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Technisches
Gebiet
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Mehrstufenhubzylindervorrichtung,
mit welcher der Hub eines Zylinders in einer Mehrzahl von Stufen einstellbar
ist, wie es in Punktschweißpistolenzylindern
oder dgl. erforderlich ist.
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Stand der
Technik
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In
Punktschweißvorrichtungen
muss eine bewegliche Elektrode wenigstens zwei Stufen von Stopppositionen
relativ zu einer festen Elektrode aufweisen. Mit anderen Worten
ist es in einem Pistolenzylinder notwendig, eine vollständig geöffnete Position,
an welchen die Elektroden eine Paares geöffnet sind, wenn ein zu schweißendes Objekt
zwischen den Elektroden aufgenommen ist, eine Schweißvorbereitungsposition,
in welcher die Elektroden des Paares dem zwischen den Elektroden
angeordneten, zu schweißenden
Objekt mit relativ kurzen Arbeitshüben zugewandt sind, um die
Hublänge
bei der Durchführung
einer Vielzahl von Punktschweißvorgängen zu
minimieren, und eine Schweißbetriebsposition,
in welcher beide Elektroden gegen das Objekt gepresst werden, annehmen.
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Beim
Schweißen
ist es unter den gegenwärtigen
Umständen
außerdem
erforderlich, den Freiheitsgrad eines Schweißhubes an eine Vielzahl von zu
schweißenden
Elementen anzupassen. Daher wächst
das Bedürfnis
nach elektrischen (Servo) Schweißpistolen, mit welchen dies
erzielbar ist. Die bisher verwendeten elektrischen (Servo) Schweißpistolen,
haben jedoch Nachteile, da sie relativ teuer sind, Probleme mit
Ablagerungen bereiten und nur schwer handhabbar sind.
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Die
oben beschriebenen Probleme stellen sich nicht nur bei Punktschweißpistolenzylindern, sondern
auch in Vorrichtungen, wie Presseinheiten verschiedener Klemmvorrichtungen,
bei welchen ein an einem vorderen Ende einer Hauptstange angebrachter
Kopf wiederholt gegen ein Werkstück
gedrückt
wird.
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Die
EP 0 120 059 B1 offenbart
einen zweistufigen Schweißpistolenzylinder
mit einem ersten und einem zweiten Kolben, welcher eine Kolbenstange
hält. Durch
den ersten Kolben und eine Bohrung der Kolbenstange dringt ein Druckfluidrohr.
Das Druckfluidrohr begrenzt die Bewegung des ersten Kolbens über einen
Stopper. Weiterhin ist das Druckfluidrohr in eine Endabdeckung des
Zylinders eingeschraubt und kann mit einer Mutter in verschiedenen Stellungen
relativ zur Endabdeckung festgelegt werden. Durch Verstellen des
Stoppers kann die Betriebsstellung der Kolbenstange eingestellt
werden.
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Aus
der
DE 72 36 508 U ist
ein Drei-Stellungs-Betätigungszylinder
mit zwei ineinandergeschachtelten, hintereinandergeschalteten Betätigungskolben
bekannt. Der innere Betätigungskolben ist
fest mit einer relativ zum äußeren Betätigungskolben
verschiebbaren Betätigungsstange
verbunden.
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Die
DE 296 18 186 U1 beschreibt
einen druckmittelbetätigbaren
Arbeitszylinder mit einem Kolben, der an einer Kolbenstange befestigt
ist. Der Arbeitszylinder verfügt über eine
Dämpfungseinrichtung
zum Abbremsen des Kolbens bei seiner Bewegung in eine Endstellung.
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Beschreibung
der Erfindung
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Es
ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Mehrstufenhubzylinder
mit erhöhter
Hubfreiheit vorzuschlagen, so dass er an eine Vielzahl von zu schweißenden Elementen
anpassbar ist.
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Diese
Aufgabe wird mit der Erfindung durch die Merkmale des Patentanspruchs
1 gelöst.
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Vorteilhafte
Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen.
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Der
erfindungsgemäße Mehrstufenhubzylinder
ist preiswerter und einfacher betätigbar als eine elektrische
(Servo) Schweißpistole.
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Über einen
Dämpfungsmechanismus
kann der Verschleiß einer
Schweißelektrode
und anderer Werkzeuge reduziert und Kollisionsgeräusche verringert
werden.
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Der
Hub des Zylinders ist erfindungsgemäß durch eine Fernbedienung,
insbesondere die Zufuhr und Abfuhr von Fluid durch ein Magnetventil,
einstellbar.
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Bei
einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung umfasst der Wechselmechanismus
einen Mechanismus zum Ändern
einer Befestigungsposition des Stoppers an der Hilfsstange und/oder
einen Mechanismus zum Ändern
einer Position des Kontaktbereiches durch einen Kontaktpositionseinstellkolben.
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Im
Einzelnen umfasst der Mechanismus zum Ändern der Befestigungsposition
des Stoppers eine Vielzahl von abgestuften Abschnitten, die an gegenüberliegenden
Seiten einer inneren Öffnung
des Stoppers ausgebildet sind und unterschiedliche Tiefen aufweisen,
und einen abgestuften Abschnitt, der an einem Außenumfang der Hilfsstange und
so ausgebildet ist, dass er die Befestigungsposition der Stoppers
an der Hilfsstange durch Ändern
einer Orientierung des Stoppers ändern
kann, wobei jeder der abgestuften Abschnitte wahlweise in Kontakt
mit dem abgestuften Abschnitt der Hilfsstange gebracht wird. Der
Mechanismus zum Ändern
der Position des Kontaktbereiches umfasst den Kontaktpositionseinstellkolben
mit dem Kontaktbereich. Der Einstellkolben ist an der Kopfabdeckung
angebracht und wird durch Fluiddruck so angetrieben, dass er sich
dem Stopper nähert
bzw. von diesem weg bewegt.
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Gemäß einer
anderen bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung tritt die Hilfsstange
gleitend durch den Rückkehrpositionseinstellkolben
und die Positionseinstellstange und steht nach außen von der
Kopfabdeckung vor und weist in der Hilfsstange einen Durchflussdurchgang
auf, der einen Anschluss für
die Zufuhr von Druckfluid mit der Druckkammer an einer Seite des
Hauptkolbens verbindet.
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Bei
dem erfindungsgemäßen Mehrstufenhubzylinder
kann der Hauptzylinder einen Dämpfungsmechanismus
zur Reduzierung der Geschwindigkeit des Hauptkolbens durch Beschränken einer Ablassdurchflussrate
von Fluid, dass von einer ablassseitigen Druckkammer an einem Ende
eines Hubes des Hauptkolbens abgeführt wird, aufweisen.
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Es
ist auch möglich,
dass der Hauptzylinder einen Hubdetektor zur Ausgabe eines elektrischen Signals
entsprechend einer Hubposition der Hauptstange aufweist und dass
der Hubdetektor mit einer Detektionssteuerung verbunden ist, um
die Betriebsweise der Hauptstange auf der Basis der Ausgabewerte
festzustellen.
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Außerdem ist
es möglich,
einen Ausgleichmechanismus an der Zylindervorrichtung anzubringen,
der bewirkt, dass der Stopppositionseinstellkolben an einer Position
anhält,
an der der Stopppositionseinstellkolben sich zu dem Hauptkolben
bewegt hat, wenn Druckfluid mit dem gleichen Druck zu Druckkammern
an gegenüberliegenden
Seiten des Stopppositionseinstellkolbens zugeführt wird. Hierdurch entfällt die
Notwendigkeit der Berücksichtigung der
Höhe des
Fluiddruckes, welcher jeder der Druckkammern zugeführt wird,
in Verbindung mit dem Unterschied zwischen den Druckaufnahmeflächen an gegenüberliegenden
Seiten des Stopppositionseinstellkolbens.
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Bei
dem Mehrstufenzylinder mit dem oben beschriebenen Aufbau wird die
Hauptstange durch Fluiddruck und den Hauptkolben in Axialrichtung
angetrieben. Um die Zwischenstoppposition des Hauptkolbens einzustellen,
ist der Stopppositionseinstellkolben, mit welchem der Hauptkolben
in Kontakt tritt und dann anhält,
vorgesehen. Die Hilfsstange erstreckt sich von dem Kolben aus der
Kopfabdeckung heraus, und der Stopper ist an dem vorderen Ende der
Hilfsstange angebracht. Durch in Kontakt bringen des Stoppers mit
dem Kontaktbereich der Kopfabdeckung, um den Stopppositionseinstellkolben
zu positionieren, kann somit die Stoppposition des Hauptkolbens
eingestellt werden. Da die Stoppposition des Stopppositionseinstellkolbens,
die durch den Stopper festgelegt wird, geändert werden kann, kann die
Zwischenstoppposition des Hauptkolbens eingestellt werden.
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Als
Rückkehrpositionseinstellmechanismus zum
Einstellen der Rückkehrposition
des Hauptkolbens, wird das vordere Ende der mit dem Rückkehrpositionseinstellkolben
verbundenen Positionseinstellstange einer Rückseite des Stopppositionseinstellkolbens
zugewandt. Durch Antreiben oder Nicht-Antreiben des Rückkehrpositionseinstellkolbens
kann somit die Rückkehrposition
des Hauptkolbens an zwei Positionen eingestellt werden, d. h. der Gesamthub
des Hauptzylinders kann in zwei Stufen eingestellt werden.
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Als
Folge hiervon ist es gemäß der vorliegenden
Erfindung möglich,
einen Mehrstufenhubzylinder zu erhalten, der wenigstens zwei Stopppositionen
relativ zu dem Objekt aufweist und bei dem der Freiheitsgrad des
Hubes erhöht
ist, so dass er an eine Vielzahl von zu schweißenden Elementen anpassbar ist.
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Die
Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen und der Zeichnungen
näher erläutert.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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1 ist ein Teilschnitt durch
eine erste Ausführungsform
einer Zylindervorrichtung gemäß der vorliegenden
Erfindung.
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2 ist ein vergrößerter Schnitt
durch einen wesentlichen Abschnitt (Hauptzylinder) in einer anderen
Richtung als bei 1.
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3 ist ein Schnitt durch
einen wesentlichen Abschnitt (Zwischenstopppositionseinstellmittel)
bei der ersten Ausführungsform.
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4 ist ein vergrößerter Schnitt
durch einen wesentlichen Abschnitt (Dämpfungsmechanismus) an einer
anderen Position als bei 2.
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5 ist ein Diagramm, das
die Betriebsweise eines erfindungsgemäßen Mehrstufenhubzylinders
erläutert.
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6 ist ein Schnitt durch
einen wesentlichen Abschnitt einer zweiten Ausführungsform, bei welcher Ausgleichsmittel
zur Vermeidung der Notwendigkeit einer Fluiddruckeinstellung an
jedem Zufuhr/Abfuhranschluss zu dem Mehrstufenhubzylinder der ersten
Ausführungsform
hinzugefügt
ist.
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7 ist ein Halbschnitt durch
eine dritte Ausführungsform
eines Mehrstufenhubzylinders gemäß der vorliegenden
Erfindung.
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8 ist ein Halbschnitt durch
eine vierte Ausführungsform
eines Mehrstufenhubzylinders gemäß der vorliegenden
Erfindung.
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1 bis 4 zeigen eine erste Ausführungsform
der Mehrstufenhubzylindervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung.
Die Zylindervorrichtung wird durch Fluiddruck, insbesondere pneumatisch angetrieben
und kann in Fällen
verwendet werden, bei denen eine Vielzahl von Hubstufen und einstellbare
Hübe erforderlich
sind, wie in Punktschweißpistolenzylindern.
Die Zylindervorrichtung umfasst einen Hauptzylinder 1 (siehe 1 und 2) mit einem Hauptkolben 12,
der abgedichtet in einem Zylinderrohr 10 gleitet, und einer
Hauptstange 13, die durch eine Stangenabdeckung 11 des
Zylinderrohres 10 hindurchtritt und in Axialrichtung angetrieben
wird. An dem Hauptzylinder 1 sind ein Zwischenstopppositionseinstellmechanismus 2 zum
Einstellen einer Zwischenstoppposition des Hauptkolbens 12 und
ein Rückkehrpositionseinstellmechanismus 4 zum
Einstellen einer Rückkehrposition
des Hauptkolbens 12 angebracht.
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Der
Zwischenstopppositionseinstellmechanismus 2 umfasst einen
Stopppositionseinstellkolben 21, der abgedichtet gleitend
in dem Zylinderrohr 10 an einer dem Hauptkolben 12 zugewandten
Position aufgenommen ist, und eine mit dem Kolben 21 verbundene
Hilfsstange 22. Die Hilfsstange 22 erstreckt sich
durch eine Kopfabdeckung 14 des Zylinderrohres 10 nach
außen,
und ein Stopper 23 ist an einem vorderen Ende der Hilfsstange 22 angebracht.
Der Stopper 23 tritt in Kontakt mit einem Kontaktbereich 31a eines
Kontaktpositionseinstellkolbens 31. Durch diesen Kontakt
wird eine Stoppposition des Stopppositionseinstellkolbens 21,
d. h. die Zwischenstoppposition des Hauptkolbens 12, eingestellt.
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Wie
sich deutlich auf 3 ergibt,
ist der Stopper 23 über
einer Mutter 26 befestigt, die auf die Hilfsstange 22 in
einem Zustand geschraubt wird, in welchem die Hilfsstange 22 in
eine Öffnung 23a in der
Mitte des Stopper 23 eingesetzt ist, und abgestufte Abschnitte 24,
die an Endbereichen der Öffnung 23a ausgebildet
sind, werden in Kontakt mit einem abgestuften Abschnitt 25 an
einer Umfangsfläche
der Hilfsstange 22 gebracht. In der Zeichnung bezeichnet
das Bezugszeichen 29 einen Dämpfer.
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Die
abgestuften Abschnitte 24 sind jeweils an gegenüberliegenden
Seiten der Öffnung 23a und mit
unterschiedlichen Abständen
von den Öffnungsenden
ausgebildet, d. h. sie haben unterschiedliche Tiefen. Durch Lösen der
Mutter 26 und Umdrehen des Stoppers 23 in Längsrichtung
kann eine Befestigungsposition des Stoppers 23 an der Hilfsstange 22 geändert werden
und, als Folge hiervon, kann der Kontakthub des Stoppers 23 relativ
zu dem Kontaktpositionseinstellkolben 31, d. h. ein Hub
des Stopppositionseinstellkolbens 21, geändert werden.
Die 1 und 3 zeigen Zustände, in
welchen die Orientierungen des Stoppers 23 umgekehrt zueinander
liegen und der Kolben 21 einen unterschiedlichen Hub hat.
Somit bilden die unterschiedlich tiefen abgestuften Abschnitte 24 an
den gegenüberliegenden
Seiten der Öffnung 23a des
Stoppers 23 zusammen mit dem abgestuften Abschnitt 25 der
Hilfsstange 22 einen Wechselmechanismus zum Ändern der
Stoppposition des Stopppositionseinstellkolbens 21.
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Es
ist auch möglich,
eine Vielzahl von Stoppern 23 mit abgestuften Abschnitten 24 unterschiedlicher
Tiefe vorzusehen und den Hub des Stopppositionseinstellkolbens 21 durch
Austausch der Stopper 23 zu verändern.
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Der
Kontaktpositionseinstellkolben 31 ist mit einem kleinen
Hub gleitend in einer zylinderförmigen Abdeckung 32 aufgenommen,
die an einer Außenseite
der Kopfabdeckung 14 vorgesehen ist. Der Kontaktbereich 31a an
einer Außenfläche des
Kontaktpositionseinstellkolbens 31 liegt nach außen von der
zylinderförmigen
Abdeckung 32 frei und ist dem Stopper 23 zugewandt.
Die Hilfsstange 22 tritt durch eine zentrale Öffnung des
Kolbens 31, und der Kolben 31 kann in abgedichtetem
Zustand entlang und relativ zu der Hilfsstange 22 gleiten.
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Der
Kontaktpositionseinstellkolben 31 wird durch Druckfluid
(Druckluft) angetrieben, das von einem Anschluss 35 an
einem Zufuhr/Abfuhrblock 34 der Kopfabdeckung 14 einer
Druckkammer 36 zugeführt
wird, um den Kontaktbereich 31a zwischen zwei Positionen
zu verschieben, nämlich
einer Ausfahrposition und einer Rückkehrposition, um dadurch
die Stoppposition des Stoppers 23 zu verändern. Somit bildet
auch der Kontaktpositionseinstellkolben 31 einen Wechselmechanismus
zum Ändern
der Stoppposition des Stopppositionseinstellkolbens 21.
Durch Kombination eines Positionswechsels des Kontaktbereiches 31a mit
Hilfe des Kontaktpositionseinstellkolbens 31 und eines
Positionswechsels des Stoppers 23 auf der Hilfsstange 22 durch
Auswahl der abgestuften Abschnitte 24 ist es somit möglich, die Stoppposition
des Stopppositionseinstellkolbens 21 in mehreren Stufen
einzustellen. Da die Positionsanpassung durch den Kontaktpositionseinstellkolben 31 über die
Zufuhr von Druckfluid von dem Anschluss 35 durchgeführt wird,
ist es insbesondere möglich, die
Positionseinstellung durch Fernbetätigung eines Ventils durchzuführen.
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Obwohl
die Einstellung der Stoppposition des Stopppositionseinstellkolbens 21 sowohl
durch die Veränderung
der festen Position des Stoppers 23 auf der Hilfsstange 22 als
auch durch die Änderung der
Position des Kontaktbereiches 31a mit Hilfe des Kontaktpositionseinstellkolbens 31 erfolgen
kann, ist es auch möglich,
die Einstellung mit lediglich einem dieser Mittel durchzuführen. Wird
die Position des Kontaktbereiches 31a nicht verändert, so
kann der Kontaktbereich 31a direkt an der Außenfläche der Kopfabdeckung 14 angebracht
werden.
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Der
Stopppositionseinstellkolben 21 wird durch die Zufuhr und
Abfuhr von Druckfluid (Druckluft) zu bzw. von einem Anschluss 28,
der an einem Hauptkörper 41 in
der Kopfabdeckung 14 vorgesehen ist, zu bzw. von einer
Druckkammer 27 hinter dem Kolben 21 angetrieben.
Mit anderen Worten wird der Stopppositionseinstellkolben 21 durch
die Zufuhr des Druckfluides von dem Anschluss 28 zu der Druckkammer 27 zu
einer festgelegten Zwischenstoppposition, die durch den Stopper 23 festgelegt wird,
bewegt, und der Kolben 21 wird zurückgeführt, wenn der Kolben 21 durch
den zurückkehrenden Hauptkolben 12 in
einem Zustand mit Druck beaufschlagt wird, in welchem das Druckfluid
durch den Anschluss 28 abgeführt wird.
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Der
Rückkehrpositionseinstellmechanismus 4 zum
Einstellen der Rückkehrposition
des Hauptkolbens 12 wird durch Anordnen eines Rückkehrpositionseinstellkolbens 43,
der abgedichtet in einem in dem Hauptkörper 42 vorgesehenen
Zylinderabschnitt 41a gleitet, und durch Ausrichten einer
Positionseinstellstange 44, die mit dem Kolben 43 verbunden
ist, so dass sie der Rückseite
des Stopppositionseinstellkolbens 21 über einen Dämpfer 45 zugewandt
ist, gebildet. Die Positionseinstellstange 44 wird in abgedichtetem
Zustand über
einen Außenumfang
der Hilfsstange 22 des Stopppositionseinstellkolbens 21 gesetzt
und gleitet auf der Hilfsstange 22. Zwischen dem Rückkehrpositionseinstellkolben
und dem Zufuhr/Abfuhrblock 34 in der Kopfabdeckung 14 ist
eine antriebsseitige Druckkammer 47 ausgebildet. Durch
Zufuhr des Druckfluides, bspw. Druckluft, zu der Druckkammer 47 durch
einen Anschluss 46 (an einer anderen Position als der Anschluss 35)
zum Einstellen der Rückkehrposition,
wird der Kolben 43 angetrieben und die Positionseinstellstange 44 nimmt
zwei Positionen ein, nämlich
eine Ausfahrposition zum Verkürzen
eines Gesamthubes des Hauptkolbens 12 und eine Rückkehrposition
zur Maximierung dieses Hubes.
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Die
Zylindervorrichtung umfasst einen Dämpfungsmechanismus zur Reduzierung
der Geschwindigkeit des Hauptkolbens 12 an einem Ende des
Ausfahrhubes durch Beschränkung
einer Ablassstromdurchflussrate von einer ablassseitigen Druckkammer 54.
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Hierzu
ist ein Dämpfungsring 51 an
dem Hauptkolben 12 vorgesehen, ein ausgesparter Abschnitt 52,
in welchen der Dämpfungsring 51 eingesetzt
ist, ist an der Stangenabdeckung 11 vorgesehen und eine
Dämpfungsdichtung 53 ist
an einer Öffnungskante
des ausgesparten Abschnitts 52 vorgesehen, um in Kontakt
mit einer Umfangsfläche
des Dämpfungsringes 51 zu
treten und eine direkte Verbindung zwischen dem ausgesparten Abschnitt 52 und
der Druckkammer 54 an einer Seite der Stangenabdeckung 11 in
dem Zylinderrohr 10 zu unterbrechen, wenn der Dämpfungsring 51 in
den ausgesparten Abschnitt 52 eintritt. Wie in 2 gezeigt ist, hat der ausgesparte
Abschnitt 52 einen Anschluss 55 für die Zufuhr
von Druckluft zu der Druckkammer 54, um den Hauptkolben 12 zurückzuführen, und
die Dämpfungsdichtung 53 liefert
eine in einer Richtung wirkende Abdichtung, wobei die Druckluft
von dem Anschluss 55 in die Druckkammer 54 fließen kann, während der
Strom der Druckluft aus der Druckkammer 54 in den ausgesparten
Abschnitt 52 unterbrochen wird.
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Wie
in 4 gezeigt ist, ist
in dem Durchflussdurchgang 56 zum Verbinden der Druckkammer 54 mit
einer Innenseite der Dämpfungsdichtung 53 in dem
ausgesparten Abschnitt 52 ein Drosselventil 57 für die Abfuhr
der Druckluft in der Druckkammer 54 durch den ausgesparten
Abschnitt 52 zu dem Anschluss 55 in einem Dämpfungshub
des Hauptkolbens 12 vorgesehen. Nicht nur das Drosselventil 57, sondern
auch eine einzelne oder eine Vielzahl von Nuten) (nicht dargestellt)
an einer Umfangsfläche des
Dämpfungsringes 51 kann
zwischen der Druckkammer 54 und dem ausgesparten Abschnitt 52 vorgesehen
sein, um die Druckluft durch die Nuten) abzuführen.
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Andererseits
ist ein Anschluss 59 für
die Zufuhr von Druckluft zu einer Druckkammer 58 an einer dem
Hauptkolben 12 gegenüberliegenden
Seite an einem äußeren Ende
der Hilfsstange 22, die mit dem Stopppositionseinstellkolben 21 verbunden
ist, vorgesehen und steht mit der Druckkammer 58 durch den
sich durch die Hilfsstange 22 erstreckenden Durchflussdurchgang 60 in
Verbindung.
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Bei
diesem Dämpfungsmechanismus
wird der Hauptkolben 12 durch die Zufuhr der Druckluft
zu der Druckkammer 58 angetrieben. Wenn der Dämpfungsring 51 in
die Dämpfungsdichtung 53 eintritt, wird
ein Durchflussdurchgang für
die direkte Abfuhr von der ablassseitigen Druckkammer 54 durch
den Anschluss 55 verschlossen. In der Druckkammer 54 verbleibende
Luft wird lediglich durch den Durchflussdurchgang 56 abgeführt, der
das Drosselventil 57 oder die in der Umfangsfläche des
Dämpfungsringes 51 vorgesehene
Nut aufweist. Hierdurch erhöht sich
der Druck in der Druckkammer 54 und der Druck übt eine
dämpfende
Wirkung auf den Hauptkolben 12 aus.
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Ein
solcher Dämpfungsmechanismus
ist insbesondere dann sinnvoll, wenn die Reduzierung des Verschleißes eines
Werkzeugs, bspw. einer Schweißelektrode,
oder die Verringerung von Kollisionsgeräuschen erreicht werden soll,
was mit einem herkömmlichen
Zylinder für
eine pneumatische Punktschweißpistole
oder dgl. nicht erreicht werden kann.
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Sofern
kein Dämpfungsmechanismus
vorgesehen werden muss, muss der Hauptkolben 12 nicht durch
Druckluft angetrieben werden und es ist möglich, ein beliebiges Druckfluid
zu verwenden.
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Wie
in 1 gezeigt ist, weist
die Stangenabdeckung 11 einen Hubdetektor 63 auf.
Der Hubdetektor 63 liest eine magnetische Skala, die an der
Hauptstange 13 angebracht ist, mit einem Kopf 63a ab
und gibt entsprechend der Hubposition der Hauptstange 13 ein
elektrisches Signal an eine Detektionssteuerung aus. Auf der Basis
dieses Ausgabesignals kann die Detektionssteuerung feststellen, mit
welchem Hub die Hauptstange 13 arbeitet. Dadurch kann nicht
nur die Betriebsweise des Mehrstufenhubzylinders, sondern auch der
Verschleiß oder dgl.
der Elektroden auf der Basis der Position der Hauptstange beim Pressen
eines Objektes erfasst werden. Es ist kein Problem, als Detektor
zur Feststellung des Hubes auch andere Messmittel einzusetzen.
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Bei
der Zylindervorrichtung mit dem oben beschriebenen Aufbau wird die
Hauptstange 13 im Wesentlichen durch die Zufuhr von Druckfluid,
bspw. Druckluft, zu einer der Druckkammern 54 und 58 an gegenüberliegenden
Seiten des Hauptkolbens 12 und durch die gleichzeitige
Abfuhr der Druckluft von der jeweils anderen der Druckkammern angetrieben. Im
einzelnen wird die Hauptstange 13 durch den Hauptkolben 12 in
einer Ausfahrrichtung angetrieben, indem die Druckluft zu der Druckkammer 58 des Hauptzylinders 1 von
dem Anschluss 59 an einem vorderen Ende des Hilfsstange 22 durch
den Durchflussdurchgang 60 in der Hilfsstange 22 zugeführt wird.
Durch gleichzeitige Abfuhr der Druckluft aus der Druckkammer 58 und
Zufuhr der Druckluft zu der anderen Druckkammer 54, werden
der Hauptkolben 12 und die Hauptstange 13 zurückgeführt.
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Die
Zwischenstoppposition des Hauptkolbens 12 wird durch den
Zwischenstopppositionseinstellmechanismus 2 eingestellt.
Wird die Druckluft von dem Anschluss 28 an der Kopfabdeckung 15 der Druckkammer 27 hinter
dem Stopppositionseinstellkolben 21 zugeführt, bewegt
sich der Stopppositionseinstellkolben 21 zu einer Position,
an welcher der Stopper 23 an dem vorderen Ende der Hilfsstange 22,
die mit dem Kolben 21 verbunden ist, in Kontakt mit dem
Kontaktbereich 31a an der Außenfläche des Kontaktpositionseinstellkolbens 31 tritt,
und hält
dort an. Als Folge hiervon bewegt sich der Stopppositionseinstellkolben 21 zu
einer Zwischenposition (in 1 und 2 durch strichpunktierte
Linien dargestellt), um die Stoppposition des Hauptkolbens 12 einzustellen.
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Die
Zwischenposition, an welcher der Stopppositionseinstellkolben 21 anhält, kann
in mehreren Stufen durch einen oder beide der oben beschriebenen
Wechselmechanismen, d. h. dem Mechanismus zur Änderung der Befestigungsposition
des Stoppers 23 durch Auswahl des abgestuften Abschnitts 24 des Stoppers 23 und
dem Mechanismus zum Ändern
der Kontaktposition des Stoppers 23 durch den Kontaktpositionseinstellkolben 31,
eingestellt werden. Im einzelnen kann bei dem ersteren Wechselmechanismus
die Einstellung dadurch erfolgen, dass die Mutter 26 gelöst und der
Stopper 23 in Längsrichtung umgedreht
wird, oder indem der Stopper 23 durch einen anderen Stopper 23 mit
abgestuften Abschnitten 24 mit anderen Tiefen ersetzt wird.
Bei dem letzteren Wechselmechanismus kann die Kontaktposition des Stoppers 23 dadurch
geändert
werden, dass das Druckfluid zu und von der Druckkammer 36 durch den
an dem Zufuhr/Abfuhrblock 34 vorgesehenen Anschluss 35 zugeführt bzw.
abgeführt
wird, um den Kontaktpositionseinstellkolben 31 anzutreiben
und dadurch den Kontaktbereich 31a zu der vorstehenden
Position oder der Rückkehrposition
zu verschieben. Durch Kombinieren beider Mechanismen kann die Stopppo sition
des Stopppositionseinstellkolbens 21 in mehreren Stufen
eingestellt werden.
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Wie
oben beschrieben wurde, ist es durch Änderung der Zwischenposition,
an welcher der Stopppositionseinstellkolben 21 anhält, durch
die Wechselmechanismen möglich,
eine Bewegungsposition des Stopppositionseinstellkolbens 21 einzustellen,
wenn das Druckfluid von dem Anschluss 28 zu der Druckkammer 27 zugeführt wird,
um dadurch die Rückkehrposition
des Hauptkolbens 12 einzustellen.
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Die
Rückkehrposition
des Hauptkolbens 12, d. h. ein voller Hub des Hauptkolbens 12,
wird durch den Rückkehrpositionseinstellmechanismus 4 eingestellt.
Im einzelnen werden durch die Zufuhr und Abfuhr des Druckfluides
zu und von der Druckkammer 47 durch den an dem Zufuhr/Abfuhrblock 34 vorgesehenen
Anschluss 46 zum Einstellen der Rückkehrposition der Rückkehrpositionseinstellkolben 43 und
die Positionseinstellstange 44 vorwärts oder rückwärts bewegt und das vordere
Ende der Stange 44 wird zu zwei Positionen verschoben,
nämlich
der Ausfahrposition und der Rückkehrposition
hinter dem Stopppositionseinstellkolben 21, um dadurch
den Gesamthub des Hauptzylinders in zwei Stufen einzustellen.
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Da
eine Druckaufnahmefläche
des Kontaktpositionseinstellkolbens 31 an einer Seite der
Druckkammer 36 größer gewählt wird
als eine Druckaufnahmefläche
des Stopppositionseinstellkolbens 21 an einer Seite der
Druckkammer 27, wird der Kontaktpositionseinstellkolben 31 durch
eine von dem Stopper 23 in einem Zustand, in welchem das
Druckfluid von dem Anschluss 35 zu der Druckkammer 36 geführt wurde,
um den Kontaktpositionseinstellkolben 31 anzutreiben, aufgebrachte
Kraft nicht zurückgedrückt. Das
Druckfluid mit dem gleichen Druck wurde von dem Anschluss 28 zu
der Druckkammer 27 zugeführt, um den Stopppo sitionseinstellkolben 21 anzutreiben.
Der Stopper 23 tritt in Kontakt mit dem Kontaktbereich 31a des
Kontaktpositionseinstellkolbens 31.
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In
dem Zustand, in welchem das Druckfluid von dem Anschluss 28 zu
der Druckkammer 27 zugeführt wurde, um den Stopppositionseinstellkolben 21 anzutreiben,
und der Stopper 23 in Kontakt mit dem Kontaktbereich 31a des
Kontaktpositionseinstellkolbens 31 gekommen ist, wird,
wenn das Druckfluid mit dem gleichen Druck von dem Anschluss 59 an
dem Endabschnitt der Hilfsstange 22 durch den Durchflussdurchgang 60 in
der Hilfsstange 22 der Druckkammer 58 zugeführt wird,
der Stopppositionseinstellkolben 21 durch eine Kraft von
der Seite der Druckkammer 58 zurückgedrückt, weil die Druckaufnahmefläche des
Stopppositionseinstellkolbens 21 an der Seite der Druckkammer 58 größer ist
als die Druckaufnahmefläche
an der Seite der Druckkammer 27.
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Daher
ist der von dem Anschluss 28 zugeführte Fluiddruck vorzugsweise
um so viel größer als der
Druck des von dem Anschluss 59 zugeführten Fluides, dass das oben
beschriebene Zurückdrücken nicht
auftritt. Der Druck des von dem Anschluss 35 zugeführten Fluides
wird mit dieser Steigerung vorzugsweise ebenfalls erhöht.
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5 zeigt ein Beispiel der
Betriebsweise der Zylindervorrichtung. Hierbei wird der Stopppositionseinstellkolben 21 durch
die Zufuhr des Druckfluides durch den Anschluss 28 zu der
Druckkammer 27 von einer Hubstartposition A des vollen
Hubes, die durch den Rückkehrpositionseinstellkolben 43 eingestellt
ist, angetrieben und dadurch der Hauptkolben 12 durch den
Stopppositionseinstellkolben 21 gedrückt und angetrieben, so dass
er eine Zwischenstoppposition B erreicht. Dann wird für ein Mehrpunktschweißen oder
dgl. durch abwechselnd wiederholte Zufuhr und Abfuhr des Druckfluides
zu und von den Druckkammern 58 und 54 an gegenüberliegenden
Seiten des Hauptkolbens 12 ein hin- und hergehender Arbeitshub
zwischen Punkten B und C durchgeführt. Wenn diese Wiederholung
endet, wird das Druckfluid in der Druckkammer 27 von dem
Anschluss 28 in einem Zustand abgeführt, in welchem das Druckfluid
der Druckkammer 54 zugeführt wurde, und der Hauptkolben 12 wird
zu der ursprünglichen
Hubstartposition zurückgeführt.
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Bei
dem oben beschriebenen Mehrstufenhubzylinder gemäß der ersten Ausführungsform müssen die
Drücke
des den jeweiligen Anschlüssen zugeführten Fluides
eingestellt werden, um unter Berücksichtigung
der Differenz zwischen den Druckaufnahmeflächen an gegenüberliegenden
Seiten des Stopppositionseinstellkolbens 21 die notwendigen Operationen
durchzuführen.
Bei den in den 6 bis 8 gezeigten zweiten bis vierten
Ausführungsformen ist
dagegen ein Ausgleichsmechanismus vorgesehen, um die Notwendigkeit
einer solchen Druckanpassung durch die Anpassung der Druckaufnahmeflächen der
jeweiligen Kolben oder dgl. zu vermeiden. Hierbei handelt es sich
um einen Mechanismus zum Einstellen der Stoppposition des Stopppositionseinstellkolbens,
wenn das Druckfluid mit dem gleichen Druck zu den Druckkammern an
den gegenüberliegenden
Seiten des Kolbens an einer Position zugeführt wird, an welcher der Kolben
sich zu dem Hauptkolben bewegt hat. Der Ausgleichsmechanismus ist an
den Zwischenstopppositionseinstellmechanismus 2 angebracht.
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Zunächst wird
bei der in 6 gezeigten zweiten
Ausführungsform
der Ausgleichsmechanismus an der Kopfabdeckung 14 der ersten
Ausführungsform
angebracht. Im einzelnen umfasst die Kopfabdeckung 14 eine
zylinderförmige
Abdeckung 65 mit einem Anschluss 67 anstelle der
zylinderförmigen
Abdeckung 32 der ersten Ausführungsform und ein Stangenhüllrohr 66,
mit welchem die Hilfsstange 22 in abgedichteter Weise abgedeckt
wird, ist an der zylinderförmigen
Abdeckung 65 angebracht. Der Anschluss 67 ist
mit dem Stangenhüllrohr 66 verbunden und
Druckluft wird zu und von der Druckkammer 58 von dem Anschluss 67 durch
das Innere des Hüllrohres 66 und
den Anschluss an dem vorderen Ende der Hilfsstange 22 zugeführt und
abgeführt.
Da das Hüllrohr 66 vorgesehen
ist, werden die Innen- und Außenumfänge des
schaftförmigen
Abschnittes, der den Kontaktbereich 31a an dem Kontaktpositionseinstellkolben 31 bildet,
mit Dichtelementen abgedichtet. Da sich der übrige Aufbau der Vorrichtung
nicht von derjenigen der ersten Ausführungsform unterscheidet, werden
gleiche Bezugszeichen für
entsprechende Elemente verwendet und auf ihre erneute detaillierte
Beschreibung verzichtet.
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Gemäß der zweiten
Ausführungsform
wirkt der Fluiddruck in einem Zustand, in welchem der Stopppositionseinstellkolben 21 durch
die Zufuhr des Druckfluides von dem Anschluss 28 zu der
Druckkammer 27 angetrieben wird und der Stopper 23 in Kontakt
mit dem Kontaktbereich 31a des Kontaktpositionseinstellkolbens 31 tritt,
wenn das Druckfluid mit dem gleichen Druck der Druckkammer 58 von
dem Anschluss 67 durch das Hüllrohr 66 und dem
Anschluss 59 an dem Endabschnitt des Hilfsrohres 22 zugeführt wird,
auch auf die Endfläche
der Hilfsstange 22 in dem Hüllrohr 66. Dadurch
werden die Fluiddruckkräfte,
die auf gegenüberliegenden
Seiten des Stopppositionseinstellkolbens 21 und der Hilfsstange 22 wirken,
im Wesentlichen gleich, so dass der Stopppositionseinstellkolben 21 durch
die Kraft von der Seite der Druckkammer 58 nicht zurückgedrückt wird.
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Bei
der in 7 gezeigten dritten
Ausführungsform
ist an einem Stopppositionseinstellkolben 73 ein vorstehender
Hebel 75 vorgesehen. Der vorstehende Hebel 75 steht
in ein Rohr 74, das die Hauptstange 13 bildet,
durch eine Einsetzöffnung 72 des
Hauptkolbens 71 vor. Der Durchflussdurchgang 60 in
der Hilfsstange 22 öffnet
sich in eine Druckkammer 77 zwischen dem Hauptkolben 71 und
dem Stopppositionseinstellkolben 73 durch eine Öffnung 76,
die an dem vorstehenden Hebel 75 vorgesehen ist, und öffnet sich
in das Rohr 74 durch eine Durchgangsöffnung 78 in dem vorstehenden
Hebel 75. Ein Verriegelungselement 79, das mit
einer Öffnungskante
der Einsatzöffnung 72 des
Hauptkolbens 71 verriegelt wird, ist an einem in das Rohr 74 vorstehenden vorderen
En de des vorstehenden Hebels 75 vorgesehen. Der vorstehende
Hebel 75 hat im Wesentlichen den gleichen Durchmesser wie
die Hilfsstange 22, die mit dem Stopppositionseinstellkolben 73 verbunden
ist und sich an der Seite der Kopfabdeckung nach außen erstreckt.
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Mit
diesem Aufbau wirkt in einem Zustand, in welchem das Druckfluid
von dem Anschluss 28 der Druckkammer 27 zugeführt wird,
auch wenn das Druckfluid mit dem gleichen Druck durch den Durchflussdurchgang 60 von
der Öffnung 76 zu
der Druckkammer 77 zwischen dem Stopppositionseinstellkolben 73 und
dem Hauptkolben 71 und von der Durchgangsöffnung 78 in
das Rohr 74 zugeführt
wird, weil das Verriegelungselement 79 mit dem Hauptkolben 71 verriegelt
ist, der Fluiddruck in der Druckkammer 77 nicht als eine
Kraft, die den Hauptkolben 71 und den Stopppositionseinstellkolben 73 bewegt,
und der Fluiddruck in dem Rohr 74 wirkt lediglich als eine Kraft
zum Zurückdrücken des
Stopppositionseinstellkolbens 73. Dadurch wird der Kolben 73 nicht
zurückgedrückt.
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Bei
der in 8 gezeigten vierten
Ausführungsform
ist ein vorstehender Hebel 85 an einem Stopppositionseinstellkolben 83 vorgesehen
und in abgedichtetem Zustand in entgegengesetzten Richtungen in
eine Einsetzöffnung 82,
die in dem Hauptkolben 81 vorgesehen ist, eingesetzt. Der
Durchmesser des vorstehenden Hebels 85 ist größer gewählt als
der Durchmesser der Hilfsstange 22. Der Durchflussdurchgang 60 in
der Hilfsstange 22 öffnet
sich durch eine kleine Öffnung 86,
die an dem vorstehenden Hebel 85 vorgesehen ist, in eine
Druckkammer 87 zwischen dem Hauptkolben 81 und
dem Stopppositionseinstellkolben. 83. Die Einsetzöffnung 82 an dem
Hauptkolben 81 ist über
eine Durchgangsöffnung 88 in
der Hauptstange 13 mit dem Anschluss 55 verbunden,
der sich in einen ausgesparten Abschnitt 89 in der Stangenabdeckung 11 öffnet.
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Durch
diesen Aufbau wird in einem Zustand, in welchem das Druckfluid von
dem Anschluss 28 zu der Druckkammer 27 zugeführt wird,
auch wenn das Druckfluid mit dem gleichen Druck durch den Durchflussdurchgang 60 zu
der Druckkammer 87 zwischen dem Stopppositionseinstellkolben 83 und
dem Hauptkolben 81 durch die kleine Öffnung 86 zugeführt wird,
der Stopppositionseinstellkolben 83 nicht zurückgedrückt, weil
die Druckaufnahmefläche
des Stopppositionseinstellkolbens 83, die der Druckkammer 87 zugewandt
ist, kleiner ist als die Druckaufnahmefläche, die der anderen Druckkammer 27 zugewandt
ist.
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Wenn
der Hauptkolben 81 zurückkehrt,
wird der Stopppositionseinstellkolben 83 durch den zurückkehrenden
Hauptkolben 81 nicht zurückgedrückt. Mit anderen Worten kehrt
dann, wenn die Druckluft in der Druckkammer 87 abgeführt und
die Druckluft von dem Anschluss 55 durch die Dämpfungsdichtung 53 oder
dgl. gleichzeitig der rückkehrseitigen
Druckkammer 54 zugeführt
wird, der Hauptkolben 81 zu einer Position zurück, die
in gestrichelten Linien dargestellt ist, und tritt in Kontakt mit
dem Stopppositionseinstellkolben 83. Hierbei fließt die Druckluft
auch durch den Durchgang 88 in die Einsetzöffnung 82 in
dem Hauptkolben 81. Die Druckluft wirkt in der Einsetzöffnung 82 in
einer solchen Richtung, dass sie den vorstehenden Hebel 85 zurückdrückt, während sie
auf den Hauptkolben 81 in einer solchen Richtung wirkt,
dass sie den Hauptkolben 81 vorwärts bewegt. Dadurch heben die
Betätigungskräfte einander
auf, so dass Luftdruckbetätigungskräfte, die
auf den Hauptkolben 81 und den Stopppositionseinstellkolben 83 wirken,
durch den der Druckkammer 87 und der Druckkammer 27 zugeführten Luftdruck
erhalten werden. Da die Druckaufnahmefläche des Hauptkolbens 81 kleiner
ist als die Druckaufnahmefläche
des Stopppositionseinstellkolbens 83, wird hierbei der
Stopppositionseinstellkolben 83 nicht durch den Hauptkolben 81 zurückgedrückt.
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Da
der übrige
Aufbau und die Betätigungsweise
der dritten und vierten Ausführungsform
im Wesentlichen ähnlich
denjenigen der ersten Ausführungsform sind,
sind in der Zeichnung erneut gleiche Bezugszeichen für vergleichbare
Elemente verwendet.
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Die
Zylindervorrichtung der oben beschriebenen Ausführungsformen kann nicht nur
als Pistolenpressvorrichtung in Schweißmontagelinien für Kraftfahrzeugkarosserien,
Stahlmöbel
oder dgl., sondern auch als Zylinder einer Presseinheit in verschiedenen
Klemmvorrichtungen und anderen Zylindern unterschiedlicher Verwendungen,
bei denen ein Zwischenstopp erforderlich ist, verwendet werden.
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Durch
die oben im Detail beschriebene Erfindung wird es ermöglicht,
preiswert eine Zylindervorrichtung mit einem einfachen Mechanismus
zu erhalten, durch welchen die Probleme der herkömmlichen Fluiddruckzylinder
für Punktschweißpistolen
oder dgl. gelöst
werden. Insbesondere hat die Zylindervorrichtung wenigstens zwei
Stufen von Stopppositionen relativ zu einem Objekt und der Freiheitsgrad
des Hubes wird erhöht,
um an eine Vielzahl von zu schweißenden Elementen angepasst
werden zu können.
Als Folge hiervon ist es möglich,
die Zylindervorrichtung preiswerter und mit besserer Handhabbarkeit
herzustellen als elektrische (Servo) Schweißpistolen.