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Die
Erfindung betrifft eine hydropneumatische Antriebseinheit nach dem
Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Gattungsgemäße Antriebseinheiten
werden beispielsweise, jedoch keineswegs ausschließlich, zum
Antrieb von Punktschweißzangen
verwendet. Derartige Punktschweißzangen werden vielfach im Automobilbau
eingesetzt, um die Rohkarosserien miteinander zu verschweißen. Aus
der
DE 200 02 061
U1 ist eine hydraulisch angetriebene Antriebseinheit zum
Antrieb einer Punktschweißzange
bekannt. Zur Steuerung dieser Antriebseinheit ist eine außerordentlich
komplexe Steuervorrichtung notwendig. Außerdem weisen hydraulische
Antriebseinrichtungen ganz grundsätzlich den Nachteil auf, dass der
zum Antrieb erforderliche hydraulische Druck über weite Strecken, beispielsweise
durch eine Werkshalle, von einer geeigneten Druckquelle zum Verbraucher
geleitet werden muss. Außerdem
wird eine zweite Leitung erforderlich, um das rückfließende Hydraulikmedium wieder
der Druckquelle zuzuführen.
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Zur
Vermeidung dieses Nachteils von hydraulisch angetriebenen Antriebseinrichtungen
werden vielfach hydropneumatische Antriebseinheiten verwendet, die
mit Druckluft angetrieben werden können. Die Druckluft dient dabei
zum Antrieb des Arbeitskolbens in einem Antriebszylinder, der seinerseits
seine Stellbewegung durch Verdrängung
eines Hydraulikmediums überträgt. Das
verdrängte
Hydraulikmedium wirkt wiederum auf den Arbeitskolben eines Antriebszylinders,
dessen Stellbewegung dann als Wirkbewegung zur Verfügung steht
und beispielsweise zum Antrieb einer Punktschweißzange eingesetzt werden kann.
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Das
Druckniveau, das zum Antrieb der bekannten hydropneumatischen Antriebseinheiten
verwendeten Druckluft reicht bei manchen Anwendungsfällen nicht
aus, um die gewünschte
Kraft in der Wirkzone, beispielsweise zwischen den Wirkflächen einer
Punktschweißzange,
aufzubringen. Aus diesem Grund muss der pneumatische Druck in einem bestimmten
Verhältnis übersetzt
werden.
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Der
Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine neue Konstruktion
vorzuschlagen, mit der die Arbeitsdrücke in einer hydropneumatischen Antriebseinheit
in einfacher Weise übersetzt
werden können.
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Diese
Aufgabe wird durch eine Antriebseinheit nach der Lehre des Anspruchs
1 gelöst.
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Vorteilhafte
Ausführungsformen
der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Die
erfindungsgemäße Antriebseinheit
beruht auf dem Grundgedanken, dass im Antriebszylinder und im Abtriebszylinder
der Antriebseinheit jeweils getrennte Kolbenkammern vorgesehen sind, die
durch einen Verbindungskanal druckdicht und fluidisch durchströmbar miteinander
verbunden sind. In der ersten Kolbenkammer wird der hydraulische Druck
vom Arbeitskolben des Antriebszylinders aufgebaut und durch den
Verbindungskanal in die zweite Kolbenkammer im Abtriebszylinder übertragen.
Dort wirkt der hydraulische Druck des Hydraulikmediums auf den Arbeitskolben
des Abtriebszylinders und sorgt damit für die gewünschte Stellbewegung beziehungsweise
die gewünschte
Kraft in der Wirkzone. Durch entsprechende Ausgestaltung der Geometrie der
hydraulischen Wirkflächen
des Arbeitskolbens im Antriebszylinder beziehungsweise der hydraulischen Wirkflächen des
Arbeitskolbens im Abtriebszylinder kann in einfacher Weise das gewünschte Übersetzungsverhältnis zur Übertragung
der Arbeitsdrücke von
der pneumatischen Antriebsseite bis hin zur mechanischen Abtriebsseite
eingestellt werden.
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Um
einen im Vergleich zum pneumatischen Antriebsdruck höheren Wirkdruck
auf der Abtriebsseite zur Verfügung
stellen zu können,
ist die hydraulische Wirkfläche
des Arbeitskolbens im Antriebszylinder größer zu wählen, als die hydraulische
Wirkfläche
des Arbeitskolbens im Abtriebszylinder. Die Druckerhöhung zwischen
Antriebszylinder und Abtriebszylinder verhält sich dabei proportional
zum Größenverhältnis zwischen
hydraulischer Wirkfläche
des Arbeitskolbens im Antriebszylinder zur hydraulischen Wirkfläche des
Arbeitskolbens im Abtriebszylinder.
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Beim
Einsatz erfindungsgemäßer Antriebseinheiten,
beispielsweise zum Antrieb von Punktschweißzangen sind hinsichtlich der
Verstellwege, Verstellgeschwindigkeiten und Wirkdrücke zwei
unterschiedliche Anforderungsprofile zu erfüllen. Soll die Schweißzange aus
der maximal geöffneten
Stellung soweit geschlossen werden, dass die Schweißelektroden
an die zu verschweißenden
Bleche angenähert
werden, um sie dort anzulegen, soll dieser relativ lange Stellweg
mit hoher Stellgeschwindigkeit durchfahren werden. Für diese
schnelle Stellbewegung ist jedoch nur ein sehr geringer Wirkdruck
erforderlich, da der Stellbewegung kein Widerstand entgegensteht.
Sollen die Bleche anschließend
zum Punktschweißen
miteinander verpresst werden, ist ein sehr hoher Wirkdruck erforderlich,
um ein sauberes Aufeinanderanliegen der Bleche zu gewährleisten.
Ansonsten besteht die Gefahr, des Durchbrennens der Bleche. Beim
Zusammenpressen der Bleche mit hohem Wirkdruck sind nur sehr kurze
Stellwege beziehungsweise gar keine Stellwege zu durchfahren, weshalb
auch die Geschwindigkeit der Stellbewegung letztendlich keine Rolle
spielt. Dieser aufgezeigte Zielkonflikt stellt bei der Auslegung
von hydropneumatischen Antriebseinheiten ein Problem dar, da hydropneumatische
Antriebseinheiten mit hohem Wirkdruck zumeist nur mit geringer Stellgeschwindigkeit
verstellt werden können,
wohingegen hydropneumatische Antriebseinheiten mit hohen Stellgeschwindigkeiten
nur einen relativ niedrigen Wirkdruck zur Verfügung stellen.
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Zur
Lösung
dieses Zielkonfliktes wird vorgeschlagen, dass die Antriebseinheit
einen zusätzlichen
Hochdruckantriebskolben aufweist. Dieser Hochdruckantriebskolben
kann seinerseits von einem Antriebsmedium, bevorzugt Druckluft,
angetrieben werden und überträgt seine
Stellbewegung auf eine Kolbenstange, die ihrerseits wiederum das
Hydraulikmedium verdrängt.
Die hydropneumatische Antriebseinheit kann durch Einsatz des Hochdruckantriebskolbens
dahingehend ausgelegt werden, dass schnelle Stellbewegungen zur Überwindung großer Stellwege
erreicht werden. Um den erforderlichen hohen Wirkdruck zu erzeugen,
dient der separate Hochdruckantriebskolben, der entsprechend auf dieses
Funktionsziel ausgelegt wird.
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Wird
der Hochdruckantriebskolben von Druckluft angetrieben, sollte die
hydraulische Wirkfläche
der Kolbenstange des Hochdruckantriebs erheblich kleiner als die
pneumatische Wirkfläche
des Hochdruckantriebskolbens sein, um auf diese Weise das gewünschte Druckübersetzungsverhältnis bei der
durch den Hochdruckantriebskolben realisierten Druckerhöhung zu
erreichen.
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In
welcher Bauart der Hochdruckantriebskolben konstruktiv umgesetzt
ist, ist grundsätzlich
beliebig. Nach einer bevorzugten Ausführungsform ist der Hochdruckantriebskolben
verstellbar, insbesondere linear verschiebbar, am Antriebskolben
des Antriebszylinders gelagert. Auf diese Weise kann eine separate
Lagerung für
den Hochdruckantriebskolben entfallen, wodurch sehr kompakte Bauformen
der erfindungsgemäßen Antriebseinheit
realisierbar sind.
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Die
Lagerung des Hochdruckantriebskolbens am Antriebskolben des Antriebszylinders
wird erheblich vereinfacht, wenn die Kolbenstange des Hochdruckantriebskolbens
den Antriebskolben des Antriebszylinders durchgreift.
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Weiterhin
erleichtert es die Lagerung des Hochdruckantriebskolbens am Antriebskolben
des Antriebszylinders, wenn der Antriebskolben des Antriebszylinders
in der Art eines Hohlzylinders ausgebildet ist. Die hydraulische
Wirkfläche
des Antriebskolbens des Antriebszylinders wird dabei vom Boden des
Hohlzylinders gebildet, der dann beispielsweise seinerseits von
der Kolbenstange des Hochdruckantriebskolbens durchgriffen wird.
In dem vom Hohlzylinder gebildeten Innenhohlraum kann dann der Hochdruckantriebszylinder
in einfacher Weise linear verschiebbar gelagert werden.
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Um
die pneumatischen Anschlüsse
des Antriebszylinders zu vereinfachen, ist es besonders vorteilhaft,
wenn die mit Druckluft beaufschlagte Wirkfläche des Antriebskolbens von
zwei Teilflächen
gebildet wird. Die erste Teilfläche
entspricht dabei der vom Boden abgewandten Stirnseite des Hohlzylinders. Die
zweite Teilfläche
wird von der Stirnseite des im Hohlzylinder gelagerten Hochdruckantriebskolbens gebildet.
Auf diese Weise genügt
es zum Antrieb des Antriebskolbens im Antriebszylinder und zum Antrieb des
Hochdruckantriebskolbens ein Arbeitsvolumen mit Druckluft zu beaufschlagen,
so dass lediglich ein Druckluftanschluss erforderlich ist.
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Um
Hochdruckantriebskolben und Antriebskolben des Antriebszylinders
unabhängig
voneinander betreiben zu können,
sollte der Hochdruckantriebskolben relativ zum Hohlzylinder fixiert
werden können.
Bei Fixierung des Hochdruckantriebskolbens wirkt die Druckluft damit
allein auf den Antriebskolben des Antriebszylinders. Wird dagegen
der Hochdruck antriebskolben gelöst,
so kann es sich relativ zum Antriebskolben des Antriebszylinders
verschieben, so dass im Hydraulikmedium der gewünschte Hochdruck durch den
Hochdruckantriebskolben erzeugt werden kann.
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In
welcher Weise der Hochdruckantriebskolben relativ zum Hohlzylinder
fixiert wird, ist grundsätzlich
beliebig. Beispielsweise können
dazu mechanische Sperreinrichtungen vorgesehen sein. Die Fixierung
wird erheblich dadurch erleichtert, wenn der zwischen Hohlzylinder
und Hochdruckantriebskolben gebildete Arbeitsraum derart mit Druckluft
beaufschlagt werden kann, so dass der Hochdruckantriebskolben gegen
einen Endanschlag im Hohlzylinder gepresst wird. Auf diese Weise
kann die Fixierung des Hochdruckantriebskolbens durch Beaufschlagung
des Arbeitsraumes mit Druckluft realisiert werden. Wird der Arbeitsraum
dann entlüftet,
so dass der Hochdruckantriebskolben nicht mehr gegen den Endanschlag
gepresst wird, so kann sich der Hochdruckantriebskolben relativ
zum Hohlzylinder bewegen.
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Ein
weiteres Problem hydropneumatischer Antriebseinheiten ist es, dass
diese ein relativ ungünstiges
Nachlaufverhalten haben. Dies bedeutet mit anderen Worten, dass
die Wirkbewegung bei Abschaltung des pneumatischen Antriebsdruckes
noch solange nachläuft,
bis der pneumatische Antriebsdruck vollständig abgebaut ist beziehungsweise
der pneumatische Antriebsdruck mit anderen Gegendrücken im
Gleichgewicht steht. Aus diesem Grund wird vorgeschlagen, im Verbindungskanal
zwischen erster Kolbenkammer und zweiter Kolbenkammer ein steuerbares
Absperrventil vorzusehen, mit der die beiden Kolbenkammern fluidisch
voneinander getrennt werden können.
Wird das Absperrventil betätigt
und die zweite Kolbenkammer dadurch von der ersten Kolbenkammer
getrennt, so kann das Hydraulikmedium nicht mehr in Richtung zweiter
Kolbenkammer strömen.
Da das Hydraulikmedium zudem im Wesentlichen unelastisch reagiert,
kann durch Schließen
des Absperrventils die Wirkbewegung des Arbeitskolbens im Abtriebszylinder
beinahe verzöge rungsfrei
zum Stillstand gebracht werden. Durch teilweises Schließen des
Absperrventils kann die Wirkbewegung auch geeignet abgebremst werden.
Im Ergebnis ist es somit durch Ansteuerung des Absperrventils im
Verbindungskanal in einfacher Weise möglich, die Wirkbewegung der
Antriebseinheit zielgerichtet zu beeinflussen und damit beispielsweise
eine genaue Positionierung eines Werkzeuges, beispielsweise einer
Punktschweißzange,
zu realisieren.
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Der
Antrieb des Absperrventils sollte dabei vorzugsweise pneumatisch
ausgebildet sein, damit zur Betätigung
des Absperrventils keine zusätzlichen Antriebsmedien
erforderlich sind.
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Weiterhin
ist es besonders vorteilhaft, wenn an der Antriebseinheit ein Stellwegsensor
und/oder ein Drucksensor vorgesehen ist. Mit dem Stellwegsensor
kann insbesondere die Wirkbewegung des Arbeitskolbens im Abtriebszylinder
gemessen werden. Bei Verwendung eines Drucksensors ist es besonders
vorteilhaft, wenn der Arbeitsdruck im Hydraulikmedium gemessen wird.
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Soweit
ein Absperrventil im Verbindungskanal und eine Sensorik zur Messung
des Stellweges oder des Druckes vorhanden ist, kann mit der erfindungsgemäßen Antriebseinheit
eine Steuerstrecke oder ein Regelkreis aufgebaut werden. Dazu werden die
Messwerte der Sensoren an eine Steuer- und/oder Regeleinrichtung
weitergeleitet, die in Abhängigkeit
der vorgegebenen Steuer- oder Regelstrategie das Absperrventil betätigt. Ist
beispielsweise ein vorgegebener Stellweg durchfahren, kann das Absperrventil
am Ende des Stellweges geschlossen werden, um auf diese Weise die
Wirkbewegung der Antriebseinheit zu unterbrechen.
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Um
das Austreten von Lecköl
zu verhindern, kann an der Antriebseinheit eine Leckageleitung vorgesehen
sein. Durch die Leckageleitung wird aus der zweiten Kolbenkammer
ausgetretenes Hydraulikmedium zurück in die erste Kolbenkammer
geleitet.
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Für welche
Antriebszwecke die erfindungsgemäße Antriebseinheit
eingesetzt wird, ist grundsätzlich
beliebig. Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Antriebseinheit
zum Antrieb von zum Punktschweißen
geeigneten Schweißzangen
ausgebildet ist.
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Weiterhin
können
erfindungsgemäße Antriebseinheiten
insbesondere zur Realisierung von Linearantrieben Verwendung finden.
Beispielsweise zur Realisierung der linearen Stellbewegung des beweglichen
Teils einer Schweißzange
kann die lineare Stellbewegung des Arbeitskolbens des Abtriebszylinders
auf dem beweglichen Teil einer Schweißzange übertragen werden.
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Da
erfindungsgemäße Antriebseinheiten sehr
hohe Stellgeschwindigkeiten beim Betätigen während des Schließens und Öffnens einer
Schweißzange,
ermöglicht
und zugleich sehr hohe Wirkdrücke
aufgebaut werden können,
sind diese Antriebseinheiten insbesondere zum Antrieb von Schweißzangen
geeignet, die an Handhabungsgeräten,
beispielsweise programmierbaren Industrierobotern, befestigt sind.
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Verschiedene
Ausführungsformen
der Erfindung sind in den Zeichnungen schematisch dargestellt und
werden nachfolgend beispielhaft erläutert.
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Es
zeigen
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1 drei
verschiedene Prozesszustände einer
hydropneumatische Antriebseinheit im schematischen Querschnitt;
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2 eine
zweite Ausführungsform
einer hydropneumatische Antriebseinheit im schematischen Querschnitt;
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3 den
Pneumatik- und Hydraulikplan der Antriebseinheit gemäß 2 in
schematischer Ansicht;
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4 die
Antriebseinheit gemäß 2 bei Anordnung
an einer Punktschweißzange
in schematischer seitlicher Ansicht.
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In 1 sind
drei Prozesszustände
einer hydropneumatischen Antriebseinheit 01, nämlich der Rückhub (oberste
Zeichnung), der Arbeitshub (mittlere Zeichnung) und der Krafthub
(unterste Zeichnung) schematisch dargestellt. Die Antriebseinheit 01 weist einen
Antriebszylinder 02 mit einem als Hohlzylinder ausgebildeten
Arbeitskolben 03 und einen Abtriebszylinder 04 mit
einem Arbeitskolben 05 auf. Eine von zwei Teilvolumen 06a und 06b gebildete
Kolbenkammer 06 im Antriebszylinder 02 und eine
zweite Kolbenkammer 07 im Abtriebszylinder 04 sind
jeweils vollständig
mit einem Hydraulikmedium 08, beispielsweise einem Hydrauliköl gefüllt. Durch
einen Verbindungskanal 09 werden die beiden Kolbenkammern 06 und 07 druckdicht
und fluidisch miteinander verbunden, so dass das Hydraulikmedium 08 zwischen den
beiden Kolbenkammern 06 und 07 hin und her strömen kann.
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Durch
pneumatischen Antrieb des Antriebskolbens 03 kann dieser
in Richtung des zweiten Teilvolumens 06b der ersten Kolbenkammer 06 verschoben
werden und verdrängt
dabei das Hydraulikmedium 08 aus dem ersten Teilvolumen 06a der
ersten Kolbenkammer 06. Das so aus der ersten Kolbenkammer 06 verdrängte Hydraulikmedium 08 strömt durch
die Verbindungsleitung 09 und drückt dabei den Arbeitskolben 05 nach
außen,
das heißt,
in der Darstellung gemäß 1 nach
links. Die dadurch realisierte mechanische Stellbewegung der Antriebseinheit 01 kann
an einem Stössel 10 abgenommen werden
und beispielsweise zum Antrieb einer Punktschweißzange (siehe 4)
Verwendung finden.
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In
dem als Hohlzylinder ausgebildeten Antriebskolben 03 ist
ein Hochdruckantriebskolben 11 linear verschiebbar gelagert.
Die Stellbewegung des Hochdruckantriebskolben 11 wird auf
eine Kolbenstange 12 übertragen,
die den Boden 13 des als Hohlzylinder ausgebildeten Arbeitskolbens 03 durchgreift
und die ebenfalls das Hydraulikmedium 08 aus der ersten
Kolbenkammer 06 verdrängen
kann.
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Soweit
der Hochdruckantriebskolben 11 nicht im Einsatz ist, wird
der vom Hochdruckantriebskolben 11 und dem als Hohlzylinder
ausgebilde ten Arbeitskolben 03 gebildete Arbeitsraum 14 mit
unter Hochdruck stehender Druckluft beaufschlagt, so dass der Hochdruckarbeitskolben 11 in
seiner hinteren Endstellung an einem Endanschlag 15 zur
Anlage kommt. In dieser Endstellung ist der Hochdruckarbeitskolben 11 durch
die Druckbeaufschlagung des Arbeitsraums 14 fixiert.
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In
der mittleren Zeichnung von 1 ist die Arbeitsweise
der Antriebseinheit 01 während eines Arbeithubes mit
hoher Stellgeschwindigkeit und relativ geringer Druckübersetzung
(Bewegungshub) dargestellt. Das pneumatische Arbeitsvolumen 16 wird mit
Druckluft beaufschlagt, wodurch der Arbeitskolben 03 nach
rechts verschoben wird. Da der Hochdruckarbeitskolben 11 durch
Druckbeaufschlagung des Arbeitsraums 14 im Arbeitskolben 03 fixiert
ist, steht als pneumatische Wirkfläche des Arbeitskolbens 03 dessen
eigene vom Boden 13 abgewandelte Stirnseite 17 und
die pneumatische Wirkfläche
des Hochdruckarbeitskolbens 11 zur Verfügung. Das Hydraulikmedium 08 wird
durch das Verschieben des Arbeitskolben 03 aus der ersten
Kolbenkammer 06 verdrängt,
wobei der Druck im Hydraulikmedium 08 dem pneumatische
Druck im pneumatischen Arbeitsraum 16 entspricht. Diese
Druckgleichheit beruht darauf, dass die pneumatische Wirkfläche des
Arbeitskolbens 03 der hydraulischen Wirkfläche diesem Betriebszustand
entspricht.
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Das
aus der ersten Kolbenkammer 06 verdrängte Hydraulikmedium 08 strömt in die
zweite Kolbenkammer 07 und drückt den Arbeitskolben 05 nach links.
Die Stellgeschwindigkeit und die Länge des Stellweges des Arbeitskolbens 05 ist
dabei größer als die
Stellgeschwindigkeit und die Länge
des Stellweges des Arbeitskolbens 03, da die hydraulische
Wirkfläche
des Arbeitskolbens 05 kleiner als die hydraulische Wirkfläche des
Arbeitskolbens 03 ist.
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Wie
in der untersten Zeichnung von 1 dargestellt,
schließt
sich an den Arbeitshub mit hoher Stellgeschwindigkeit des Arbeitskolbens 05 (Bewegungshub)
ein Krafthub an, in der sich der Arbeitskolben 05 keinen
oder nur einen sehr geringen Stellweg durchfährt, wobei jedoch der vom Arbeitskolben 05 aufgebrachte
Wirkdruck während
des Krafthubs signifikant ansteigt. Dies entspricht beispielsweise
der Situation, dass nach vollständiger
Annährung
der Wirkzonen einer Punktschweißzange
an die miteinander zu verschweißenden
Bleche ein hoher Arbeitsdruck zum Verpressen der Bleche aufgebracht
werden soll. Um diesen hohen Arbeitsdruck am Stössel 10 zu realisieren,
wird der Arbeitsraum 14 durch ein Belüftungsventil 23 entlüftet und
dadurch die Fixierung des Hochdruckarbeitskolbens 11 gelöst. Das Öffnen des
Belüftungsventil 23 erfolgt
automatisch dadurch, dass der pneumatischen Druck im Arbeitsraum 16 auf
das gleiche Druckniveau wie im Arbeitsraum 14 ansteigt.
Dieser pneumatische Druck im Arbeitsraum 16 wird erst dann
aufgebaut, wenn der Stössel 10 gegen
ein Hindernis fährt
und dadurch ein weiteres Ausfahren des Arbeitskolbens 05 im
Abtriebszylinder verhindert. Der Bewegungsablauf des Belüftungsventils 23 kann
durch eine Federkraft unterstützt
werden.
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Durch
den pneumatischen Druck im pneumatischen Arbeitsraum 16 und
den fehlenden pneumatischen Gegendruck im pneumatischen Arbeitsraum 14 wird
nun der Hochdruckarbeitskolben 11 nach rechts verschoben
und dadurch die Kolbenstange 12 relativ zum Boden 13 ausgefahren.
Sobald die Kolbenstange 12 einen Verbindungskanal 18 zwischen
dem ersten Teilvolumen der ersten Kolbenkammer 06a und
dem zweiten Teilvolumen der ersten Kolbenkammer 06b erreicht
hat, werden die beiden Teilvolumen 06a und 06b druckdicht
voneinander abgesperrt, so dass das Hydraulikmedium 08 nicht mehr
aus dem zweiten Teilvolumen 06b durch den Verbindungskanal 18 in
das erste Teilvolumen 06a zurückströmen kann. Wird nun die Kolbenstange 13 noch
weiter ausgefahren, so wird das Hydraulikmedium 08 aus
dem zweiten Teilvolumen 06b der ersten Kolbenkammer 06 durch
den Verbindungskanal 09 in die zweiten Kolbenkammer 07 verdrängt und
treibt den Arbeitskolben 05 an. Auf Grund der Durchmesserverhältnisse
zwischen dem Hochdruckantriebskolben 11, der Kolbenstange 12 und
dem Antriebskolben 05 ergibt sich dabei ein Druckübersetzungsverhältnis, durch
den der am Stössel 10 zur
Verfügung stehende
Wirkdruck im Vergleich zum pneumatischen Antriebsdruck im pneumatischen
Antriebsraum 16 stark erhöht wird. Das Verhältnis der
Stellwege während
des Arbeitshubes und während
des anschließenden
Krafthubes ist in 1 schematisch angezeichnet.
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Um
die Antriebseinheit 01 wieder in ihre Ausgangsstellung
zurückfahren
zu können,
wird ein in der obersten Zeichnung von 1 schematisch
angedeuteter Rückhub
durchgeführt.
Beim Rückhub wird
zunächst
der Arbeitsraum 14 wiederum mit Druckluft beaufschlagt
um den Hochdruckarbeitskolben in seine Endstellung zurückzufahren
und dort am Endanschlag 15 zu fixieren. Dadurch wird zugleich auch
die Sperrung des Belüftungsventils 23 erneut pneumatisch
aktiviert, so dass der Hochdruckantriebskolben 11 für den nächsten Arbeitshub
fixiert ist.
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Außerdem wird
ein pneumatischer Arbeitsraum 19 mit Druckluft beaufschlagt,
um auf diese Weise den Antriebskolben 05 in die Gegenrichtung zu
verfahren und auf diese Weise das Hydraulikmedium 08 aus
der zweiten Kolbenkammer 07 wieder in Richtung der ersten
Kolbenkammer 06 zu verdrängen. Diese Verdrängung des
Hydraulikmediums 08 in Richtung der ersten Kolbenkammer 06 bewirkt
zugleich eine Rückstellung
des Arbeitskolbens 03 in die Ausgangsstellung.
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Zwischen
dem Abtriebszylinder 04 und dem Antriebszylinder 02 ist
eine Leckageleitung 20 vorgesehen, durch die aus der zweiten
Kolbenkammer 07 ausgetretenes Hydraulikmedium 08,
das in einem Leckageraum 29 gesammelt wird, zurück in die
erste Kolbenkammer O6 strömen kann.
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In 2 ist
eine zweite Ausführungsform 21 einer
erfindungsgemäßen Antriebseinrichtung
dargestellt. Aufbau und Funktion der Antriebseinrichtung 21 entspricht
dabei im Wesentlichen der Antriebseinrichtung 01, wobei
jedoch zusätzlich
in der Verbindungsleitung 09 ein pneumatisch angesteuertes
Absperrventil 22 vorgesehen ist. Durch Schließen des Absperrventils 22 kann
der Fluss des Hydraulikmediums 08 durch die Verbindungsleitung 09 vollständig abgesperrt
werden, so dass dadurch jede hydraulisch übertragene Stellbewegung der
beiden Arbeitskolben 03 und 05 ausgeschlossen
wird. Wird beispielsweise am Abtriebszylinder 04 ein Wegmesssystem
installiert, mit dem die Stellbewegung des Stößels 10 gemessen werden
kann, so kann in Abhängigkeit
von der Positionierung des Stößels 10 durch
eine in 2 nicht dargestellte Steuer-
und Regeleinrichtung die Stellbewegung während des Arbeitshubes beziehungsweise
während
des Krafthubes jederzeit unterbrochen werden. Auch beim Zurückfahren
des Stößels 10 während des
Rückhubes kann
zur lagerichtigen Positionierung eines Werkzeuges, beispielsweise
einer Punktschweißzange,
die Stellbewegung jederzeit durch Schließen des Absperrventils 22 unterbrochen
werden.
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3 zeigt
den Pneumatik- und Hydraulikplan der Antriebseinheit 21 in
schematischer Ansicht. Das Absperrventil 22 im Verbindungskanal 09 wird pneumatisch
angesteuert, um die Positionierung des Stößels 10 in Abhängigkeit
der gemessenen Sensorwerte steuern bzw. regeln zu können.
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Das
Belüftungsventil 23 ermöglicht durch seine
spezielle Konstruktion die automatische Umschaltung von Bewegungshub
(mittleres Bild von 1) auf Krafthub (unterstes Bild
von 1). Ventil 23 hat zwei Druckkammern.
In der ersten Druckkammer liegt über
eine Steuerleitung der Druck aus Arbeitsraum 16 an. In
der zweiten Druckkammer liegt über
eine Steuerleitung der Druck aus Arbeitsraum 14 an. Die
Ventilbewegung ergibt sich aus dem Druckunterschied zwischen Arbeitsraum 14 und
Arbeitsraum 16, dem Größenunterschied
und einer evtl. Federbelastung.
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Sobald
der Stößel 10 bzw.
ein daran befestigtes Werkzeug auf ein Hindernis, beispielsweise
auf die Oberfläche
eines zu verschweißenden
Bleches, auffährt,
steigt der pneumatische Druck in den Arbeitsräumen 14 und 16 signifikant
an, da aufgrund des Hindernisses eine weitere Verdrängung des
Hydraulikmediums 09 im Wesentlichen nicht mehr möglich ist.
Sobald der Luftdruck im Arbeitsraum 14 einen bestimmten Grenzwert,
der durch den Bediener einstellbar ist, überschreitet, öffnet sich
das Belüftungsventil 23,
so dass sich der Luftdruck im Arbeitsraum 14 abbaut. Dadurch
steht dem Luftdruck im Arbeitsraum 16 kein Gegendruck mehr
entgegen, so dass der Hochdruckantriebszylinder 11 nach
rechts verschoben wird und dadurch den Krafthub einleitet. Beim
späteren
Zurückfahren
des Arbeitskolbens 05 während
des Rückhubs
(siehe obere Zeichnung von 1) durch
die Druckbeaufschlagung des Arbeitsraumes 19 wird zugleich
auch der Hochdruckantriebszylinder 11 in seine Ausgangsstellung
zurückgefahren
und die Sperrung des Belüftungsventils 23 wieder
pneumatisch aktiviert.
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4 zeigt
die Anordnung einer Antriebseinheit 21 an einer Punktschweißzange 24.
Das feststehende Joch 25 mit der ersten Schweißelektrode 26 ist
starr mit dem Gehäuse 27 der
Antriebseinheit 21 verbunden. Die zweite Schweißelektrode 28 der Punktschweißzange 24 wird
an dem freien Ende des Stößels 10 befestigt
und kann auf diese Weise durch Antrieb der Antriebseinheit 21 in
Richtung der ersten Schweißelektrode 26 verfahren
werden.