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Hydraulischer Positionierantrieb
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Die Erfindung betrifft einen hydraulischen Positionierantrieb, insbesondere
für einen Schweißschlitten einer Vielpunktschweißvorrichtung des Karosseriebaues,
mit einem in einem Zylinder geführten An-triebskolben und diesem zugeordneten Steueröffnungen,
durch die Dnickmittel zur Erzielung eines 1räftegleichgewichtes am Antriebskolben
strömt, wenn dieser eine bestimmte Lage im Zylinder erreicht hat, wobei Vorkehrungen
um Anfahren von Zwischenstellungen zwischen den Steueröffnungen getroffen sind.
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Positionierantriebe dieser Art, die für Werkzeugmaschinen eingesetzt
werden, sind bekannt (DT-AS 1 426 534). Bei diesen Äntrieben ist der Antriebskolben
mit einem in der Art eines Gewindeganges ausgestalteten Steg an seinem Umfang versehen,
der gerade so breit ist wie eine von mehreren in der Wandung des Antriebszylinders
angeodneten, jeweils mit glei-chem Abstand zueinander vorgesehenen Steueröffnungen.
Erreicht der Antriebskolben bei dieser Ausführungsform die durch zusätzliche Wählventile
von außen ansteuerbaren Steueröffnungen, von denen Jeweils nur eine zum Druckausgleich
freigegeben wird, so stellt sich, da die Holbenquerschnitte entsprechend gewählt
sind, KrEftegleichgewicht ein und der Antriebsko.lbon ist positioniert. Sollen nun
Zwischenstellungen angefahren werden, so wird der Antriebskolben verdreht
so
daß der auf seinem Umfang befindliche Steg gegenüber der Steueröffnung eine andere
Lage einnimmt und eine Feineinstellung, d.h. ein Anfahren von Zwischenstellungen,
ermöglicht wird.
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Die dort vorgesehene Einstellvorrichtung wird durch die Anordnung
von Wählventilen, insbesondere aber dadurch, daß die Antriebskolben verdrehbar sowohl
an dem Support einer Werkzeugmaschine, als auch innerhalb seines Zylinders angeordnet
sind und sein jeweiliger Verdrehwinkel über eine gesonderte Steuerstange nach außen
an einen Nonius übertragen werden muß, in der Herstellung sehr aufwendig. Dazu kommt,
daß die drehbare Lagerung zum Verklemmen neigen kann, wenn die Lagerstelle während
des Betriebes nicht ausreichend geschützt werden kann und daß nach längerer Betriebszeit
ein Spiel zwischen der in dem Antriebskolben geführten und mit dem Nonius verbundenen
Steuerstange und dem Antriebskolben unvermeidbar ist, das zu Fehipositionierungen
führen kann.
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Insbesondere zur Steuerung der Schweißschlitten, an denen die zum
Punktschweißen vorgesehenenSchweißzangen angeordnet sind, eignen sich solche Steuervorrichtungen
wegen ihres relativ komplizierten Aufbaues und wegen ihrer mangelnden Robustheit
wenig.
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Der Positionierantrieb solcher Einrichtungen wird daher bisher überwiegend
mit Elektomotoren mit einer Bremseinrichtung und nachfolgendem Getriebe (Ritzel-Zahnstange,
Kurbeltrieb) erreicht, die über Endschalter betätigt werden. Diese Ausführungen
weisen aber den Nachteil auf, daß sie verhältnismäßig große Verstellzeiten erfordern
und geringe Positioniergenauigkeiten aufweisen.
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Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen
hydraulischen Positionierantrieb zu schaffen, der die Möglichkeit einer großen Positioniergenauigkeit
gibt, aber einen robusten und einen einfachen Aufbau aufweist.
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Zur Lösung dieser Aufgabe besteht die Erfindung bei einem Positionierantrieb
der eingangs genannten Art darin, daß die Steuer-
Öffnungen in einem
getrennt vom Antriebs zylinder angeordneten Steuerzylinder vorgesehen sind, in dem
ein mit der Bewegung des Antriebskolbens über ein Getriebe gekoppelter StouerIolben
geführt ist. Diese Ausgestaltung ermöglicht einen raumsparenden Aufbau, denn es
ist bei dieser Ausführung nicht notwendig, daß der Steuerkolben den vollen Antriebsweg
des Antriebskolbens mit zurücklegt. Komplizierte und nur unter Einhalten geringer
Toleranzen herstellbare Teile sind nicht erforderlich. Die Betriebssicherheit bleibt
daher auch erhalten, wenn die Betriebsbedingungen rauh sind. Zwecksmäßig kann als
Gotriebe ein Keilgetriebe mit veränderbarem Übertragungsfaktor vorgesehen sein,
so daß es auf diese Weise sehr einfach möglich wird, durch Einstellung des Übertragungsfaktors
die gewünschte Zwischenposition anfahren zu können.
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Eine baulich einfache Ausführungsform wird dabei erreicht, wenn das
Keilgetriebe eine fest mit den Antriebskolben verbundene oteuerleiste besitzt, an
der ein mit dem Steuerkolben verbundene Stöf3el geführt ist. Die Steuerleiste kann
dabei zweckmäßig etwa in iängsrichtung des Antriebszylinders und mit zunehnendom
Abstand zu diesem verlaufen und der Stößel kann senkrecht zur Achse des Antriebszylinders
geführt sein. Diese Lösung erfordert wenig Raum, weil die Verstellwege zwischen
Antriebskolben und Steuerkolben senkrecht aufeinanderstehen. In einfacher Weise
kann die Steuerleiste elastisch ausgebildet und an mindestens drei Stellen mit dem
Antriebskolben verbunden sein und zwar so, daß der Abstand an den Befestigungsstellen
einstellbar ist.
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Durch diese Ausgestaltung kann die Steigung an der Steuerleiste verändert
werden, so daß im gewissen Umfang die angefahrenen Positionen veränderbar sind.
Das kann in einfacher Weise dadurch erreicht werden, daß die Steuerleiste mit einem
Ende schwenkbar an einer fest mit den freien Ende der Antriebskolbenstange verbundenen
Ilalterung angebracht ist, die teleskopartig mit einer parallel zur Achse des Antriebszylinders
fest an diesen angebrachten Führungsstangen zusammenwirkt. Die Steuerleiste kann
dabei
über mindestens zwei einstellbare Abstandshalter an der Ilalterung befestigt sein,
die jeweils am einen Ende und in der Ititte der am anderen Ende schwenkbar gelagerten
Steuerleiste angeordnet sein können. Um schließlich einen gedampSten und überschwingungsarmen
Anlauf der Sollpositionen auch bei großen bewegten LIassen zu erreichen, wie sie
beispielsweise der Schweißschlitten aufweist, kann zweckmäßig vorgesehen sein, daß
am Steuerkolben ein bekannter Dämpfungsansatz und in der Druckmittelzuführleitung
ein Drosselrückschlagventil angeordnet ist, das die Druckmittelzufuhr nicht schlagartig
unterbindet, so daß Schwingungserscheinungen im Druckmittel vermieden werden.
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Die Erfindung ist in der Zeichnung an einem Ausführungsbeispiel dargestellt
und in der nachfolgenden Beschreibung erläutert.
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Dabei zeigen: Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Schweißschlittenpositionierantriebes
gemäß der Erfindung und Fig. 2 eine vergrößerte Darstellung der geometrischen Verhältnisse
am Steuerkolben.
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In der Fig. n ist schematisch ein Schweißschlitten 1 anedeutet, der
auf einer Führungsschiene 2 gleitet und der die beispielhaft gewählten Punkte A,
B und C mit der Stelle 3anfahren soll, die beispielsweise einer Schweißzange zum
Punktschweißen im S;arosseriebau entsprechen soll. Der Schweißschlitten 1 ist über
eine Traverse 4 golen:kig mit dem freien Ende einer Antriebskolbenstange 5 verbunden,
die an ihrem anderen nde mit dem Antriebskolben 6 versehen ist. Der Antriebskolben
6 sitzt in einem Antnebszylinder 7, der ortsfest aber im Punkt 8 gelenkig gelagert
ist. Antriebskolben 6 und Antriebskolbenstange 5 sind dabei so dimensioniert, daß
die Fläche F1 des Antriebskolbens 6 gerste doppelt so groß ist wie die Ringfläche
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Fest mit dem freien Ende der Antriebskolbenstange 5 ist über den
Steg 9 eine Halterung 10 verbunden, in der Fuhrwigsrollen 11 befestigt sind, die
an einer Fiihrungsstange 12 anliegen, die fest mit dem Antriebszylinder 7 und parallel
zu dessen Achse angeordnet ist. Halterung 10 und Pdhrnngsstange 12 wirken daher
teleskopartig zusammen und sorgen dafür, daß die untere Wand 13 der IDalterung 10
stets parallel zur Kolbenstange 5 geführt wird.
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An dieser Wandung 13 ist eine elastische Steuerleiste 14 mit inrem
rechten Ehde 15 schwenkbar angeordnet, die durch die Abstan&S-halter 16 und
17 unter einem Winkel zu der Wandung 13 geführt ist.
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Die Abstandshalter 16 und 17 sind so ausgebildet, daß ihre lönge veränderbar
ist, was beispielsweise dadurch geschehen kann, daß an der Wandung 13 Gewindebuchsen
18 vorgesehen sind, in die die Abstandshalter 16 einschraubbar sind. In der gezeigten
lage weist der Abstandshalter 16 genau die doppelte Länge wie der Abstandshalter
17 auf, so daß - da auch die Abstände der Abstandshalter 16 und 17 zueinander sowie
der Abstand des Abstandshalters 17 zur Schwenklagerung 15 gleich groß sind - die
Steuerleiste 14 eine Gerade darstellt, die Teil eines Keilgetriebes ist. An der
Steuerleiste 14 liegt eine Rolle 19 an, die an einem Stößel 20 sitzt, der fest an
einem Steuerolben 21 angebracht ist und die obere Stirnfkäche eines Steuerzylinders
22 durchdringt. Der Steuerkolben 21 ist auf seiner oberen Seite in bekannter Weise
mit einem Dämpfungsansatz 23 versehen, der dazu dienen soll, ein schwingungsfreies
Anfahren der Positionen A, B oder C zu ermöglichen. In dem Steuerzylinder 22 sind
zu diesem Zweck drei Steueröffnungen 24, 25 und 26 vorgesehen, die jeweils mit entsprechenden
Steuerventilen 27, 28 und 29 über Leitungen in Verbindung stehen, die im Punkt 30
in eine gemeinsame Druckmittelleitung 31 münden, die ihrerseits mit der Kammer 32
des Antriebszylinders 7 verbunden ist. In den steuerzylinder 22 führt außerdem eine
Druciaittelzufunrleitung 33, und zwar in den Bereich zwischen dem Steuerkolben 21
und einem Abschlußkolben 34, der durch eine Druckfeder 35 beaufschlagt ist und durch
die Kolbenstange 36 mit dem Steuerkolben 21 verbunden ist. Diese Ausgestaltung sorgt
dafür,
daß die Rolle 19 stets spielfrei an der Steuerleiste 14 anliegt.
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Aus dem Steuerzylinder 22 führt eine Rücklaufleitung 39 heraus.
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In der Druckmittelzuführleitung 33 ist außerdem ein Drosselrückschlagventil
37 eingebaut, das ebenfalls einen überschwingungsfreien und gedämpften Positioniervorgang
herbeiführen soll. Hinter dem Drosselrückschlagventil 37 zweigt sich die Druckmittelzuführleitung
33 in die Zweige 33a und 33b auf, von denen der Zweig 33b in die Kammer 38 des Antriebszylinders
7 führt.
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Die Funktionsweise dieses Positionierantriebs ist folgende : In der
dargestellten IsaC ist das Ventil 23 geöffnet, so daß über die Steueröffnung 25
und die eitung 31 eine Verbindung zwischen der Kammer 32 des Antriebszylinders 7
und dem Steuerzylinder besteht.
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Wie aus Fig. 2 zu erkennen ist, hat sich der Steuerkolben 21 in dieser
Situation in eine Stellung begeben, in der zwischen seinem Umfang und der Steueröffnung
25 äeweils nach beiden Seiten hin Steuerflächen a und b freigegeben werden, die
gleich groß sind. Da die Kolbenfläche F1 gerade doppelt so groß ist wie die Ringkolbenfläche
F2, ergibt sich in dieser Lage Kräftegleichgewichte dann, wenn der Druck in der
Kammer 33 des Steuerzylinders gerade doppelt so groß ist wie der Druck in der Kammer
32. Wird nun Ventil 28 geschlossen und Ventil 29 geöffnet, so fällt der Druck in
der Kammer 32 zunächst ab, weil die Kammer 32 in Vorbindung kommt mit der Rücklaufleitung
39. Die Kammer 38 des Antriebszylinders dagegen steht halter dem vollen Eingangsdruck
und der Antriebskolben 6 wird sich dahor nach links verschieben. tlit den Antriebskolben
6 verschiebt sich dessen Kolbenstange 5 und damit auch die Ilalterung 10 mit der
daran angeordneten Steuerleiste 14. Der Stößel 20 rollt mit der Rolle 19 auf dieser
Steuerleiste ab und schiebt sich mehr und mehr aus dem Steuerzylinder 22 heraus,
so lange, bis der Steuerkolben 21 vor der Steueröffnung
26 liegt
und wieder die Gleichgewichtsverhältnisse - wie im vorher geschilderten Fall - eintreten.
Sollen Zwischenpositionen zwischen den Stellungen A und B angesteuert werden, so
wird es durch Verstellen der tönge der Abstandshalter IG und 17 mö£-ich, der Steuerleiste
14 eine elastische Verformung aufzuzwingen, die dazu führt, daß keine tinearitüt
mehr zwischen der Bewegung des Antriebskolbens 6 und des Steuerkolbens 21 besteht.
Es werden das beim Öffnen der jeweiligen Ventile 27 bis 29 nicht die Lagen A, 3
oder C von Schweißschlitten 1 angefahren, sondern entserechende Zwischenstellungen.
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Der neue Positionierantrieb zeichnet sich durch einen sehr einfachen
und raumsparenden Aufbau aus. Durch geeignete Ausbildung der Abstandshalter 16 und
17 läßt sich jede gewünschte Zwischenstellung anfahren, ohne daß komplizierte oder
anfällige Ausgestaltungen notwendig sind.
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L e e r s e i t e