn die Form des Werkstücks dies erfordert, ein Hub mit größerer Länge ausgeführt zu werden braucht.

Bei diesem bekannten Punktschweißzylinder umgibt der Transportzylinder den Arbeitszylinder in der Weise, daß der Arbeitszylinder den Kolben des TransportZylinders bildet. Somit wird eine sehr kompakte Konstruktion erhalten. Bei diesem bekannten Zylinder wird eine einzelne Quelle verwendet, wobei dem Transportzylinder immer unmittelbar von der Quelle herrührende Luft mit einem Druck zugeführt wird, der mit dem der Luftquelle übereinstimmt. Die Schaltung umfaßt ferner Mittel, Luft dem Punktschweißzylinder zuzuführen, wobei dies mit demselben Druck oder 0 mit herabgesetztem Druck geschehen kann. Dazu wird in letzterem Falle die Luft über ein Drosselventil geführt.

Bei diesem bekannten Punktschweißzylinder erfolgt die Rücklaufbewegung sowohl des Punktschweißzylinders als auch des Transportzylinders mit dem Druck der Luftquelle.

Somit ist es nicht möglich, bei der Rücklaufbewegung die Bedingung zu erfüllen, daß der Druck in dem Punktschweißzylinder kleiner als der in dem Transportzylinder ist.

Außerdem können während der Rücklaufbewegung der Punktschweißzylinder und der Transportzylinder nicht unabhängig voneinander gesteuert werden, so daß es nicht möglich ist, nur den Punktschweißzylinder zurückkehren zu lassen, um für einen nachfolgenden Schweißpunkt den Punktschweißzylinder bereits in der Ausgangsposition bereit zu halten. Es muß bei diesem bekannten punktschweißzylinder eine vollständige Rücklaufbewegung vollzogen werden.

Der Zweck der in Rede stehenden Erfindung ist die Verschaffung eines solchen Punktschweißzylinders, bei dem

die eingangs beschriebenen Vorteile erhalten werden und bei dem es möglich ist, eine unabhängige Rücklaufbewegung des Punktschweißzylinders stattfinden zu lassen.

Dieser Zweck wird mit einer Steuerungsvorrichtung für die unabhängig voneinander erfolgende Steuerung der Luftzufuhr und -abfuhr von und zu dem Transportzylinder und dem Punktschweißzylinder realisiert.

Der integrierte Punktschweißzylinder in schal1-armer Ausführung hat eine dazu angepaßte herabgesetzte Kolbengeschwindigkeit. Indem nun die gesamte Hublänge auf die Hublänge des TransportZylinders und den Arbeitshub des integrierter Punktschweißzylinders verteilt wird, kann die Transportstrecke mit optimaler und somit hoher Geschwindigkeit zurückgelegt werden, wodurch die Taktzeit beschränkt wird.

Da der Arbeitshub des integrierten punktschweißzylinders sehr kurz ist, kann nun, ohne daß dies die Taktzeit wesentlich beeinflußt, die Kolbengeschwindigkeit optimal auf den Schweißvorgang abgestimmt werden. Während der Serie von Schweißzyklen wird die Kraft, mit der die Elektrode auf das Werkstück drückt, variieren müssen. Dies wird durch Arbeitsdruckvariation des Integrierten Punktschweißzylinders erreicht. Diese Druckverstellung kann nun durch das sich aus der geringen Hublänge ergebende geringe Hubvolumen schnell geschehen, was ebenfalls die Taktzeit herabsetzt.

Die integrierte Ausführung führt zur Verringerung von Dimensionen und Masse, was äußerst wichtig für die Anwendung bei schnellbewegenden Schweißrobotern ist, bei denen die zu bewegende Masse wegen der Massenkräfte möglichst gering bleiben soll, auch im Zusammenhang mit der Verkürzung der Taktzeit.

Um die Regelbarkeit der von dem Arbeitszylinder ausgeübten kraft zu steigern, ist die Steuerungsvorrichtung für die Steuerung der Luftzufuhr zu dem pneumatischen Zylinder derart ausgelegt, daß die von dem Transportzylinder ausgeübte Kraft immer größer als die von

dem Arbeitszylinder ausgeübte Kraft ist. Als Folge dieser Maßnahme wird die Position des Kolbens des Transportzylinders festgelegt, so daß die von dem Arbeitszylinder erzeugten Kräfte gut dosierbar sind; es wird ja von einem festen Ausgangspunkt ausgegangen.

Danach wird die vorliegende Erfindung anhand der beigefügten Zeichnung erläutert, in der zeigen:

Figur 1: eine schematische Schnittansicht eines erfindungsgemäßen Zylinders in der Ruheposition;

Figur 2: eine schematische Schnittansicht des in Figur 1 dargestellten Zylinders in der Position, in der sich der Arbeitszylinder in der Ruheposition befindet und sich der Transportzylinder in seiner vollständig nach außen hin bewegten Position befindet;

Figur 3: eine schematische Schnittansicht des in Figur 1 dargestellten Zylinders, wobei sich beide Kolben in einer vollständig nach außen hin bewegten Position bef inden; und

Figur 4: eine schematische perspektivische Ansicht einer zweiten Ausführungsform der Erfindung.

Der in Figur 1 dargestellte Zylinder wird von einem Mantel 1 gebildet, der an seiner Rückseite an einem hinteren Flansch 2 und an seiner Vorderseite an seinem vorderen Flansch 3 befestigt ist. An dem hinteren Flansch 0 2 ist mit Schrauben 4 eine Befestigungsöse 5 befestigt. Die Dichtung zwischen dem hinteren Flansch 2 beziehungsweise dem vorderen Flansch 2 und dem Mantel 1 erfolgt mittels sich in einer Nut befindenden O-Ringe 6. In dem somit gebildeten Gehäuse des transportZylinders ist 5 ein insgesamt mit 7 bezeichneter Kolben angebracht. Dieser Kolben 7 bildet den Kolben des Transportzylinders. Um den Kolben 7 des TransportZylinders bewegen zu lassen,

ist in dem hinteren Flansch 2 eine Kammer 8 vorgesehen, die mittels eines Kanals 9 mit einer pneumatischen Leitung 10 verbunden ist. Die pneumatische Leitung 10 ist mittels einer Kupplung 11 an dem hinteren Flansch 2 befestigt. In entsprechender Weise ist in dem vorderen Flansch 3 ein Kanal 5 angebracht, der mit einer pneumatischen Leitung 13 in Verbindung steht, die mittels einer Kupplung 14 an dem vorderen Flansch 3 befestigt ist.

Somit ist es möglich, durch die Zufuhr von Luft durch die Leitung 10 hindurch die Position des Kolbens 7 nach rechts in die Position zu ändern, die in Figur 2 dargestellt ist.

Der Kolben 7 ist mit einer Kolbenstange 15 verbunden, die sich durch eine in dem vorderen Flansch 3 vorgesehene Öffnung hindurch erstreckt. Ebenfalls ist dabei eine Dichtung angebracht, so daß die Kammer rechts des Kolbens 7 gegenüber der Umgebung abgedichtet bleibt. Hiernach wird die Konstruktion des Kolbens 7 im einzelnen erläutert. Der Kolben 7 wird von einem Mantelteil 16 0 gebildet, der an seiner Vorderseite von einem Deckel 17 abgeschlossen wird und an seiner Rückseite von einem blechförmigen Element 18.

Zur Führung des Kolbens 7 an der Innenwand des Mantels 1 sind zwei Gleitringe 19 vorgesehen, die an einer Außenseite einen geringen Reibungskoeffizienten aufweisen. Übrigens ist der Mantelteil 16 selbst nicht im Kontakt mit der Innenseite des Mantels 1. Zur Dichtung ist in dem Mantelteil 16 eine Nut vorgesehen, in der ein Dichtungskörper 21 angebracht ist.

In dem Kolben 7 sind zwei Zylinderhohlräume 22, 23 ausgebildet, die an ihrer Vorderseite von dem Deckel 17 beziehungsweise dem Mittelteil des Mantelteils 16 und dem blechförmigen Körper 18 abgeschlossen werden. In beiden Zylinderhohlraumen 22, 23 ist ein zylinderförmiges Futter 5 24, beziehungsweise 25 angebracht.

In der Stirnfläche des Deckels 17 beziehungsweise dem blechförmigen Körper 18 ist eine ringförmige Nut 2 6

beziehungsweise 27 angebracht, in der ein Gummiring 28 beziehungsweise 29 angebracht ist. Beide Ringe 28, 29 dienen als Puffer, um zu vermeiden, daß Deckel 17 beziehungsweise der blechförmige Körper den vorderen Flansch 3 oder den hinteren Flansch 2 berührt. Dies würde ja zum Kontakt von Metall mit Metall führen und Lärmbelästigung sowie unerlaubte Stoßbelastung zur Folge haben.

Innerhalb der Zylinderhohlräume 22 beziehungsweise 23 sind Kolben 30 beziehungsweise 31 angebracht. Beide Kolben sind mit der Kolbenstange 15 verbunden. Zur Dichtung zwischen dem Kolben 31 und dem Zylinderfutter 25 sind Dichtungsringe sind Dichtungsringe 32 und 33 angebracht. Für die Dichtung der Kolbenstange 15 gegen den Deckel 17 ist ein O-Ring 34 angebracht. Zum Schluß sind für die Dichtung des dünnen Teils der Kolbenstange 15 gegenüber dem Mantelteil 16 zwei O-Ringe 35 angebracht.

Zum nach außen hin Bewegen der Kolben 30 und 31 wird Luft über eine pneumatische Leitung 36 zugeführt, die am hinteren Flansch 2 mündet, und die daran befestigt ist, und welche Leitung 36 mit einem Kanal 37 verbunden ist.

Der Kanal 37 ist mit einem sich parallel zur Kolbenstange 15 erstreckenden exzentrisch angebrachten Rohr 38 verbunden. Dieses Rohr 38 erstreckt sich bis in einen in dem Mantelteil 16 vorgesehenen Hohlraum 39 hinein, und zwar über eine Länge, die mit der Bewegung des Kolbens 7 variiert. Das Rohr erstreckt sich durch den blechförmigen Körper 18 hindurch und ist dagegen gedichtet. Somit ist es möglich, unabhängig von der Position des Kolbens 7 dem Hohlraum 39 Luft zuzuführen.

Der Hohlraum 39 ist durch einen Kanal 40 mit der linken Seite des Zylinderhohlraums 23 verbunden. In solcher Weise ist der Hohlraum 23 mit einem nicht in der Zeichnung dargestellten Kanal mit dem Hohlraum 24 an der linken Seite des Kolbens 30 verbunden. Die Räume auf der anderen Seite der Kolben 30, 31 in den Zylinderhohlräumen 22, 23 sind über einen Kanal 36 über einen nicht in der Zeichnung dargestellten Hohlraum und ein daran ange-

brachtes Rohr mit einer ebenfalls nicht in der Zeichnung dargestellten pneumatischen Leitung verbunden. Somit ist es möglich, die Position der Kolben 30 beziehungsweise in dem Kolben 7 unabhängig voneinander zu verstellen. Zur Rückbewegung der Kolben 30, 31 ist die beschriebene, entsprechende, nicht in der Zeichnung dargestellte Vorrichtung angebracht, die es ermöglicht, den Räumen der rechten Seite der Kolben 30, 31 Preßluft zuzuführen.

Der so ausgeführte Antriebszylinder wird für eine Punktschweißelektrode beispielsweise in der Automobilindustrie angewandt. Zum Schweißen von Karosserien wird, wenn das Fließband die zu schweißende Karosserie in die gewünschte Position gebracht habt, der Transportzylinder beaufschlagt, so daß der Kolben 7 in seine äußere Position geht. Sobald diese Position erreicht worden ist, wird die Steuerung der Luftzufuhr so geregelt, daß der Kolben 7 an der erreichten Position fixiert wird. Danach wird durch Beaufschlagung des Arbeitszylinders die Kolbenstange 15 und die daran befestigte Punktschweißelektrode in die gewünschte Position zu dem zu schweißenden Werkstück hin geführt.

Danach wird der Schweißstrom zugeführt und erfolgt der Schweißvorgang. Nach Ablauf des Schweißvorgangs wird mit dem Arbeitszylinder die Punktschweißelektrode von dem Werkstück weggeführt.

In Figur 4 ist eine zweite Ausführungsform dargestellt. Bei dieser Ausführungsform, deren Konstruktion des Zylinders mit der der vorhergehenden Ausführungsformen übereinstimmt, ist an dem Zylinder eine Steuervorrichtung 41 angebracht, die die Luftzufuhr und -abfuhr von und zu dem Transportzylinder und dem Punktschweißzylinder regelt, die in dem Zylindermantel 1 integriert sind. Ferner ist eine Positionserfassungsvorrichtung 42 angebracht.

Um die Steuerungsvorrichtung 41 zu befestigen, ist auf dem hinteren Flansch 2 eine Montageplatte 43 angebracht, auf der zwei steuerbare Ventile 44, 45 angebracht

sind, Mittels in der Montageplatte 43 angebrachter, in der Zeichnung nicht dargestellter, Kanäle sind beide Ventile 44, 45 mit Luftzufuhr- und -Abfuhröffnungen in dem hinteren Flansch 2 verbunden. Die Leitung 13 führt ebenfalls zu der Montageplatte 43.

Das erste Ventil 44 wird von zwei elektromagnetischen Spulen 46, 47 gesteuert und das zweite Ventil wird von Spulen 48, 49 gesteuert. Von jeder der Spulen aus erstreckt sich über eine Überwurfmutter 50 ein Draht 51.

Diese Drähte sind mit der elektrischen Steuerungsvorrichtung verbunden, mit der die Position der Ventile 44, 45 gesteuert werden kann.

Ferner ist für die Zufuhr von Luft eine Luftzufuhrleitung 52 angebracht, die mittels einer Überwurfmutter 53 mit der Montageplatte 43 verbunden ist. An der anderen Seite ist in entsprechender Weise ein Luftabfuhrschlauch angebracht. Ferner ist auf der Montageplatte eine Reihe von Schalldämpfern und -filtern 54 in den zentralen Entlüftungstoren angebracht worden.

Die Positlonserfassungsvorrichtung 42 umfaßt einen an der Kolbenstange 15 befestigten Hebel 55, der mittels eines Bolzens 56 auf die Kolbenstange 15 aufgeklemmt ist. An dem Hebel 55 ist eine Achse 57 befestigt, auf der ein Metallring 58 befestigt ist. Ferner sind auf einer der Schrauben 4 zwei Näherungsschalter 59, 60 angebracht, die ein Signal abgeben, wenn der Ring 59 in ihre Nähe gelangt. Diese Näherungsschalter sind in der Technik allgemein bekannt und sie funktionieren beispielsweise mit Magnetismus.

0 Die Näherungsschalter 59, 60 sind beispielsweise

mittels Drähten 61, 62 mit der Steuerungsvorrichtung für die elektrische Steuerung der Magnete 46-49 und den somit damit verbundenen Ventilen 44, 45 verbunden. Sie werden zur Erfassung der Position des TransportZylinders verwendet. So ist es beispielsweise möglich, daß, wenn der Ring 58 während einer nach auswärts erfolgenden Bewegung der Kolbenstange 15 in die Nähe des Näherungsschalters 60

kommt, die Luftzufuhr zu dem Transportzylinder abgeschlossen wird, so daß die Bewegung dieses TransportZylinders
eingestellt wird. Dazu werden an sich bekannte elektrische oder elektrotechnische Schaltungen verwendet.
In vielen Fällen wird, beispielsweise wenn der

Punktschweißzylinder in einem Roboterarm oder einem anderen automatisierten Werkzeug befestigt ist, der Zylinder in eine neue Position geführt werden, um eine neuen Punktschweißvorgang durchzuführen. Dazu wird es nicht erforderlieh sein, den Transportzylinder zu beaufschlagen. Somit
wird eine Einsparung von Zeit und Preßluft erhalten.

Claims (9)

PJWMWANS PRUCHE

1. Pneumatischer Antriebszylinder, der versehen ist

- mit einem Arbeitszylinder, der dafür ausgelegt ist, die Punktschweißelektrode innerhalb eines Wirkungsbereichs mit beschränkter Länge bewegen zu lassen,

- mit einem Transportzylinder, um den Arbeitszylinder von einer Ruheposition aus in eine Arbeitsposition zu bewegen, wobei der Transportzylinder den Arbeitszylinder umgibt und der Arbeitszylinder den Kolben des TransportZylinders bildet;

gekennzeichnet durch:

- eine Steuerungsvorrichtung für die unabhängig voneinander erfolgende Steuerung der Luftzufuhr und abfuhr von und zu dem Transportzylinder und dem Punktschweißzylinder.

2. Pneumatischer Antriebszylinder nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Positionserfasser für die Erfassung der Position des Kolbens des Transportzylinders.

3... Pneumatischer Antriebszylinder nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerungsvorrichtung für die Steuerung der Luftzufuhr zu dem pneumatischen Zylinder derart steuert, daß die von dem Transportzylinder ausgeübte Kraft immer größer als die von dem Arbeitszylinder ausgeübte Kraft ist.

4. Pneumatischer Antriebszylinder nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Positionserfasser von Näherungsschaltern gebildet werden, die entsprechend den beiden Extrempositionen des Hubs des Transportzylinders angebracht sind.

5. Pneumatischer Antriebszylinder nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Position der Positionserfasser einstellbar ist.

6. Pneumatischer Antriebszylinder nach Anspruch 1,

2, 3,4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Antriebszylinder mit einem doppelten Kolben versehen ist.

7. Pneumatischer Antriebszylinder nach Anspruch 1, 2, 3, 4, 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Hub des Transportzylinders größer als der Hub des Arbeitszylinders ist.

8. Pneumatischer Antriebszylinder nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Transportzylinder wenigstens mit einem Puffer versehen ist, um die Bewegung des Kolbens des Transportzylinders stoßlos abzubremsen.

9. Pneumatischer Antriebszylinder nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben des Transportzylinders auf beiden Seiten mit in Form von Gummiringen ausgeführten Puffern versehen ist.