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Widerstands-Stumpf-Schweißmaschine mit pneumatischem und hydraulischem
Antrieb Die Erfindung betrifft eine Widerstands-Stumpf-Schweißmaschine mit zwei
mit Klemmbacken versehenen Tischen, von denen der eine beweglich ist, durch einen
druckluftbeaufschlagten Kolben- betätigt wird und mit einem Kolben verbunden ist,
dessen Zylinderräume vor und hinter dem Kolben durch eine Drosselleitung mit einem
Drosselventil verbunden sind. Das Drosselventil wird einerseits durch ein Steuerorgan
gesteuert, das das Drosselventil völlig öffnet, wenn es in der den Rücklauf des
beweglichen Tisches verursachenden Stellung steht, und das Drosselventil teilweise
geschlossen -hält, wenn es in der den Vorlauf des beweglichen Tisches verursachenden
Stellung steht. Andererseits wird das Drosselventil durch den beweglichen Tisch
am Ende seines Vorlaufs völlig geöffnet.
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Die bekannten Maschinen dieser Art lassen. am Ende des Vorlaufs des
beweglichen Tisches eine große Stauchgeschwindigkeit zu, wenn sich das Drosselventil
völlig öffnet. Jedoch ist die größte Preßkraft, die sich bei der vollständigen Öffnung
des Drosselventils ergibt, verhältnismäßig schwach, wenn man nicht pneumatische
Kolben mit großen Durchmessern oder mehrere hintereinander angeordnete
Kolben
verwendet. In diesem Falle stehen zwar große Stauchkräfte zur Verfügung. Die Maschinen
sind dann aber nicht für Schweißungen geeignet, bei denen nur geringe Stauchkräfte
erforderlich sind. Man' ist dann gezwungen, mehrere Maschinen anzuschaffen, um Schweißarbeiten,
die große Stauchkräfte erfordern, und solche,. bei denen die Stauchkräfte klein
sein können, ausführen zu können.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine Maschine zu schaffen mit der verschieden
große Stauchkräfte erzeugt werden können, ohne daß die verwendeten Kolben einen
größeren Durchmesser haben müssen, als für die Erzeugung verhältnismäßig schwacher
Stauchkräfte notwendig ist.
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Die Erfindung besteht darin, daß der zwischen dem Drosselventil und
dem hinteren Teil des hydraulischen Zylinders liegende Teil der Drosselleitung mit
einem Zylinder eines Plungers verbunden und der Plunger an einem Kolben eines Druckluftzylinders
befestigt ist, dessen Steuerorgan von dem beweglichen Tisch am Ende von dessen Vorlauf
derart gesteuert wird, daß der Plunger Flüssigkeit in den hinteren Teil des hydraulischen
Zylinders drückt, daß außerdem ein Flüssigkeitsbehälter in die Drosselleitung zwischen
dem Drosselventil und dem Anschluß für den Plunggerzylinder mündet und zwischen
dieser Mündung und dem Anschluß für 'den Pumpenzylinder ein Absperrventil in der
Drosselleitung vorgesehen ist, das in der Ruhestellung geöffnet ist und von dem
beweglichen Tisch plötzlich geschlossen wird, sobald der Plunger mit dem Druckhub
beginnt.
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Der hydraulische Zylinder, -der während des größten Teiles des Vorlaufs
des beweglichen Tisches in bekannter Weise hemmend wirkt, arbeitet gegen Ende des
Vorlaufs als Antriebszylinder. Sobald das Absperrventil die die vor und hinter dem
Kolben liegenden Teile des Zylinders verbindende Drosselleitung -schließt, drückt
der Plunger Flüssigkeit hinter den Kolben, so daß dieser als Arbeitskolben wirkt.
Die einzige Kraftquelle, die verwendet wird, ist Druckluft. Diese hydraulische Arbeitsleistung
unterstützt die pneumatische Arbeitsleistung. Dadurch, daß der mit dem Plunger verbundene
Kolben einen Durchmesser hat, der wesentlich größer ist als der des Plungers, kann
der Luftdruck, der auf diesen Kolben wirkt, auf den Kolben des hydraulischen Zylinders
einen hydraulischen Druck ausüben, der wesentlich größer ist als sein eigener pneumatischer
Druck. Außerdem kann der auf diesen Kolben wirkende pneumatische Druck größer sein
als der im pneumatischen Arbeitszylinder, indem regelbare Druckreduzierventile verwendet
werden, um verschiedene Drücke von einer gemeinsamen Drucklüftquelle zu liefern.
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Während des Vorlaufs des Kolbens im hydraulischen Zylinder wird dieUngleichheit
der Volumenänderungen vor und hinter diesem Kolben durch die Verbindung der Drosselleitung
mit einem Flüssigkeitsbehälter ausgeglichen. Nach Schließen dieser Leitung durch
das Absperrventil kann die aus dem Vorderteil des Zylinders austretende Flüssigkeit
in diesen Behälter entweichen. Das plötzliche vollständige Öffnen des Drosselventils
in dem Augenblick, wo der Plunger zu drücken beginnt, hebt die Drosselwirkung des
hydraulischen Zylinders auf, wenn dieser als Motor wirkt. Das Öffnen des Absperrventils
nach * Beendigung des Stauchvorganges vermeidet einen Druckabfall hinter dem Kolben
des hydraulischen Zylinders während des Druckhubes des Plungers. Daraus folgt, daß
der bewegliche Tisch sich nicht von dem festen Tisch entfernt, bevor der pneumatische
Arbeitskolben auf der Vorderseite mit Druckluft beaufschlagt wird.
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Die Verstellung des Steuerorgans für den Druckhub des Plungers, das
plötzliche Öffnen des Drosselventils und das plötzliche Schließen des Absperrventils
werden gleichzeitig -durch die Erregung von drei Magnetspulen bewirkt, in deren
Stromkreis ein Schalter vorgesehen ist, der vom beweglichen Tisch geschlossen wird.
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Um den Stauchdruck genau regeln zu können, wenn nur ein geringer Stauchdruck
erforderlich ist, ist die Maschine so ausgebildet, daß die Arbeitswirkung des hydraulischen
Zylinders abgeschaltet werden kann. Zu diesem Zweck wird das Steuerorgan für die
den Plungerkolben betätigende Druckluft in einer Stellung gehalten, in der dieser
Kolben unwirksam bleibt, während der Stromkreis der Magnetspule des Absperrventils
einen Schalter enthält, der geöffnet sein kann, wenn das Steuerorgan in der besagten
Stellung gehalten wird.
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In diesem Falle braucht der Luftdruck zur Erzielung eines verhältnismäßig
kleinen Stauchdruckes nicht so groß zu sein, wie wenn diese Luft auf den Kolben
des Plungers wirkt. Demzufolge ist die Genauigkeit der Regelung viel größer.
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Wenn das Steuerorgan zur Betätigung des Druckhubes des Plungers durch
eine Magnetspule gesteuert wird, enthalten deren Stromkreis und der Stromkreis der
Drosselspule des Absperrventils einen Schalter, der das Öffnen dieser Stromkreise
ermöglicht.
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In der Zeichnung ist die Erfindung beispielsweise und schematisch
dargestellt. Es zeigt Fig. i einen Teil der Maschine bei verkleinerter Darstellung
der beiden Spanntische, Fig..2 eine Darstellung der Tischsteuerung, Fig. 3 eine
Darstellung entsprechend derjenigen in Fig. 2, jedoch bei einer anderen Tischstellung,
Fig. q. ein Schaltschema des elektrischen Teiles, Fig. 5 eine teilweise geänderte
Ausführungsform der Steuerung.
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Die Widerstandsschweißmaschine gemäß Fig. i weist Klemmbacken 2 und
3 -zum Einspannen der zu verschweißenden Werkstücke4 .und 5 auf. Die Klemmbacken
2 sind an einem festen Tisch 6 und die Klemmbacken 3 an einem beweglichen Tisch
7 befestigt. Der bewegliche Tisch 7 kann sich dem festen Tisch 6 nähern oder von
diesem entfernen, wie durch den Doppelpfeil X angedeutet ist. Der bewegliche Tisch
7 ist durch eine Stange 8 mit dem Kolben 9 verbunden, die in einem Druckzylinder
io
angeordnet ist. Der Druckzylinder ist durch Leitungen ii und
12 mit dem Steuerzylinder 13 verbunden, der den Steuerkolben 14 enthält. Dem Steuerzylinder
13 wird durch die Leitung 15 Druckluft zugeführt, die Leitungen 16 und
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münden in die Atmosphäre.
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Der Kolben 9 ist mit einem Kolben 18 verbunden, der in einem hydraulischen
Zylinder i9 angeordnet ist. Dieser enthält beispielsweise Drucköl, das von der Stirnseite
2o des Zylinders zur hinteren Stirnseite 2 1 durch eine Leitung 22 fließen kann.
Diese Drosselleitung 22 enthält ein Drosselventil 23, das einerseits durch ein Steuerorgan
und andererseits durch den beweglichen . Tisch 7 gesteuert wird.
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Das Ventil 23 ist ein Drehschieber, dessen Zapfen 24 gemäß Fig. 2
mit einer Scheibe 25 versehen ist, die Nasen 26 und 27 trägt. Auf den Ventilzapfen
wird durch eine Feder 28 ständig ein Drehmoment im Schließsinne ausgeübt. Das erwähnte
Steuerorgan besteht aus einem Hebel 29, der in Fig. 2 die Stellung einnimmt, in
die er durch den beweglichen Tisch 7 gebracht ist, wenn dieser vom festen Tisch
6 entfernt steht. In dieser Stellung drückt eine an den Hebel 29 angelenkte Stange
3o gegen die Nase 26 und hält das Ventil 23 vollständig geöffnet. Die Stange 3o
weist einen Querarm 32 auf, der mit dem Steuerkolben 14 verbunden ist. Wenn der
Hebel 29 in die in Fig. 3 dargestellte Lage durch das Heranfahren des Tisches 7
an den Tisch 6 gebracht ist, so ist die Stange 3o von der Nase 26 zurückgezogen,
und die Scheibe 25 kann eine Stellung einnehmen, in der das Ventil 23 teilweise
geschlossen ist. In dieser Stellung liegt die Nase 27 an einem Druckstift 33 an.
In Fig. 3 aber ist die Nase 27 in einiger Entfernung vom Druckstift 33 gehalten.
Die Gründe hierfür werden später dargelegt. Der Druckstift 33 ist mit einer in der
Länge einstellbaren Stange 34 verbunden, die am oberen Ende eine Rolle 35 aufweist.
Diese liegt gegen eine Führungsbahn 36, die mit den Klemmbacken 3 im Sinne des Doppelpfeils
X verschiebbar ist. Wenn die beweglichen Klemmbacken sich den festen Klemmbacken
nähern, drückt diese Führungsbahn 36 über die Rolle 35 und den Druckstift 33 auf
die Nase 27 im Öffnungssinne des DrosselveRtils 23. Das bisher Beschriebene ist
bereits bekannt.
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Gemäß der. Erfindung ist in der Drosselleitung 22 zwischen dem Drosselventil
23 und der hinteren Stirnfläche 21 des hydraulischen Zylinders i9 eine Verbindung
mit einem Zylinder 75 vorgesehen, in dem ein Plunger 37 verschiebbar ist (s. Fig.
i). Der Plunger ist mit einem Kolben 38 eines Druckluftzylinders 39 verbunden. Die
Zylinderräume vor und hinter dem Kolben 38 sind durch die Leitungen 40 und 41 mit
einem Steuerzylinder 42 verbunden, in den eine Druckluftleitung 43 mündet.
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Der Steuerschieber 44 im Steuerzylinder 42 steht unter dem Druck einer
Feder 45, die ihn in die in Fig. i dargestellte Stellung drückt. In dieser Stellung
des Steuerschiebers gelangt Druckluft auf die Oberseite des Kolbens 38 über die
Leitung 40, während der Zylinderraum unterhalb des Kolbens 38 über die Leitung 41
mit der Atmosphäre verbunden ist.
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Der Steuerschieber 44 wird entgegen dem Druck der Feder 45
verschoben, wenn eine Magnetspule 47 unter Strom gesetzt wird. Solange dies der
Fall ist, hat der Steuerschieber 44 eine derartige Stellung, daß über die
Leitung 41 Druckluft in den Zylinder 319 unterhalb des Kolbens 38 eintritt, während
die Leitung 4o den oberen Zylinderraum mit der Atmosphäre verbindet Das Drosselventil
23 ist außerdem mit einem Hebel 48 verbunden, der an den Anker 49 einer Magnetspule
So angelenkt ist. Sobald diese erregt wird, wird das Drosselventil 23 schlagartig
voll geöffnet.
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Ein Flüssigkeitsbehälter 51 ist mit der Drosselleitung 22 in ihrem
zwischen dem Drosselventil 23 und dem Anschluß an den Zylinder 75 liegenden Teil
verbunden. Außerdem ist in dieser Leitung zwischen dem Anschluß des Behälters 51
und dem Anschluß des Zylinders 75 ein Absperrventil 53 vorgesehen,' das dann geschlossen
ist, wenn der Plunger 37 Flüssigkeit in den hydraulischen Zylinder i9 drückt. Aus
diesem Grunde ist das Absperrventil 53 mit .einem Hebel 54 fest verbunden,
der an den Anker 55 einer Magnetspule 56 angelenkt ist. Bei Erregung der Magnetspule
56 ist das Absperrventil 53 geschlossen. Beim Rückgang des Plungers 37 ist
dieses Absperrventil geöffnet.
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Die Magnetspulen 47, 5o und 56 sind Teile eines Stromkreises, der
in Fig. 4 schematisch dargestellt ist. Aus Gründen der Vereinfachung ist der Stromkreis
für die Speisung der Schweißelektroden nicht dargestellt. An den Klemmen 57 und
58 liegt die Stromquelle. Die Klemme 57 ist durch eine Leitung 59 an einen Schalter
6o angeschlossen, der in dem Augenblick geschlossen wird, wo der Hebel 29 aus der
Stellung gemäß Fig. 2 in diejenige gemäß Fig. 3 umgelegt wird. Bei dieser Bewegung
drückteine Steuerkurve 61 auf eine Rolle 62, wodurch der Schalter 6o geschlossen
wird. Auch dann, wenn ein weiterer Schalter 63 geschlossen ist, erhalten die Magnetspulen.47,
5o und 56 immer noch keinen Strom, weil ein Schalter 64, der mit dem Schalter 6o
in Serie geschaltet ist, noch geöffnet ist. Dieser Schalter 64 wird erst gegen Ende
des Weges des beweglichen Tisches 7 zum festen Tisch 6 geschlossen, wenn eine Steuerkurve
65 am beweglichen Tisch 7 .auf eine Rolle 66 des Schalters 64 drückt. Die Stellung
dieser Steuerkurve 65 ist derart, daß der Schalter 64 in dem Moment geschlossen
wird, wo das Stauchen des Metalls beginnen soll womit die Vorwärtsbewegung des beweglichen
Tisches endet.
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Wenn der Schalter 67 geschlossen ist, bewirkt das Schließen des Schalters
64, daß die drei Spulen 47, 5o und 56 erregt werden, die parallel zueinander und
in Serie zum Schalter (64) geschaltet sind. Die Magnetspule 56 bewirkt bei Erregung
das Schlieffen des Absperrventils 53, während die Magnetspule 47 den Druckhub des
Plungers 37 verursacht. Durch die Bewegung des Plungers 37 wirkt der hydraulische
Zylinder
ig wie ein Motor. Das zwischen dem Kolben 18 und der Stirnwand 2o zusammengedrückte
Öl kann in den Behälter 5 i entweichen, weil das Drosselventil 23 in diesem Augenblick
vollständig durch die Erregung der Magnetspule 5o geöffnet ist. Dies ist der Grund,
daß in Fig. 3 die Nase 27 nicht an dem Druckstift 33- anliegt.
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Soll der Zylinder ig nicht- als Motorzylinder wirken, wird der Schalter
67 geöffnet, so daß der Plunger 37 nicht vorgeschoben wird und das Absperrventil
53 geöffnet bleibt. Demzufolge wird der bewegliche Tisch nur durch den Kolben g
beaufschlagende Druckluft verschoben, deren Druck durch ein Druckminderventil stärker
geregelt werden kann, als wenn der Tisch gleichzeitig -durch den Druckluftzylinder
io und den hydraulischen Zylinder ig bewegt wird.
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Auch der Druck der den Kolben 38 beaufschlagenden Druckluft kann mit
Hilfe eines Druckminderventils geregelt werden, das zwischen dem Zylinder 319 und
der Druckluftquelle angeordnet ist. Die Druckluftquelle kann dieselbe sein, die
den Zylinder io über ein anderes Druckminderventil speist.
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Nach Beendigung der Schweißung wird vor dem Öffnen der Klemmbacken
:2 und 3 der Preßdruck aufgehoben, indem der Hebel 29 in eine Zwischenstellung zwischen
derjenigen nach Fig.2 und derjenigen nach Fig. 3 gebracht wird. In dieser Losstellung
hält die Steuerkurve 61 den Schalter 6o nicht mehr geschlossen, und die Magnetspulen
47, 5o und 56 werden stromlos. Nach Öffnen der Klemmbacken 2 und 3 wird der Hebel
29 in die Rücklaufstellung gemäß Fig. 2 gebracht.
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Fig. 4 zeigt, daß ein Schalter 68 parallel zu den in Serie geschalteten
Schaltern 6o und 63 angeordnet ist. Dieser hat den Zweck, eine Handsteuerung der
Maschine statt der automatischen Steuerung durch den Schalter 6o zu ermöglichen.
Im Falle der Handsteuerung wird vorher der Schalter 63 geöffnet. _ Bei. der beschriebenen
Ausführungsform wird der Steuerschieber 44 durch den beweglichen Tisch während dessen
Vorwärtsbewegung über die Magnetspule 47 gesteuert. Statt dessen kann der Steuerschieber
44 auch in anderer Weise von dem beweglichen Tisch gesteuert werden.
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Die in Fig. 5 dargestellte Konstruktion verwendet eine Steuerkurve
69, die an der Stange 30 befestigt ist, zur Verstellung des Steuerschiebers 44.
Die Stange 7o des Steuerschiebers 44 ist an ihrem Ende mit einer Rolle 71
versehen, die mit der Steuerkurve 69 in Eingriff kommt.
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Die Stellung des Steuerschiebers 44 wird außerdem durch eine weitere
Steuerkurve 72 gesteuert, mit der eine am anderen. Ende der Stange 70 angeordnete
Rolle 73 in Eingriff kommen kann. Der Steuerschieber 44 kann sich unter Wirkung
der Feder 45 verstellen, wenn der Hebel 29 in die in Fig. 3 dargestellte Lage gebracht
wird, um den beweglichen Tisch an den festen heranzuschieben.
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Die Steuerkurve 72 ist an der Stange 8 einstellbar parallel zu deren
Achse befestigt, um sie stets so einstellen zu können, wie es zum Auslösen des Beginns
des Stauchvorganges erforderlich ist.
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. Sobald das Stauchen zufolge der Verschiebung des Steuerschiebers
44 derart, daß die Leitung 41 mit der Druckluftleitung 43 verbunden ist, beginnt,
drückt die Stange 70 auf den Stift 74 des Schalters 64, so daß dieser schließt
und die Magnetspulen 5o und 56 in dem Augenblick erregt werden, wo der Plunger 37
die Flüssigkeit im Zylinder 75 unter Druck zu setzen beginnt. Die Steuerkurve 72
spielt dann die Rolle der an dem beweglichen Tisch befestigten Steuerkurve 65, deren
Wirkungsweise in den Fig. 2 und 3 erläutert ist.
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Wird der Steuerhebel 2,9 in die Losstellung gebracht,. so steht die
Steuerkurve 69 in der in Fig. 5 dargestellten Stellung. Der Plunger 37 nimmt dann
ebenfalls die dargestellte Stellung ein, während der Schalter 64 sich wieder öffnet
und Drosselventil 23 und Absperrventil 53 in ihre gezeichnete Stellung zurückkehren.