Die Erfindung bezieht sich auf eine Maschine zum Widerstandsstumpfschweissen von Werkstücken durch Abschmelzen.
Es sind Maschinen zum Widerstandsstumpfschweissen von Werkstücken durch Abschmelzen bekannt, die folgende Baugruppen enthalten: ein Gestell, einen Schweisstransformator mit Stromzuführungen, eine Primär- und eine Sekundärwicklung, eine bewegbare und eine feststehende Klemmvorrichtung für die Schweissstücke, welche durch Stromzuführungen mit der Sekundärwicklung des Schweisstransformators verbunden und auf dem Maschinengestell aufgesetzt sind, eine Verschiebevorrichtung für die bewegbare Klemmvorrichtung, ein Steuerorgan für die Verschiebevorrichtung der bewegbaren Klemmvorrichtung,
eine Vorrichtung zum automatischen Steuern der V erschiebungsgeschwindigkeit der bewegbaren Klemmvorrichtung während des Abschmelzprozesses und ein Verstellglied mit Antrieb für die Vorrichtung zum automatischen Steuern der Verschiebungsgeschwindigkeit der bewegbaren Klemmvorrichtung, welches auf das Steuerorgan der Verschiebevorrichtung für die bewegbare Klemmvorrichtung während des Abschmelzens einwirkt.
Es ist ein Nachteil der bekannten Widerstandsstumpfschweissmaschinen, dass die Abschmelzgeschwindigkeit hauptsächlich nach einem genau vorgegebenen Programm gesteuert wird, wobei der Einfluss von zufälligen Störfaktoren auch die Stabilität und die thermische Wirksamkeit des Abschmelzprozesses nicht in Betracht gezogen wird.
Es ist das Ziel der vorliegenden Erfindung, die erwähnten Nachteile zu beseitigen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Maschine zum Widerstandsstumpfschweissen von Werkstücken durch Abschmelzen, welche die folgenden Baugruppen aufweist: einen Schweisstransformator mit Stromzuführungen, der eine Primär- und eine Sekundärwicklung hat und auf dem Maschinengestell montiert ist, eine bewegbare und eine feststehende Klemmvorrichtung für die Schweissstücke, welche durch die Stromzuführungen mit der Sekundärwicklung des Schweisstransformators verbunden sind, eine Vorrichtung zum automatischen Steuern der Verschiebegeschwindigkeit der bewegbaren Klemmvorrichtung während des Abschmelzprozesses und ein Verstellglied der Vorrichtung zum automatischen Steuern der Verschiebegeschwindigkeit der bewegbaren Klemmvorrichtung, welches auf das Steuerorgan der Verschiebeeinrichtung für die bewegbare Klemmvorrichtung während des Abschmelzens einwirkt, zu schaffen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass die Vorrichtung zum automatischen Steuern der Verschiebegeschwindigkeit der bewegbaren Klemmvorrichtung ein erstes und zweites Netzgerät, ein erstes und zweites Potentiometer, zwei miteinander synchronisierte Umschalter, einen Verstärker und einen Reversiermotor enthält, wobei das erste Netzgerät an der Primärwicklung des Schweisstransformators angeschlossen und das zweite Netzgerät parallel zur Sekundärwicklung des Schweisstransfonmators geschaltet ist, das erste Potentiometer an den Ausgang des ersten Netzgerätes und das zweite Potentiometer an den Schleifer des ersten Potentiometers angeschlossen ist, die Umschalter so ausgebildet sind, dass in ihrer einen Stellung der Eingang des Verstärkers in Reihe mit dem Ausgang des zweiten Netzgerätes und dem Schleifer des ersten Potentiometers geschaltet ist,
während der Ausgang des Verstärkers am Reversiermotor angeschlossen ist, dessen Welle mechanisch mit dem Schleifer des ersten Potentiometers verbunden ist, dagegen aber bei der andern Stellung des Umschalters der Eingang des Verstärkers in Reihe mit dem Ausgang des zweiten Netzgerätes und dem Schleifer des zweiten Potentiometers geschaltet sowie der Ausgang des Verstärkers am Antrieb des Verstellglieds der Vorrichtung zum automatischen Steuern der Verschiebegeschwindigkeit der bewegbaren Klemmvorrichtung angeschlossen ist.
Nachstehend werden Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes anhand der beiliegenden Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 ein Blockschaltbild einer Maschine zum Widerstandsstumpfschweissen von Werkstücken durch Abschmelzen und
Fig. 2 eine elektrische Prinzipschaltung der Vorrichtung zum automatischen Steuern der Verschiebegeschwindigkeit der bewegbaren Klemmvorrichtung während des Abschmelzens.
Eine Maschine zum Widerstandsstumpfschweissen mittels kontinuierlichem Abschmelzen enthält ein Gestell (Fig. 1), einen Transformator 2, eine bewegbare Klemmvorrichtung 3 und eine feststehende Klemmvorrichtung 4 für die Schweissstücke 5, welche auf dem Gestell aufgelegt sind. Die bewegbare Klemmvorrichtung 3 und die feststehende Klemmvorrichtung 4 für die Schweissstücke 5 sind mit dem Transformator 2 durch Stromzuführungen 6 verbunden. Die bewegbare Klemmvorrichtung 3 wird längs des Gestells 1 durch eine Verschiebeeinrichtung 7, beispielsweise einen Hydraulikzylinder, verschoben. Die Verschiebeeinrichtung 7 wird durch ein Steuerorgan 8, beispielsweise einen Dreistellungs-Folgekolben mit Kolbenstange, gesteuert.
Die Eingänge einer Vorrichtung 9 zum automatischen Steuern der Verschiebegeschwindigkeit der bewegbaren Klemmvorrichtung 3 während des Abschmelzens sind mit den Wicklungen des Transformators 2 verbunden. Der Ausgang der Vorrichtung 9 ist mit dem Eingang eines Verstellgliedes 10 verbunden, welches während des Abschmelzens auf das Steuerorgan 8 einwirkt.
Das Verstellglied 10 kann in Form einer Spindel und Mutter ausgeführt sein, wobei die Spindel an der Kolbenstange des Steuerorgans 8 angreift, währenddessen die Mutter mit Hilfe eines gesteuerten Reversiermotors, der im Verstellglied
10 eingebaut ist, in Drehung versetzt wird.
Die elektrische Prinzipschaltung der Vorrichtung 9 zum automatischen Steuern der Verschiebegeschwindigkeit der bewegbaren Klemmvorrichtung 3 und ihre Verbindung mit dem Schweisstransformator 2, den Schweissstücken 5 und dem Verstellglied 10 ist in Fig. 2 dargestellt.
Die Vorrichtung 9 stellt einen Block dar, zu dem zwei Netzgeräte 11 und 12 gehören. Hierbei ist der Eingang des ersten Netzgerätes 11 an die Primärwicklung 13 des Transformators 2 und der Eingang des zweiten Netzgerätes 12 an die Schweissstücke 5 parallel zur Sekundärwicklung 14 des Transformators 2 geschaltet. Zur Vorrichtung 9 gehören ferner ein Potentiometer 15, das am Ausgang des ersten Umformers 11 angeschlossen ist, und ein Potentiometer 16, das am Ausgang des Potentiometers 15 angeschlossen ist. Ein erster Umschalter 17 der Vorrichtung 9 ist in den Eingangskreis von Verstärker 18 und ein zweiter Umschalter 19 ist in den Ausgangskreis des Verstärkers 18, welcher zum Bestand der Vorrichtung 9 gehört, geschaltet.
Hierbei ist in der Stellung I des ersten und zweiten Umschalters 17 und 19 der
Eingang des Verstärkers 18 in Reihe mit dem Ausgang des Netzgerätes 12 und dem Ausgang des Potentiometers 15 ge schaltet, während der Ausgang des Verstärkers 18 an einen
Reversiermotor 20 angeschlossen ist, dessen Welle mechanisch mit dem Schleifer des Potentiometers 15 verbunden ist.
In der Stellung II des ersten und zweiten Umschalters 17 und 19 ist der Eingang des Verstärkers 18 in Reihe mit dem
Ausgang des zweiten Netzgerätes 12 und dem Ausgang des
Potentiometers 16 geschaltet, während der Ausgang des Verstärkers 18 an den gesteuerten Reversiermotor 21 des Verstellglieds 10 angeschlossen ist.
Die Netzgeräte 11 und 12 können beispielsweise in Form von Gleichrichtern oder quadratischen Detektoren ausgeführt werden.
Zum Durchführen des Schweissprozesses auf der beschriebenen Maschine müssen zuvor eine Reihe von Arbeitsgängen ausgeführt werden. Zu diesen gehören: das Einstellen der Sekundärspannung E2xx bei Leerlauf des Transformators 2, das Einspannen der Schweissstücke 5 in der bewegbaren Klemmvorrichtung 3 und der feststehenden Klemmvorrichtung 4, das Einstellen der Anfangsgeschwindigkeit v0 beim Verschieben der bewegbaren Klemmvorrichtung 3 während des Abschmelzens, das Einstellen der Stauchgeschwindigkeit Vd, das Einstellen des Zeitpunkts ts des Stauchbeginns und der Stauchgrösse 1, das Speichern der Grösse der Sekundärspannung des Transformators bei Leerlauf und das Einstellen (Vorgeben) des Verhältnisses der Sekundärspannung E2 des Transformators beim Abschmelzen zu seiner Sekundärspannung E2xx beim Leerlauf.
Die Sekundärspannung Ez, beim Leerlauf des Transformators 2 wird mit Hilfe des (aus Fig. 2 nicht ersichtlichen) Umschalters in der Primärwicklung 13 des Transformators 2 eingestellt. Die Anfangsgeschwindigkeit v0 beim Abschmelzen wird von Hand mit Hilfe des Steuervorgangs 8 eingestellt.
Der Zeitpunkt ts des Stauchbeginns und die Stauchgrösse 1 werden mittels Sollwertgebern, die in den Figuren nicht dargestellt sind, eingestellt. Die Stauchgeschwindigkeit vd wird mittels eines Reduzierventils in der Hydraulikanlage, welche die Verschiebeeinrichtung 7 speist, eingestellt.
Das Verhältnis E2 der Sekundärspannung des des
E2xx Transformators beim Abschmelzen zur Sekundärspannung beim Leerlauf wird durch Einstellen des Schleifers des Potentiometers 16 in die Stellung vorgegeben, in der das Verhältnis der Eingangsspannung dieses Potentiometers zu seiner Speisespannung gleich dem vorgegebenen Verhältnis E2 der E2xx Sekundärspannungen des Transformators ist.
Nach dem Ausführen der obenbeschriebenen vorausgehenden Arbeitsgänge wird der Schweisstransformator 2 eingeschaltet und die Sekundärspannung des Transformators bei Leerlauf gespeichert . Zu diesem Zweck werden der erste und zweite Umschalter 17 und 19 kurzfristig auf die Stellung I geschaltet und dann auf die Stellung II zurückgeschaltet.
In der Stellung I der Umschalter 17 und 19 werden an den Eingangskreis des Verstärkers 18 die Spannung U2 des Umformers 12, die proportional der Sekundärspannung E2xx des Transformators ist, und die Ausgangsspannung Ul des Potentiometers 15, die proportional der Speisespannung E, des Transformators ist, angelegt.
Die Spannungsdifferenzd U = U1-U2 wird durch den Verstärker 18 verstärkt und auf Befehl des Verstärkers 18 wird der Reversiermotor 20, der mechanisch mit dem Schleifer des Potentiometers 15 verbunden ist, in Drehung versetzt, wodurch der Schleifer des Potentiometers 15 so lange in der entsprechenden Richtung verschoben wird, bis die Spannungsdifferenz d U gleich Null wird. Die Genauigkeit dieses Abgleichs hängt von der Empfindlichkeitsschwelle des Motors 20 ab.
d O,d.h.U1=U2.
Da beim Speichern der Schweisstransformator praktisch nicht belastet ist, liegt im Sekundärkreis die Leerlaufspannung Ez, an, was zur Folge hat, dass die Spannungen U1 und U2 proportional zu Ez, werden: U1 = U2 = K2 wobei K2 der Umwandlungsfaktor des Umformers 12 ist.
Es werden, nachdem der Reversiermotor 20 die Abgleichstellung erreicht hat, die Umschalter 17 und 19 von der Stellung I in die Stellung II geschaltet. Hierbei wird der Reversiermotor 20 stromlos, was zur Folge hat, dass der Schleifer des Potentiometers 15 in seiner Stellung festgehalten und die Grösse der Eingangsspannung U1 dieses Potentiometers, die gleich der Sekundärspannung Ez, des Transformators bei Leerlauf ist, gespeichert wird.
Gleichzeitig wird über die Umschalter 17 und 19 in der Stellung II an den Eingangskreis des Verstärkers 18 zur Ausgangsspannung U2 des zweiten Netzgerätes 12 anstatt der Ausgangsspannung U1 = K2 Ez, des Potentiometers 15 die Ausgangsspannung 113 des Potentiometers 16, die ein Teil der Ausgangsspannung U, des Potentiometers 15 ist, angelegt, wobei:
: 113 = a Uz, und a =113= R list U1 R0
Der Koeffizient a ist gleich dem Verhältnis des Ausgangswiderstands R des Potentiometers 16 zu seinem vollen Widerstand R0. Die am Eingangskreis des Verstärkers 18 vorhandene Spannungsdifferenz d U = u2-u3 wird durch den Verstärker verstärkt und setzt den Antrieb 21 des Verstellgliedes 10 in Betrieb, welches über das Steuerorgan 8 auf die Verschiebeeinrichtung 7 einwirkt, wobei die
Verschiebegeschwindigkeit der bewegbaren Klemmvorrich tung 3 und das darin eingespannte Schweissstück 5 in Richtung auf die feststehende Klemme 4 geändert wird.
Nachdem sich die Schweissstücke 5 einander berührt haben, fliesst durch den Sekundärkreis des Transformators 2 ein Strom und das Abschmelzen der Schweissstücke beginnt.
Die Stromstärke im Sekundärkreis des Transformators 2 hängt von der Geschwindigkeit, mit der sich die Schweissstücke 5 einander nähern, ab: je grösser diese Geschwindigkeit ist, um so grösser wird der Strom.
Der Strom im Sekundärkreis des Transformators 2 entsteht bei gleichzeitiger Verminderung der Sekundärspannung E2, die an den Eingang des zweiten Netzgerätes 12 geführt wird, da die Spannung am Innenwiderstand des Transformators 2 fällt. Daher wird beim Steigen der Geschwindigkeit, mit der sich die Schweissstücke 5 einander nähern, die Sekundärspannung E2 des Transformators 2 kleiner.
Offensichtlich ändert sich die Geschwindigkeit, mit der sich die Schweissstücke einander nähern, so lange, bis die Sekundärspannung des Transformators 2 einen Wert annimmt, bei dem die Spannung 112 am Ausgang des zweiten Netzgerätes 12 gleich der Spannung U3 am Ausgang des Potentiometers 16 wird:
: 112 = 113 oder
K2 E2 = aU3 = aK2E2, woraus folgt, dass
E2 = 0 = const
E2xx
Auf diese Weise gewährleistet die Vorrichtung zum automatischen Steuern der Verschiebegeschwindigkeit der bewegbaren Klemmvorrichtung während des Abschmelzens bei der beschriebenen Maschine das Stabilisieren des Verhältnisses der Spannung E2 im Sekundärkreis des Transformators 2 beim Abschmelzen zur Spannung Ez, in diesem Kreis beim Leerlauf. E Dieses Verhältnis der Spannung ist eindeutig mit dem E2XX Verhältnis der Leistung beim Abschmelzen der Schweissstücke 5 zur Maximalleistung des Transformators 2 verbunden.
Es ist offensichtlich, dass die Verwendung der beschriebenen Maschine erhöhte Stabilität des Abschmelzprozesses und wirksameres Durchführen dieses Prozesses gewährleistet, da die wichtigste Bedingung für stabiles Abschmelzen beim Widerstandsstumpfschweissen von Werkstücken die Begrenzung der vom Transformator entnommenen Leistung auf einen solchen Wert ist, welcher die Transformatorleistung nicht überschreitet.