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Technisches Gebiet
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Luftservozylindervorrichtung,
die zum unter Druck Setzen eines Werkstücks verwendet wird, und ein
Steuerverfahren für
diese Vorrichtung. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung
eine Luftservozylindervorrichtung und ein Steuerverfahren hierfür, mit dem
Stöße beim
Kontakt zwischen einem unter Druck stehenden Element und einem Werkstück reduziert
werden können
und das eine erforderliche Druckkraft auf das Werkstück kurze
Zeit nach dem Kontakt aufbringen kann.
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Bspw.
in Schweißpistolen,
die zum Schweißen
von Werkstücken
verwendet werden, wird allgemein ein gemeinsamer Luftzylinder eingesetzt.
Die Schweißpistole
ist so ausgestaltet, dass sie den Schweißvorgang durchführt, während eine
entsprechende Druckkraft auf das Werkstück aufgebracht wird, nachdem
das Werkstück
durch einen Klemmmechanismus geklemmt worden ist. Wenn das Werkstück geklemmt
werden soll, kann aber die Schweißspitze mit dem Werkstück kollidieren
und dieses deformieren. Dies führt
zu schlechteren Schweißergebnissen.
Daher weist die Schweißpistole
einen Luftservozylinder auf. Zur Reduktion der Stöße beim Klemmen
des Werkstücks
und zur Verkürzung
der Schweißzeit
durch Verringerung der Druckbeaufschlagungszeit nach dem Klemmen
ist ein Luftdämpfungsmechanismus
an dem Zylinder angebracht. Außerdem
ist ein Wechselventil oder ein Schnellablassventil in einem Antriebskreis
des Zylinders vorgesehen, so dass der Luftzylinder in geeigneter
Weise arbeiten kann.
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Der
an dem Luftzylinder angebrachte Luftdämpfungsmechanismus kann eine
Dämpfungswirkung
aber nur an einer spezifizierten Position, bspw. an einem Hubende,
ausüben.
Wenn das Werkstück an
einer Mehrzahl von Positionen geklemmt wird, bspw. wenn die Dicke
des Werkstücks
variiert und Zielpositionen nicht eindeutig festgelegt werden können, kann
eine Stoßreduzierung
durch die Luftdämpfung
nicht erreicht werden. Außerdem
kann durch das Vorsehen einer Luftdämpfung, eines Schaltventils
und eines Schnellablassventils neben den Servoventilen das Problem
auftreten, dass die Vorrichtung vergrößert wird, ein hohes Gewicht,
hohe Kosten, kurze Lebensdauer, niedrige Zuverlässigkeit und dgl. aufweist.
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Die
vorliegenden Erfinder haben versucht, den Luftzylinder durch Fünfwegeservoventile
anzutreiben. Die Steuerung der Druckkraft durch die Fünfwegeservoventile
erfordert aber separate Drucksteuerventile. Dies vergrößert die
Vorrichtung weiter und erschwert die Kostenreduktion.
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Beschreibung der Erfindung
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung einer Luftservozylindervorrichtung
und eines Steuerverfahrens hierfür,
mit dem Stöße beim Kontakt
eines mit Druck beaufschlagten Elementes mit einem Werkstück reduziert
werden können.
Außerdem
soll die erforderliche Druckkraft auf das Werkstück schon kurze Zeit nach dem
Kontakt aufgebracht werden können.
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Diese
Aufgabe wird mit der Erfindung im Wesentlichen durch die Merkmale
des Anspruchs 1 gelöst.
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Vorteilhafte
Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Die
Druckschrift
DE 100
21 744 A1 betrifft eine Vorrichtung zur Einstellung des
Differenzdrucks in den Kammern eines Fluidzylinders mittels einer Proportionalventilanordnung.
Zur Einstellung des Differenzdrucks bzw. zur Ansteuerung des Proportionalventils
dient ein Regelkreis. Der Regelkreis funktioniert derart, dass zu
Beginn der Kolbenbewegung zunächst
ein Differenzdruck-Sollwert vorgegeben wird, der entsprechend in
den Zylinderkammern aufgebaut wird. Hierdurch bewegt sich der Kolben
in die gewünschte
Richtung zu derjenigen Stelle, an der eine dem Differenzdruck entsprechende
Kraft ausgeübt werden
soll. Infolge der Bewegung des Kolbens besitzt dieser den Geschwindigkeits-Istwert.
Aus dem Geschwindigkeitswert wird ein um einen geschwindigkeitsabhängigen Teil
reduzierter Differenzdruck-Sollwert gebildet. Dieser bewirkt, dass
der Kolben langsam mit konstanter Geschwindigkeit ausfährt und
vermeidet so einen zu heftigen Aufprall beim Erreichen der Arbeitsposition.
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In
der Druckschrift
DE
101 22 297 C1 wird eine Vorrichtung zur gedämpften Positionierung
eines in einem Zylinder verschiebbaren Kolbens in eine Anschlagposition
beschrieben. Hierbei ist es Ziel dieser Vorrichtung, ein sicheres
und rückfederungsfreies
Anfahren zu einer Anschlagposition mit einer einfachen Steuerung
und einfachen und kostengünstigen
Positionssensoren zu ermöglichen.
Das aus dieser Druckschrift bekannte Steuerverfahren weist keinen
Druckbeaufschlagungsprozess auf. Ferner wird bei der Vorwärtsbewegung
des Kolbens zu der Zielposition der Ventilöffnungsgrad der stangen- und kopfseitigen
Servoventile in drei Schritten jeweils konstant gehalten bzw. abhängig vom
Differenzdruck zwischen stangen- und kopfseitiger Druckkammer so gesteuert,
dass eine langsame Kriechbewegung des Kolbens erreicht wird.
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In
der Druckschrift
DE
102 48 797 A1 wird ein Hochgeschwindigkeitsantriebsverfahren
und eine entsprechende Vorrichtung für einen Druckzylinder offenbart,
welcher verwendet wird, wenn ein Werkstück an einem Hubende unter Druck
gesetzt wird. Das Antriebsverfahren beruht im Wesentlichen auf der
Anwendung eines Dämpfungsmechanismus
und weist hierfür
mit Dämpfungsring,
Aussparung, Dämpfungsdichtung
und Drosselventil spezielle konstruktive Voraussetzungen auf.
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Beschreibung der Erfindung
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung einer Luftservozylindervorrichtung
und eines Steuerverfahrens hierfür,
mit dem Stöße beim Kontakt
eines mit Druck beaufschlagten Elementes mit einem Werkstück reduziert
werden können.
Außerdem
soll die erforderliche Druckkraft auf das Werkstück schon kurze Zeit nach dem
Kontakt aufgebracht werden können.
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Diese
Aufgabe wird mit der Erfindung im Wesentlichen durch die Merkmale
des Anspruchs 1 gelöst.
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Vorteilhafte
Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung umfasst eine Luftservozylindervorrichtung einen Zylinder
mit einem Kolben zum Antreiben eines Druckbeaufschlagungselementes,
Servoventile, die individuell mit jeweiligen Druckkammern an der
Kopfseite bzw. der Stangenseite des Zylinders verbunden sind, Drucksensoren
zum Erfassen der Drücke
in den jeweiligen Druckkammern, einen Positionssensor zur Erfassung
von Betriebspositionen des Zylinders, und eine Steuerung, die Steuersignale
an die beiden Servoventile auf der Basis der erfassten Signale von
den Drucksensoren und dem Positionssensor ausgibt.
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Bei
der Steuerung der oben beschriebenen Steuerung werden ein Vorwärtsprozess
zum Vorwärtsbewegen
des Kolbens bis zu einer Zielposition, an der das Druckbeaufschlagungselement
ein Werkstück
berührt,
und ein Druckbeaufschlagungsprozess, in dem anschließend eine
erforderliche Druckkraft auf das Werkstück aufgebracht wird, durchgeführt. Bei
dem Vorwärtsprozess
beginnt der Kolben seine Antriebsbewegung in einem Zustand, in dem das
Servoventil an der Kopfseite zu der Luftaufnahmeseite geöffnet ist,
während
das Servoventil an der Stangenseite zu der Auslassseite geöffnet ist.
Anschließend
wird in einem Zustand, in dem das Servoventil an der Stangenseite
zu der Auslassseite geöffnet
bleibt, der Ventilöffnungsgrad
so eingestellt, dass die Ventilöffnung
eine Abweichung der momentanen Position von der Zielposition entspricht,
wodurch der Kolben langsam abgebremst wird, wenn er sich der Zielposition
nähert.
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Das
Steuerverfahren gemäß der vorliegenden
Erfindung umfasst außerdem
einen Zwischenstoppprozess zum Anhalten des Kolbens an einer Zwischenstoppposition.
In dem Zwischenstoppprozess wird der Druck in jeder der Druckkammern
an den beiden Seiten in dem Druckzylinder niedriger gehalten als
der Druck in der Druckkammer an der Kopfseite, wenn das Werkstück in einem
geklemmten Zustand ist. Die Drücke
in den Druckkammern an den beiden Seiten werden auf nahe beieinanderliegenden
Werten gehalten.
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Bei
dem oben beschriebenen Vorwärtsprozess
wird vorzugsweise der Öffnungsgrad
des Servoventils an der Kopfseite entsprechend der oben genannten
Abweichung gesteuert. Alternativ kann das Servoventil an der Kopfseite
entsprechend einer Abweichung eines von dem entsprechenden Drucksensor
gemessenen Druckes von einem eingestellten Druckwert gesteuert werden.
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Zu
dem Zeitpunkt, bei dem die Geschwindigkeit des Kolbens ausreichend
abgebremst ist, und der Kolben eine eingestellte Position erreicht
hat, die ausreichend nahe bei der Zielposition liegt, wird erfindungsgemäß in dem
Vorwärtsprozess
der Öffnungsgrad
des Servoventils an der Stangenseite auf einen kleinen und konstanten
Wert festgelegt. Hierdurch wird das Druckbeaufschlagungselement
mit einer konstanten und geringen Geschwindigkeit in Kontakt mit
dem Werkstück
gebracht.
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Bei
dem oben beschriebenen Druckbeaufschlagungsprozess können die
Drücke
in den beiden Druckkammern in den Zylindern auf der Basis von Signalen
der Drucksensoren verglichen werden. Zu dem Zeitpunkt, zu dem der
Druck in der Druckkammer an der Kopfseite größer wird als der Druck in der Druckkammer
an der Stangenseite, kann das Servoventil an der Stangenseite vollständig zur
Auslassseite geöffnet
werden, so dass die Druckluft in der Druckkammer an der Stangenseite
schnell abgeführt werden
kann.
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Außerdem wird
bevorzugt, nachdem der Kolben die Zielposition erreicht hat bis
die Druckluft in der Druckkammer an der Stangenseite abgeführt wird,
die Steuerung so durchgeführt,
dass durch Anheben des Druckes in der Druckkammer an der Stangenseite
der Unterschied zwischen den Drücken
in den Druckkammern an der Kopfseite und an der Stangenseite einen
gewünschten
Zylinderschub bewirkt. Dies ermöglicht
einer Verkürzung
der Zeit bis der Zylinderschub den gewünschten Wert erreicht.
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Somit
hat die vorliegende Erfindung den Vorteil, dass die Stöße beim
Kontakt zwischen einem Druckbeaufschlagungselement und dem Werkstück reduziert
werden und eine erforderliche Druckkraft in kurzer Zeit nach dem
Kontakt auf das Werkstück
aufgebracht werden kann.
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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.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 ist
eine schematische Ansicht, die ein Gestaltungsbeispiel einer Schweißpistole
zur Durchführung
eines Zylindersteuerverfahrens nach der vorliegenden Erfindung und
ein Steuersystem hierfür darstellt,
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2A–C
sind Zeitdiagramme zur Erläuterung
eines Beispiels des erfindungsgemäßen Steuerverfahrens,
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3A–C
sind Zeitdiagramme zur Erläuterung
eines anderen Beispiels des erfindungsgemäßen Steuerverfahrens,
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4A–C
sind Zeitdiagramme zur Erläuterung
eines noch weiteren Beispiels des erfindungsgemäßen Steuerverfahrens,
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5A–C
sind Zeitdiagramme zur Erläuterung
eines wiederum anderen Beispiels eines Steuerverfahrens gemäß der vorliegenden
Erfindung.
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Beste Ausführungsweise der Erfindung
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1 zeigt
ein Gestaltungsbeispiel einer Schweißpistole als Anwendung einer
Luftzylindervorrichtung gemäß der vorliegenden
Erfindung sowie ein Steuersystem hierfür.
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Die
Schweißpistole
G in 1 umfasst einen Zylinder 10 zur Druckbeaufschlagung,
ein kopfseitiges Servoventil 20 zur Steuerung von Druckluft
in der kopfseitigen Kammer 11 in dem Zylinder 10,
ein stangenseitiges Servoventil 30 zur Steuerung von Druckluft
in der stangenseitigen Druckkammer 12, eine Steuerung 40,
die Signale an die Servoventile ausgibt, und eine externe Steuerung 50,
die Befehle von außen
an die Steuerung 40 gibt. Die Steuerung 40 steuert
den Zylinder 10, und dementsprechend führt die Schweißpistole
G die gewünschten
Operationen aus.
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Der
Zylinder 10 umfasst ein Zylinderrohr 13, einen
gleitend in dieses eingesetzten Kolben 14 und eine mit
dem Kolben 14 verbundene Kolbenstange 15. Der
Zylinder 10 dient dem Klemmen eines Werkstücks mit
Hilfe der Kolbenstange 15. Das Zylinderrohr 13 ist
ein abgedichtetes zylindrisches Element und umfasst eine Druckkammer 11 an
der Kopfseite des Kolbens 14 und eine Druckkammer 12 an
dessen Stangenseite, wobei der Kolben 14 zwischen den Kammern
angeordnet ist. Die Kolbenstange 15 tritt abgedichtet durch
das Zylinderrohr 13 und erstreckt sich nach außen. An
dem Ende der Kolbenstange 15, das sich nach außen erstreckt,
ist ein Elektrodenelement eines Paares von Elektrodenelementen der Schweißpistole
als Druckbeaufschlagungselement 15a zur Druckbeaufschlagung
eines Werkstücks
angebracht, während
es in Kontakt mit diesem steht.
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Die
kopfseitige Druckkammer 11 dient dem Antreiben des Kolbens 14 durch
Druckluft, die von dem kopfseitigen Servoventil 20 durch
einen Durchflussdurchgang 22 zugeführt und abgeführt wird.
Die kopfseitige Druckkammer 11 umfasst einen kopfseitigen
Drucksensor 23 zur Erfassung des Druckes in dieser Kammer,
und einen Fühler 26 eines
Positionserfassungssensors 25 zur Erfassung der Antriebsposition
des Kolbens 14, wobei der Fühler 26 durch den Kolben 14 von
der Kopfabdeckungsseite eingesetzt ist. Die Signale des kopfseitigen
Drucksensors 23 und des Positionserfassungssensors 25 werden
an die Steuerung 40 ausgegeben.
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Andererseits
dient die stangenseitige Druckkammer 12 dem Antrieb des
Kolbens 14 durch Druckluft, die von dem stangenseitigen
Servoventil 30 durch einen Durchgang 32 zugeführt und
abgeführt
wird. Die stangenseitige Druckkammer 12 hat einen stangenseitigen
Drucksensor 33 zur Erfassung des Druckes in dieser Kammer.
Die Signale des stangenseitigen Drucksensors 33 werden
ebenfalls zu der Steuerung 40 ausgegeben.
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Das
kopfseitige Servoventil 20 und das stangenseitige Servoventil 30 ist
jeweils ein Dreiwegeventil mit einer Einlassöffnung für die Zufuhr von Druckluft
von einer Zufuhrquelle 41, einem Ausgangsanschluss für die Ausgabe
dieser Druckluft und einen Ausgangsanschluss zum Ablassen derselben. Das
Dreiwegeservoventil dient dazu, die oben beschriebenen Anschlüsse miteinander
entsprechend den Ausgangssignalen der Steuerung 40 in Verbindung
miteinander zu bringen und dadurch den gesteuerten Fluss der Druckluft
zu erlauben. Die Servoventile 20 und 30 haben
im Wesentlichen den gleichen Aufbau.
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Die
Steuerung 40 umfasst einen Mikroprozessor, in welchem erfasste
Werte der kopfseitigen und stangenseitigen Drucksensoren 23 und 33 sowie des
Positionserfassungssensors 25 eingegeben werden. Außerdem werden
Informationen, wie die Betriebspositionen und Zwischenstopppositionen
des Kolbens 14, in die Steuerung 40 eingegeben
und dort gespeichert. Solche Informationen können entweder als digitale
Werte oder als analoge Werte, wie Spannungen und Ströme, eingegeben
werden. Auf der Basis von Befehlssignalen, die von der externen
Steuerung 50 eingegeben werden und Befehle für das Ausführen des
Schweißens
geben, bspw. ”Zwischenstopp”, ”Klemmen” und ”Aufbringen
der Druckkraft”, werden
die oben genannten erfassten Werte mit eingestellten Werten verglichen.
Dann werden Antriebssignale an das kopfseitige Servoventil 20 und
das stangenseitige Servoventil 30 ausgegeben, so dass der
Zylinder 10 eine festgelegte Operation durchführt.
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In 1 bezeichnen
die Bezugszeichen 24 und 34 Drucksensoren, die
in dem Durchflussdurchgang 22 bzw. 32 vorgesehen
sind, welche sich von den Servoventilen 20 bzw. 30 zu
den Druckkammern 11 bzw. 12 erstrecken.
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Nachfolgend
wird die Funktionsweise der Steuerung 40 und das Steuerverfahren
der Schweißpistole
G durch die Steuerung 40 erläutert.
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Bei
der Steuerung der Schweißpistole
werden im Wesentlichen durch Steuerung des Kolbens 10 ein
Vorwärtsprozess
zum Bewegen des Elektrodenelementes 15a bis zu einer Klemmposition
(Zielposition), an welcher das Elektrodenelement 15a ein Werkstück berührt, ein
Druckbeaufschlagungsprozess zum anschließenden Aufbringen einer erforderlichen
Klemmkraft (Druckkraft) auf das Werkstück durch das Elektrodenelement 15a,
und ein Zwischenstoppprozess zum Zurückführen des Elektrodenelementes 15a nach
dem Schweißen
und Anhalten desselben an einer Zwischenposition durchgeführt. Hierbei
werden die Drücke
in den Druckkammern 11 und 12 in dem Zylinder 10 durch
die Drucksensoren 23 bzw. 33 erfasst. Die Position
des Kolbens 14 wird durch den Positionserfassungssensor 25 erfasst.
Die Servorventile 20 bzw. 30 werden so gesteuert,
dass sie die Drücke
in den Druckkammern 11 und 12 in geeigneter Weise
einstellen. Dadurch wird die Druckbeaufschlagungskraft (Klemmkraft)
der Schweißpistole korrekt
gesteuert, was zu einer Verbesserung der Schweißqualität führt. Hierbei ermöglicht es
die Erfassung sowohl des kopfseitigen Druckes Ph und des stangenseitigen
Druckes Pr, den Zylinderschub auf der Basis dieser Druckwerte Ph
und Pr zu erfassen und dadurch den Zylinder 10 zu steuern.
Dies wird später
im Detail beschrieben.
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Bei
der Steuerung des Zylinders wird eine Luftservodämpfung eingesetzt. Insbesondere
werden die Position und die Geschwindigkeit des Kolbens 14 in
dem Zylinder 10 durch den Positionserfassungssensor 25 erfasst,
wobei die Drücke
in den Druckkammern 11 und 12 durch die Drucksensoren 23 bzw. 33 erfasst
werden, und diese erfassten Werte in die Steuerung 40 eingegeben.
Die Steuerung 40 gibt Signale an die Servoventile 20 und 30 zum
Antreiben derselben, um die Position des Kolbens 14 und
die Drücke
in den Druckkammern 11 und 12 zu steuern und um
zu verhindern, dass die Schweißspitze
mit dem Werkstück
kollidiert und einen Stoß auf das
Werkstück
ausübt.
In diesem Fall wird kein spezieller Mechanismus zur Stoßreduzierung
benötigt, da
die Servoventile 20 und 30 eine Dämpfungsfunktion
ausüben.
Somit kann der Installationsraum und das Gewicht des Zylinders 10 sowie
der Ausrüstung zur
Dämpfung
reduziert werden.
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Mit
Bezug auf die Zeitdiagramme in den 2A bis 2C und den nachfolgenden Figuren wird nachfolgend
das Steuerverfahren für
die Schweißpistole
und deren Betätigung
im Detail beschrieben.
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2A zeigt Eingangssignale, die an die beiden
Servoventile 20 und 30 gegeben werden, wenn der
Zylinder 10 in dem oben beschriebenen Vorwärtsprozess von
einer beliebigen Zwischenstoppposition bis zu einer Klemmposition
bewegt wird. 2B zeigt einen Kolbenhub
zu dieser Zeit. 2C zeigt die Drücke in der
kopfseitigen und der stangenseitigen Druckkammer 11 bzw. 12 zu
dieser Zeit.
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Die
wesentlichen Operationen der Schweißpistole werden nun mit Bezug
auf die 2A bis 2C erläutert. Zunächst wird,
wie in 2A gezeigt, zu einer Zeit t1
ein Eingangssignal, das durch eine Kurve Vh dargestellt wird, an
das kopfseitige Servoventil 20 gegeben, und die Einlassseite
des Servoventils 20 wird vollständig oder nahezu vollständig geöffnet. Andererseits
wird ein Eingangssignal, das durch eine Kurve Vr dargestellt wird,
an das stangenseitige Servoventil 30 gegeben und die Auslassseite
des Servoventils 30 wird vollständig geöffnet.
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Als
Folge hiervon wird, wie in 2B gezeigt,
der Kolben 14, der an einer beliebigen Position (Xa) angeordnet
war, mit hoher Geschwindigkeit von dieser Position zu einer Werkstückklemmposition (Xo),
die die Zielposition Xt ist, angetrieben.
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Wie
in 2C gezeigt ist, wird der Druck
Ph in der kopfseitigen Druckkammer 11 höher als der Druck Pr in der
stangenseitigen Druckkammer 12. Dementsprechend bewegt
sich der Kolben 14 und komprimiert Luft in der stangenseitigen
Druckkammer 12, so dass die beiden Drücke Ph und Pr in komplizierter
Weise variieren.
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Nach
dem Start des Antriebs des Kolbens 14 in der oben beschriebenen
Weise, wird der Druck des kopfseitigen Servoventils 20 entlang
der in 2C dargestellten Kurven gesteuert.
In einem Zustand, in dem das stangenseitige Servoventil 30 zu
der Auslassseite geöffnet
ist, wird dessen Ventilöffnungsgrad kontinuierlich
entlang einer linearen oder sanften Kurve so gesteuert, dass es
einen Öffnungsgrad
entsprechend einem Eingangssignal (a·ΔX, wobei ”a” eine Konstante ist) proportional
zu einer Abweichung der momentanen Position X des Kolbens 14 von
einer Zielposition Xo, d. h. ΔX
= X – Xo,
wird. Dies ermöglicht
es, den Kolben 14 langsam abzubremsen, wenn er sich der
Zielposition nähert
und bringt das Elektrodenelement 15a in gedämpfter Weise
in Kontakt mit dem Werkstück.
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In
diesem Fall wird angestrebt, dass der Öffnungsgrad des kopfseitigen
Servoventils 20 sich entsprechend der beschriebenen Abweichung ΔX reduziert,
oder dass der Öffnungsgrad
entsprechend der Abweichung eines durch den kopfseitigen Drucksensor 23 gemessenen
Druckes in der kopfseitigen Druckkammer 11 von deren Druck
zu der Zeit, wenn das Werkstück
in einem geklemmten Zustand ist (d. h. einem eingestellten Druck),
so angepasst wird, dass der gemessene Druck und der eingestellte Druck
gleich werden.
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Bei
dem dargestellten Beispiel wird beim Start des Antriebs des Kolbens 14 der Öffnungsgrad des
stangenseitigen Servoventils 30 langsam variiert, während der
Beginn der Änderung
des Öffnungsgrades
des kopfseitigen Servoventils 20 kurz nach dem Beginn des
Antriebs des Kolbens 14 erfolgt.
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Bei
dem oben beschriebenen Vorwärtsprozess
wird bevorzugt, dass der Kolben ausreichend abgebremst wird, und
dass zu dem Zeitpunkt, an dem der Kolben eine eingestellte Position
(Xc) durch ausreichende Annäherung
an die Zielposition erreicht hat, der Servoventilöffnungsgrad
(ΔV) des stangenseitigen
Servoventils 30 auf einen sehr kleinen konstanten Wert
fixiert wird. Dies ermöglicht
es dem Elektrodenelement 15a, das Werkstück mit einer
konstanten und niedrigen Geschwindigkeit zu berühren.
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Nachdem
der Kolben 14 die Klemmposition erreicht hat und die Kolbenstange 15 in
der oben beschriebenen Weise das Werkstück berührt hat, wird anschließend der
oben beschriebene Druckbeaufschlagungsprozess durchgeführt, und
das Werkstück wird
in einem mit Druck beaufschlagten Zustand geschweißt. Während dieses
Druckbeaufschlagungsprozesses werden in der Steuerung 40 Signale,
die die Drücke
in den beiden Druckkammern 11 und 12 in dem Zylinder 10 anzeigen
und die von den Drucksensoren 23 und 33 ausgegeben
werden, überwacht. Wie
in 3C dargestellt ist, wird zu dem
Zeitpunkt, an dem der Druck Ph in der kopfseitigen Druckkammer 11 höher wird
als der Druck Pr in der stangenseitigen Druckkammer 12,
das stangenseitige Servoventil 30, welches auf einen definierten
Servoventilöffnungsgrad
(ΔV) fixiert
war, vollständig
zur Auslassseite geöffnet.
Dadurch wird Druckluft in der stangenseitigen Druckkammer 12 schnell
abgelassen. Dadurch kann im Vergleich mit dem Fall, bei dem das stangenseitige
Servoventil 30 mit einem gegebenen Öffnungsgrad ΔV vorgesehen
ist (hier ist der Druck in der stangenseitigen Druckkammer gleich
Pr', wie durch die
gestrichelte Linie in 3C angedeutet), die
Zeit bevor eine Klemmkraft auf der Basis eines spezifizierten Zylinderschubes
Pf erreicht wird, auf ein Minimum reduziert werden. Bei dem dargestellten Beispiel
kann die oben genannte Zeit um eine Zeit ts verkürzt werden.
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Außerdem erlaubt
es, wie in 4C gezeigt, das Anheben
des Druckes in der kopfseitigen Druckkammer 11 bis Druckluft
(Druck: Pr) in der stangenseitigen Druckkammer 12 abgelassen
wird, und das Durchführen
einer Steuerung so dass die Differenz (Ph – Pr) zwischen dem Druck Ph
in der kopfseitigen Druckkammer 11 und dem Druck Pr in
der stangenseitigen Druckkammer 12 eine Druckdifferenz
Pf zur Erreichung eines gewünschten
Zylinderschubes wird, die Zeit bis der gewünschte Zylinderschub erreicht
wird, um die Zeit ts zu reduzieren. Dies ermöglicht es, das geklemmte Werkstück schnell
unter Druck zu setzen.
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Nachdem
der oben beschriebene Druckbeaufschlagungsprozess und das Schweißen durchgeführt wurden,
wird der Zwischenstoppprozess durchgeführt, bei dem das Elektrodenelement 15a und dementsprechend
der Kolben 15 zurückgeführt und an
einer beliebigen Position angehalten wird. Wie in 5C dargestellt
ist, wird es an dieser Zwischenstoppposition angestrebt, dass der
Druck in den beiden Druckkammern 11 und 12 an
den beiden Seiten des Zylinders 10 niedriger gehalten wird
als der Zieldruck Pt in der kopfseitigen Druckkammer zu der Zeit,
wenn das Werkstück
in einem geklemmten Zustand ist. Insbesondere ist der Druck in jeder
der Druckkammern 11 und 12 vorzugsweise in der
Größenordnung
von 2/3 bis 1/3 des Zieldruckes Pt und noch mehr bevorzugt etwa
die Hälfte
des Zieldruckes Pt. Hierbei können
die Druckkammern 11 und 12 im Wesentlichen den
gleichen Druck aufweisen, doch wird angestrebt, dass der Druck Pr
in der stangenseitigen Druckkammer 12 etwas höher gehalten
wird als der Druck Ph in der kopfseitigen Druckkammer 11, vorzugsweise
um einen Druck, der der Differenz der Druckaufnahmeflächen aufgrund
der Gegenwart oder der Abwesenheit der Kolbenstange 15 entspricht.
Dadurch werden die auf den Kopf- und Stangenseiten wirkenden Kräfte im Gleichgewicht
gehalten.
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Wenn
es gewünscht
ist, den Klemmvorgang zu beginnen, ist es möglich, die Zeitverzögerung bevor
der Kolben 14 seine Bewegung beginnt, sowie die Menge der
verwendeten Druckluft zu reduzieren. Insbesondere hat eine Versuchsberechnung
ergeben, dass das Einstellen des Druckes in den beiden Druckkammern 11 und 12 auf
Pt/2 die Luftverbrauchsmenge auf etwa die Hälfte reduziert. Wenn der Zylinder 10 an
einer Zwischenstoppposition ist, kann außerdem die Luftleckage aus
den Servoventilen vermieden werden.
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Die
oben beschriebene Ausführungsform zeigt
eine Anwendung, bei welcher die vorliegende Erfindung bei einer
Schweißpistole
eingesetzt wird. Neben einer solchen Schweißpistole kann die vorliegende
Erfindung aber auch bei sonstigen Bearbeitungsvorgängen zur
Bearbeitung von Werkstücken
in einem geklemmten Zustand eingesetzt werden.
