DE3809461A1 - Doppelhubzylinder - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Doppelhubzylinder mit einem Zylindergehäuse, in dem ein erster Vorhubkolben verstellbar gelagert ist sowie einem relativ zu dem Vorhubkolben verstellbaren Arbeitshubkolben, an dem eine Kolbenstange gehaltert ist sowie Fluidzuführungen zum Verstellen der Kolben.

Doppelhubzylinder werden auf den verschiedensten Gebieten der Technik eingesetzt und dienen allgemein dazu, einen ersten Vorhub und sodann einen Arbeitshub auszuführen. Während mit dem Vorhub eine möglichst schnelle aber nur grobe Voreinstellung erreicht werden soll, soll mit dem Arbeitshub die eigentliche Feineinstellung erfolgen. Üblicherweise wird die Verstellung während der Feineinstellung mit einer etwas niedrigeren Verstellgeschwindigkeit ausgeführt als bei der Verstellung während des Vorhubs.

Bei einem vorbekannten Doppelhubzylinder, wie er beim automatischen Schweißen bei der Kraftfahrzeugherstellung verwandt wird, werden zwei Kolben vorgesehen, die in demselben Zylindergehäuse verstellbar sind. Während die Kolben in einer Richtung durch getrennte Zuleitung unabhängig voneinander verstellbar sind, ist für die Bewegung der Kolben in der entgegengesetzten Richtung nur eine Fluidabführung- bzw. Fluidzuführung vorgesehen, über die die beiden Kolben gemeinsam in ihre Anfangsstellung zurückführbar sind. Ein derartiger Doppelhubzylinder hat den Nachteil, daß während der Verstellung des Vorhubkolbens in Arbeitsrichtung die gemeinsame Fluidabführleitung nicht über ein Wechselventil auf Fluidableitung geschaltet werden kann, da dies dazu führen würde, daß bei Erreichen der Endstellung des Vorhubkolbens der von dem Vorhubkolben mitgeführte Arbeitshubkolben aufgrund seiner Trägheit eine ungebremste und unkontrollierte Weiterbewegung ausführen würde. Dies würde zu einem unkontrollierten Aufprall des an der Kolbenstange gehalterten Bearbeitungsteils auf das Werkstück oder auch ein unkontrolliertes Schwingen des Arbeitshubkolbens und der damit verbundenen Kolbenstange mit sich bringen. Aus diesem Grunde kann eine Verstelllung des Vorhubkolbens in der Arbeitsrichtung nur erfolgen, wenn an der gemeinsamen Fluidabführleitung gleichfalls ein Druck anliegt. Das führt aber dazu, daß der Vorhubkolben zur Verstellung in der Arbeitsrichtung diesem an der gemeinsamen Fluidabführleitung anliegenden Druck entgegen arbeiten muß, d.h. diesen Druck überdrücken muß. Das bedingt eine zusätzliche unnötige Arbeitsleistung bei der Verstellung des Vorhubkolbens einerseits und eine verlangsamte Verstellbewegung des Vorhubkolbens in der Arbeitsrichtung. Erst wenn bei einer Verstellung des Vorhubkolbens in der Arbeitsverstellrichtung dieser seine gewünschte Endstellung erreicht hat, kann bei der Verstellung des Arbeitshubkolbens die gemeinsame Fluidabführleitung auf Fluidabführung umgestellt werden, wodurch der Arbeitshubkolben mit üblicher Geschwindigkeit bis in seine Arbeitsstellung verfahren werden kann.

Der vorliegenden Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, einen Doppelhubzylinder der eingangs erwähnten Art anzugeben, mit dem eine Verstellung des Vorhubkolbens in der Arbeitsrichtung mit erhöhter Geschwindigkeit ohne die bisher dabei auftretenden Nachteile erfolgen kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Vorhubkolben als ein Hohlzylinder ausgebildet ist, in dem der Arbeitshubkolben verschiebbar gelagert ist, und daß für den Vorhubkolben und den Arbeitshubkolben jeweils getrennte Fluidzu- und -ableitungen vorgesehen sind, wodurch die Kolben voneinander unabhängig umsteuerbar sind.

Dies bringt den wesentlichen Vorteil mit sich, daß der Vorhubkolben über ein eigenes Umsteuerventil betätigt werden kann, wodurch eine erhöhte Verstellgeschwindigkeit des Vorhubkolbens erreicht wird. Während einer solchen Verstellung kann unabhängig davon der Arbeitshubkolben genau in seiner relativen Stellung in bezug auf den Vorhubkolben gehalten werden, ohne daß es am Ende der Verstellbewegung des Vorhubkolbens zu einer unkontrollierten Verstellung des Arbeitshubkolbens gegenüber dem Vorhubkolben kommt. Dadurch kann die Arbeitsleistung des Doppelhubzylinders erheblich gesteigert werden und es können die Betriebskosten aufgrunde der verringerten Energieaufwendungen verringert werden.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung münden die Fluidzu- und -ableitungen für den Vorhubkolben in jeweils den Stirnflächen des Vorhubkolbens gegenüberliegenden Flächen des Zylindergehäuses.

Ein zweckmäßige Fluidzuführung für den Arbeitshubkolben wird durch ein in einer der Stirnwände des Zylindergehäuse gehaltertes und durch eine erste der Stirnwände des Vorhubkolbens und durch den Arbeitshubkolben in die Kolbenstange vorstehendes Rohr sowie einen in der Kolbenstange und dem Arbeitshubkolben ausgebildeten Durchgang geschaffen, der gegen die Stirnwand des Vorhubkolbens hin geöffnet ist.

Gemäß einer weiteren zweckmäßigen Ausgestaltung kann die Fluidableitung für den Arbeitshubkolben derart ausgestaltet sein, daß sie über eine Durchgangsleitung in der Kolbenstange mit einer Aussparung in der der zweiten Stirnwand des Vorhubkolbens zugeordneten Fläche des Arbeitshubkolbens verbunden ist.

Weiterhin wird es durch die besondere Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Doppelhubzylinders ermöglicht, daß nunmehr in den Zu- und Ableitungen des Vorhubkolbens und/oder des Arbeitshubkolbens Wechselventile zur Umsteuerung der Kolben vorgesehen werden können, so daß diese Kolben unabhängig voneinander umsteuerbar sind.

Im folgenden soll die Erfindung näher anhand eines in der Zeichnung dargestellten vorzugsweisen Ausführungsbeispiels erläutert werden. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine Ausführungsform eines gemäß der Erfindung ausgebildeten Doppelhubzylinders, und

Fig. 2 eine Schemadarstellung für die Steuerung des in Fig. 1 gezeigten Doppelhubzylinders.

In Fig. 1 ist der Doppelhubzylinder allgemein mit 10 bezeichnet. Der Doppelhubzylinder umfaßt einen zusammenhängenden Korpus, der im wesentlichen einen Zylindermantel 11 sowie an den Stirnseiten hiermit verbundene Kopfteile 12 und 13 aufweist. Der Zylindermantel 11 und die Kopfteile 12 und 13 bilden das Zylindergehäuse, das einen Innenraum 14 umschließt, der durch einander gegenüberliegende Stirnwandflächen 15 und 16 sowie die Innenseite des Zylindermantels 11 begrenzt wird. In dem Innenraum 14 ist ein Vorhubkolben 17 entlang der Längsachse des Zylindermantels verschiebbar angeordnet. Der Vorhubkolben 17 ist in der Fig. 1 in seiner rechten Anfangsstellung bzw. zurückgezogenen Stellung dargestellt, in der seine rechte druckbeaufschlagbare Arbeitsfläche 18 gegen die Stirnwandfläche 16 des Innenraums 14 anliegt. Der Vorhubkolben 17 ist entlang der Innenwand des Zylindermantels 11 gleitend verschiebbar und auf seinem äußeren Umfang 19 durch Dichtungsringe 20, 21 und 22 gegen die Innenseite des Zylindermantels 11 abgedichtet. In dem Kopfteil 13 ist eine erste Zuführleitung für ein Druckfluid 23 vorgesehen, die in einer Aussparung 24 in der Stirnwandfläche 16 mündet. In dem Kopfteil 12 ist eine erste Fluidabführleitung 25 ausgebildet, die in die Stirnwandfläche 15 an einer Stelle 26 mündet, die durch die linke mit Druck beaufschlagbare Fläche 27 des Vorhubkolbens 17 abgedeckt wird, wenn dieser sich in seiner linken Endstellung befindet, in der die letztgenannte Fläche gegen die Stirnwandfläche 15 anliegt.

Der Vorhubkolben 17 ist selbst als Hohlzylinder ausgebildet, der einen Innenraum 28 umschließt. In diesem Innenraum 18 ist ein Arbeitshubkolben 30 ebenfalls in Längsrichtung des Zylindermantels 11 verschiebbar. Der Arbeitshubkolben 30 ist an seinem äußerem Umfang mit Hilfe eines Dichtungsringes 31 gegen die Innenwand 32 des Vorhubkolbens 17 abgedichtet. An der linken Stirnseite des Arbeitshubkolbens 30 in Fig. 1 ist eine Kolbenstange 33 befestigt. Die Kolbenstange erstreckt sich durch die linke Stirnwand 34 des Vorhubkolbens 17 sowie des Kopfteils 12. Die Kolbenstange ist in den zuletzt genannten Teilen gleitend verschiebbar und gegen diese Teile durch Dichtungsringe 35 und 36 abgedichtet. An dem freien, aus dem Kopfteil 12 vorstehenden Ende der Kolbenstange 33 sind radial verlaufende Durchlässe 37 vorgesehen, die mit einer nicht näher dargestellten zweiten Fluidabführleitung 39 verbindbar sind. Die radialen Durchlässe münden in einer zentralen Sackbohrung 38 in der Kolbenstange 33, und diese zentrale Sackbohrung steht über weitere Verbindungsleitungen 40 mit wenigstens einer axial verlaufenden Bohrung 41 in Verbindung. Diese Längsbohrungen sind an ihrem rechten Ende durch den Arbeitshubkolben 30 verschlossen, jedoch sind an den Enden seitliche Öffnungen 42 vorgesehen, die in eine ringförmige Aussparung 43 münden, die in der linken Stirnfläche 44, die mit Druck beaufschlagbar ist, münden.

Die Kolbenstange 33 hat vorzugsweise im Querschnitt eine nicht runde, d.h. Profilform, um eine Drehung der Kolbenstange um ihre Achse zu verhindern. Selbstverständlich sind die Teile, in denen die Kolbenstange gleitend verschiebbar ist, entsprechend diesem Querschnitt ausgebildet bzw. an diese Umfangsform angepaßt.

An dem rechten Kopfteil 13 ist ein sich axial und zentral in den Innenraum 14 hinein erstreckendes Rohr 45 befestigt. Das Rohr ist an seinem rechten Ende mit einer zweiten Fluidzuführleitung 26 verbunden. Das Rohr ragt durch die rechte Stirnwand 47 des Vorhubkolbens 17 hindurch und dieser ist auf dem Rohr 45 gleitend verschiebbar und gleichzeitig durch einen Dichtungsring 48 abgedichtet. Das Rohr 45 erstreckt sich weiter durch den Arbeitshubkolben 30 und in eine Sackbohrung 49 mit größerem Innendurchmesser als der Außendurchmesser des Rohres 45 in der Kolbenstange 33. Zwischen der Außenseite des Rohrs 45 und der Innenwandung der Sackbohrung 49 wird somit ein Ringraum 50 gebildet, der sich auch durch den Arbeitshubkolben 30 hindurch fortsetzt und in einer ringförmigen Aussparung 51 in der rechten Stirnseite 52 des Arbeitshubkolbens 30 mündet. An Stelle dieser ringförmigen Aussparung 51 kann auch eine dieser gegenüberliegende ringförmige Aussparung 53 in der linken Innenstirnwand des Vorhubkolbens 17 ausgebildet sein, oder es können auch beide Aussparungen vorgesehen sein.

Der gesamte Doppelhubzylinder 10 kann relativ in bezug auf eine Tragestange 55 ausgebildet sein, an derem linkem Kopfende ein Verstellkolben 56 ausgebildet ist. Der Verstellkolben 56 ist in axialer Richtung des Doppelhubzylinders 10 in einem Zylinderraum 57 verschiebbar. Ferner sind dritte Druckfluidzu- bzw. abführleitungen 58 und 59 vorgesehen, die in einander gegenüberliegende Stirnwandflächen des Zylinderraums 57 münden.

An dem Kopfteil 12 des Doppelhubzylinders 10 ist gleichzeitig eine in Längsrichtung verlaufende Führung 60 ausgebildet, die auf einer nicht dargestellten Führungs- bzw. Haltestange gleitend verschiebbar angeordnet sein kann, um den gesamten Doppelhubzylinder 10 bei einer Verstellung in seiner Längsachse zu führen.

An Stelle dieser Führung kann jedoch auch eine Klemmhalterung vorgesehen sein, an der etwa eine Gegenelektrode (die nicht dargestellt ist) gehaltert werden kann, wenn an dem linken Ende 61 der Kolbenstange 33 eine erste, jedoch nicht dargestellte Elektrode gehaltert ist. In diesem Falle kann etwa der Doppelhubzylinder dazu verwandt werden, selbsttätig Punktschweißungen auszuführen.

Die Betriebsweise des Doppelhubzylinders 10 ist wie folgt: Die Fig. 1 zeigt den Doppelhubzylinder in seiner Ausgangsstellung oder zurückgezogenen Stellung. Wird über die erste Zuführleitung mit Hilfe eines Druckfluids ein Druck auf die Stirnwandfläche 16 des Vorhubkolbens 17 ausgeübt, so bewegt sich der Vorhubkolben 17 in Fig. 1 nach links, wobei das in dem Innenraum 14 auf der linken Seite des Vorhubkolbens befindliche Druckfluid über die erste Fluidabführleitung 25 abfließen kann. Bei dieser Bewegung wird der Arbeitshubkolben 30 mit der daran befestigten Kolbenstange 33 mitgenommen, da der Arbeitshubkolben gegen die rechte Innenseite des Vorhubkolbens 17 anliegt. Aufgrund der Tatsache, daß an der ersten Fluidabführleitung 25 kein Gegendruck anliegt, kann diese Verstellbewegung des Vorhubkolbens 17 verhältnismäßig schnell erfolgen. Die Verstellbewegung des Vorhubkolbens 17 wird beendet, wenn entweder die linke Stirnwand 34 gegen die Stirnwandfläche 15 zur Anlage kommt oder wenn der Druck an der ersten Fluidzuführleitung 23 unterbrochen wird. Die Verstellung des Arbeitshubkolbens erfolgt zweckmäßigerweise erst nach Beendigung der Verstellbewegung des Vorhubkolbens, jedoch könnte diese Bewegung bei einer entsprechenden Vorprogrammierung auch gleichzeitig erfolgen. Die Verstellung des Arbeitshubkolbens aus der in Fig. 1 gezeigten Stellung in bezug auf den Vorhubkolben erfolgt dadurch, daß ein Druck an die zweite Fluidzuführleitung 26 gegeben wird. Der Druck setzt sich über das Innere des Rohres 45, sodann über den Ringraum 50 zwischen der Außenseite des Rohres und der Innenseite der Bohrungen 49 bis in die ringförmige Aussparung 51 bzw. 53 hinein fort. Dadurch wird auf die rechte Seite des Arbeitshubkolbens ein Druck derart ausgeübt, daß sich der Arbeitshubkolben relativ zu dem Vorhubkolben nach links gegenüber diesem bewegt. Das in dem Innenraum 28 vorhandene Druckfluid kann über die ringförmige Aussparung 43, die seitlichen Öffnungen 42, die Längsbohrungen 41, die Verbindungsleitung 40, die zentrale Sackbohrung 38 und die radialen Durchlässe zu der zweiten Druckfluidabführleitung entweichen. Die Verstellbewegung des Arbeitshubkolbens 30 wird beendet, wenn dieser mit seiner linken Stirnseite gegen die Innenseite der linken Stirnwand 34 des Vorhubkolbens zur Anlage kommt, oder wenn der Druck an der zweiten Druckfluidzuführleitung abgeschaltet wird. Die Rückführung des Vorhubkolbens bzw. Arbeitshubkolbens in ihre in Fig. 1 gezeigte Ausgangsstellung kann durch Umsteuerung der Fluidzuführ- und Fluidabführleitungen erfolgen, wobei hier beide Kolben mit Druck beaufschlagt werden können.

Unabhängig von der Betätigung des Doppelhubzylinders 10 kann der gesamte Doppelhubzylinder noch in Richtung seiner Längsachse gegen die feststehende Tragestange 5 dadurch verstellt werden, daß etwa ein Druck auf die dritte Fluidzuführleitung 58 gegeben wird, während das in dem Innenraum 57 vorhandene Fluid über die dritte Fluidabführleitung 59 abgeführt werden kann. In diesem Falle erfolgt eine Bewegung des gesamten Doppelhubzylinders nach rechts relativ zu der feststehenden Tragestange 55. Eine solche Bewegung kann etwa dazu dienen, eine in der Halterung 60 gehalterte, jedoch nicht dargestellte Gegenelektrode von rückwärts an das zu schweißende Werkstück heranzuführen. Bei einer Umsteuerung des Drucks an der dritten Fluidzuführ- bzw. Fluidabführleitung 58 bzw. 59 erfolgt die umgekehrte Bewegung.

In Fig. 2 ist ein schematischer Steuerschaltplan für die Steuerung des Doppelhubzylinders gezeigt, wobei gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet sind. Ferner sind ein erstes Wechselventil 63 für die Verstellung des Arbeitshubkolbens und ein zweites Wechselventil 64 für die Umsteuerung des Vorhubkolbens gezeigt. In der in Fig. 2 gezeigten schematischen Darstellung befindet sich der Doppelhubzylinder in der in Fig. 1 gezeigten Ausgangsstellung. In diese Stellung wurde das Doppelhubventil durch die in Fig. 2 gezeigte Stellung der Wechselventile 63 und 64 zurückgeführt und wird in dieser Stellung gehalten. Wie aus Fig. 2 zu ersehen ist, liegt ein Druck P an der Leitung 65 an. Dieser Druck wird aufgrund der Stellung der beiden Ventile einerseits auf die erste Fluidabführleitung 25 und zum anderen auf die zweite Fluidabführleitung 39 gegeben. Entsprechend liegt an der ersten Fluidzuführleitung 23 und an der zweiten Fluidzuführleitung 26 kein Druck. Ebenso liegt über die dritte Druckfluidabführleitung 59 ein Druck an dem Zylinderraum 57, wodurch der gesamte Körper des Doppelhubventils gegen die Tragestange 55 in Fig. 1 nach links verschoben ist, d.h. daß ein an der Halterung 60 gehalterte Gegenelektrode von dem zu bearbeitenden Werkstück weggerückt ist.

Werden die Wechselventile 63, 64 umgeschaltet, so liegt ein Druck an den Leitungen 23 und 26 an, während der Druck auf den Leitungen 25 und 39 abgeschaltet wird.

Aufgrund dieser Schaltung können sowohl der Vorhubkolben wie auch der Arbeitshubkolben ausgefahren werden.

Entsprechend kann der Verstellkolben 56 aus der in der Zeichnung dargestellten Stellung verschoben werden, da über die Druckreduziervorrichtung 66 an der Leitung 58 ein Druck anliegt, während der Druck an der Leitung 58 abgeschaltet ist.

Claims (5)

1. Doppelhubzylinder mit einem Zylindergehäuse, in dem ein erster Vorhubkolben verstellbar gelagert ist, sowie einem relativ zu dem Vorhubkolben verstellbaren Arbeitshubkolben, an dem eine Kolbenstange gehaltert ist, sowie Fluidzuführungen zum Verstellen der Kolben, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorhubkolben (17) als ein Hohlzylinder ausgebildet ist, in dem der Arbeitshubkolben (30) verschiebbar gelagert ist, und daß für den Vorhubkolben und den Arbeitshubkolben jeweils getrennte Fluidzu- und Abführleitungen (23, 25; 26, 39) vorgesehen sind, wodurch die Kolben von einander unabhängig umsteuerbar sind.

2. Doppelhubzylinder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Fluidzu- und Abführleitungen (23, 25) für den Vorhubkolben (17) in jeweils den Stirnflächen (18, 27) des Vorhubkolbens gegenüberliegenden Flächen (15, 16) des Zylindergehäuses münden.

3. Doppelhubzylinder nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Fluidzuführung für den Arbeitshubkolben (30) durch ein in einer der Stirnwände (13) des Zylindergehäuses gehaltertes und durch eine erste der Stirnwände (47) des Vorhubkolbens (17) und durch den Arbeitshubkolben (30) in die Kolbenstange (33) vorstehendes Rohr (45) sowie einen in der Kolbenstange (33) und dem Arbeitshubkolben (30) ausgebildeten Durchgang (50) gebildet wird, der gegen die Stirnwand (47) des Vorhubkolbens (17) geöffnet ist.

4. Doppelhubzylinder nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Fluidabführleitung (39) über eine Durchgangsleitung (37, 38, 41) in der Kolbenstange (33) mit einer Aussparung (43) in der der zweiten Stirnwand (34) des Vorhubkolbens (17) zugewandten Fläche (44) des Arbeitshubkolbens (30) verbunden ist.

5. Doppelhubzylinder nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in den Fluidzu- und Abführleitungen (23, 25; 39, 59) des Vorhubkolbens (17) und/oder des Arbeitshubkolbens (30).