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Hydraulische Schweisspresse zum elektrischen Widerstandsschweissen mit Steuereinrichtung des Druckprogrammverlaufes in einem Presszylinder
Es sind verschiedene Typen der hydraulischen Schweisspressen zum elektrischen Widerstandsschweissen bekannt. Sie bestehen grundsätzlich aus einer festen unteren Elektrode, auf welche die zum Schweissen be- stimmten Gegenstände in eine Schweissposition gelegt. werden, und anderseits aus einer beweglichen oberen Elektrode. Die bewegliche obere Elektrode ist durch einen Kolben eines hydraulischen Zylinders be- tätigt und mittels desselben werden die zum Schweissen bestimmten Gegenstände im Verlauf des ganzen
Prozesses durch eine entsprechende Anpresskraft angepresst. Diese Anpresskraft wird durch eine den hydraulischen Zylinder mit dem Kolben betätigende Einrichtung gesteuert.
Dieser Zylinder wird Presszylinder genannt.
Der Verlauf der Anpresskraft kann in vier Arbeitsstufen eingeteilt werden. Zuerst wird die sogenannte Anpressspannkraft erzeugt, durch welche die zum Schweissen bestimmten Gegenstände vor dem Schweissstromdurchgang kräftig gegeneinander gepresst werden. Dann wird die Anpresskraft auf den Wert, der zum Schweissen geeignet ist, herabgesetzt, welche Kraft oft als Schweissanpresskraft bezeichnet wird.
Bei dieser Anpresskraft beginnt der elektrische Schweissstrom durch die zum Schweissen bestimmten Teile zu fliessen.
Vor der Beendigung des Schweissstromdurchganges erhöht sich diese Anpresskraft bis sie den Sollwert erreicht, d. h. eine Stauchanpresskraft, durch welche die zum Schweissen bestimmten Teile im Augenblick der besten Einschmelzung der zum Schweissen bestimmten Flächen gepresst werden sollen, wenn der Schweissstromdurchgang unterbrochen wird. Nach dem Anpressen der zum Schweissen bestimmten Gegenstände durch die Stauchkraft folgt eine Verminderung des Anpressens des zum Schweissen bestimmten Gegenstandes durch eine sogenannte Schmiedeanpresskraft.
In manchen Fällen, besonders beim Schweissen von Stahlmaterialien mit einem Kohlenstoffgehalt von mehr als 0. 20/0 kommt es im Schweissverlaufe zum Einhärten der Schweissverbindung und ist es deshalb notwendig, eine solche Schweissverbindung auszuglühen. Dieses Ausglühen wird in der Schweisspresse gleich nach dem Anpressen der zum Schweissen bestimmten Gegenstände bei einer herabgesetzten Anpresskraft und bei dem sogenannten Glühstromdurchgang durchgeführt, welcher niedriger als der Schweissstrom ist und regelmässig pulsierend, d. h. unterbrochen durchläuft. In solchem Falle ersetzt das Glühen des zum Schweissen bestimmten Gegenstandes sein Schmieden.
Der richtige Verlauf der Anpresskraft und das Abstimmen dieses Verlaufes mit dem Schweissstromdurchgang hat eine wesentliche Bedeutung für die Qualität der Schweissverbindung, wobei die Dauer der Wirkung der einzelnen Anpresskräfte auf sehr kurze Zeitintervalle begrenzt ist, manchmal nur auf Sekundenbruchteile. Dies verlangt eine sehr genaue und zuverlässige Steuerung des Anpressverlaufes der zum Schweissen bestimmten Gegenstände und des Schweissstromdurchganges.
Es werden regelmässig zum Einschalten und Ausschalten des Schweissstromes elektronische Zeitrelaiseinrichtungen verwendet, auf welchen die Stromdurchgangszeit im vorhinein eingestellt werden kann.
Zur Steuerung des Programmverlaufes der Anpresskraft im Verlaufe des Schweissprozesses werden hydraulische Druckregler so verwendet, dass jeder von ihnen einen Druckgrad bestimmt, welcher der zugehörigen verlangten Anpresskraft entspricht. Die hydraulischen Druckregler werden auf den Pressraum des hy-
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draulischen Zylinders entweder parallel oder in Serie in einer Rohrleitung hintereinander oder kombiniert angeschlossen wie es z. B. in den tschechoslowakischen Patentschriften Nr. 90327 und Nr. 85732 beschrieben ist.
Diese Einrichtungen sind ziemlich kompliziert und es ist bei ihnen unmöglich, den Programmverlauf der Anpresskraft mit dem Schweissstromdurchgang, besonders mit seiner Beendigung in Abstimmung zu bringen.
Weiters ist eine Einrichtung bekannt, bei welcher der Anfang der Wirkung der Stauchanpresskraft von einer gewissen Länge des abgeschmolzenen Materials des zum Schweissen bestimmten Gegenstandes ab- geleitet ist, wobei die Unterbrechung des Schweissstromdurchganges von einem optischen Wärmefühler abgeleitet wird. Diese Einrichtung ist zum Schweissen von Materialien grosser Querschnitte sehr vorteil- haft. Sie ist aber nicht ganz zuverlässig beim Schweissen von Gegenständen kleiner Querschnitte oder von
Materialien mit einer engen Zone von Plastizität, wie es bei manchen legierten Stählen der Fall ist.
Ein Gegenstand der Erfindung ist eine hydraulische Schweisspresse mit einer vereinfachten Einrichtung zur Steuerung des Programmverlaufes der Anpresskraft, welche Einrichtung ausserdem in Übereinstimmung mit dem Verlauf der Anpresskraft einen Impuls zur Beendigung des Schweissstromdurchganges bzw. zum
Einschalten des Glühstromes mit der verlangten Intensität gibt.
Bei der vorliegenden Schweisspresse ist an den Arbeits- bzw. Pressraum des hydraulischen Zylinders, dessen Kolben mit der beweglichen Elektrode verbunden ist, ein spezieller Verteiler hydraulisch ange- schlossen, an welchen mindestens zwei Druckregler durch Rohrleitungen so parallel angeschlossen sind, dass es möglich ist, durch die Einstellung des Verteilers zeitlich hintereinander die einzelnen Druckreg- ler mit der gewählten Reihenfolge an den Pressraum des hydraulischen Zylinders anzuschliessen. Die Druck- regler : sind zweistufig, so dass jeder von Ihnen zwei Drücke im Presszylinder bestimmt, welche hinteren- ander folgen.
Der Druckverteiler kann als ein Vierwegverteiler oder als mehrwegiger Verteiler herge- stellt werden, je nachdem wie viele Drücke im Verlauf der Arbeitsoperation entwickelt werden müssen und infolge dessen wie viele Regler angeschlossen werden müssen.
Es ist regelmässig notwendig, im Verlauf des Schweissens mit dem elektrischen Widerstand mit vier
Drücken zu arbeiten, u. zw. mit dem Spanndruck, Schweissdruck, Stauchdruck und Schmiede- oder Glüh- druck, wofür ein Vierwegverteiler und zwei Druckregler genügen, von welchen der erste den Spann- und
Schweissdruck bestimmt und der andere den Stauch- und Schmiede-, bzw. den Glühdruck bestimmt.
In die Rohrleitung, welche den ersten Druckregler mit dem Abfluss verbindet, ist ein hydraulisches
Zeitrelais eingebaut, welches ausser dem Schalter, welcher mittels der elektronischen Steuerung einen
Impuls zum Einschalten des Schweissstromkreises gibt, mit einem andern Schalter zum Einschalten des elektrischen Kreises des Elektromagneten zum Einstellen des Verteilers versehen ist, an welchen die Re- gler zur Drucksteuerung angeschlossen sind, welche im Arbeitsraum des Presszylinders wirken.
Es ist vorteilhaft, beide Schalter so anzubringen oder anzupassen, dass das Zeitintervall durch ihr gegenseitiges Einstellen im voraus bestimmt werden kann, in welchem die Kontakte beider Schalter einer nach dem andern eingeschaltet bzw. ausgeschaltet werden, d. h. die Zeit, während welcher eine erhöhte, d. h. die Stauchanpresskraft nach dem Anfang des Schweissstromdurchganges zu wirken beginnen soll.
Es sind gleichfalls in der Rohrleitung, welche den zweiten Druckregler mit dem Abflussbehälter ver- bindet, zwei Schalter eingebaut, von welchen der eine einen Impuls zum Einschalten des elektrischen
Glühstromes im Kreise gibt, in welchem die Schweisselektroden sich befinden, und der andere nach dem
Ablauf einer gewissen Zeit einen Impuls zur Umstellung des Verteilers zur Steuerung des hydraulischen
Zylinders in eine Position gibt, in welcher die Verbindung der Pumpe mit dem Arbeitsraum des hydraulischen Zylinders unterbrochen wird. Das Intervall zwischen der Verbindung beider Schalter wird durch die Zeit zur Glühoperation bestimmt.
Durch das Einstellen der Entfernung beider Schalter ist es möglich, das Zeitintervall zwischen ihrer Betätigung, d. h. zwischen ihrem Einschalten bzw. Ausschalten, zu ändern. Es ist praktisch vorteilhaft, wenn der Schalter zum Einschalten des Glühstromes sofort in Betätigung gesetzt wird, wenn die Druckflüssigkeit aus dem Druckregler über das hydraulische Zeitrelais durch die Rohrleitung in den Abflussbehälter zu fliessen beginnt.
Als ein praktisches Hilfsmittel zum Einstellen der zweckmässigen Entfernung zwischen den Schalterkontakten dient ein Manometer mit einer Glühlampe. Das Manometer ist hydraulisch an den Arbeitsraum des hydraulischen Zylinders angeschlossen und die Glühlampe ist elektrisch an den Primärkreis des Schweissumwandlers angeschlossen.
Durch das Verfolgen der Spitze des Stauchdruckes auf dem Manometer mit dem Augenblick der Beendigung des Schweissstromüberganges durch das Kontrollieren auf der Glühlampe ist es möglich, zu überwachen, ob beide Aktionen im gleichen Augenblick verlaufen bzw. ist es möglich, nach der festgestell-
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ten Ungleichförmigkeit beide Schalter so einzustellen, dass die Beendigung des Schweissstromüberganges und die Spitze des Anpressdruckes in Übereinstimmung gebracht werden.
Weitere Einzelheiten der Erfindung werden an Hand einer hydraulischen Schweisspresse nach der bei- spielsweisen Darstellung in den Fig. 1-4 erklärt. Die Fig. 1 stellt schematisch eine hydraulische Schweiss- presse nach der Erfindung dar. Die Fig. 2 stellt schematisch in einem Langsschnitt den verschiebbaren Ver- teiler zur Steuerung des Zuflusses und Abflusses des Druckmittels in den Hauptpresszylinder dar. Die Fig. 3 stellt schematisch einen zweistufigen Druckregler im Längsschnitt dar. Die Fig. 4 stellt schematisch ein hydraulisches Zeitrelais im Langsschnitt dar. Die Fig. 5 stellt in einem Diagramm einen Verlauf der An- presskraft und des Schweissstromes während des Schweissens ohne Glühen und auf der Fig. 6 mit dem Glühen dar.
Die hydraulische Schweisspresse nach der Erfindung, welche in den Fig. 1-4 dargestellt ist, besteht grundsätzlich aus einem Presszylinder 1 mit einem Presskolben 2, auf welchem eine bewegliche Elektrode
3 angebracht ist ; eine untere unbewegliche Elektrode 4 ist fest gegenüber dieser beweglichen oberen Elek- trode angebracht. Auf der unteren unbeweglichen Elektrode sind die zum Schweissen bestimmten Gegen- stünde 5 und 6 gelegt, welche in der Stellung vor dem Schweissen dargestellt sind. Die Elektroden 3 und
4 sind an den Sekundärkreis 7 des Schweissumwandlers 8 angeschlossen, dessen Primärwicklung 9 an die
Quelle 10 des elektrischen Stromes mittels einer elektronischen Steuerung 11 angeschlossen ist.
An den Arbeitsraum 14 des Presszylinders 1 über den Presskolben 2 ist durch eine hydraulische Rohr- leitung a und an den Hubraum 15 unter dem Presskolben 2 des Presszylinders 1 durch eine hydraulische
Rohrleitung b ein verschiebbarer Verteiler 12 angeschlossen, welcher durch die Rohrleitung c an die Pum- pe 13 angeschlossen ist, welche durch die Rohrleitung d mit dem Behälter 16 verbunden ist. Der ver- schiebbare Verteiler 12 ist in einer Richtung durch den Elektromagnet 17 und in der andern Richtung durch die Feder 18 verstellbar. D3r Arbeitsraum 14 des hydraulischen Zylinders 1 ist durch die Rohrleitung c' mit dem zweiten verschiebbaren Verteiler 19 verbunden, welcher diesen Arbeitsraum 14 des Presszylin- ders 1 über die Rohrleitung a'oder b'mit den Druckreglern 20 oder 21 verbindet.
Der verschiebbare
Verteiler 19 ist ähnlich wie der vierwegige verschiebbare Verteiler 12 ausgeführt und ist durch einen
Elektromagnet 22 und eine Feder betätigt, welche ähnlich wie die Feder 18 des verschiebbaren Vertei- lers 12 ist.
Hinter dem Druckregler 20 ist in der Abflussrohrleitung e ein hydraulisches Zeitrelais 23 eingebaut, welches durch eine andere Abflussrohrleitung g zum Behälter 16 angeschlossen ist. Das hydraulische Zeit- relais 23 betätigt Endschalter 24 und 25.
Gleichfalls ist an den Druckregler 21 in der Abflussrohrleitung f ein hydraulisches Zeitrelais 26 an- geordnet, welches durch eine andere Abflussrohrleitung h mit dem Behälter 16 verbunden ist. Das hydrau- lische Zeitrelais 26 betätigt wieder weitere Endschalter 27 und 28. Der Endschalter 24 ist über einen
Schalter 32 an die elektronische Steuerung 11 über einen Regler 33 der Pause so angeschlossen, dass er einen Impuls zum Schweissstromübergang erteilt. Der Endschalter 25 betätigt den Elektromagneten 22 des verschiebbaren Verteilers 19.
Der Endschalter 27 des hydraulischen Zeitrelais 26 ist mit der Spule des elektrischen Relais 31 elektrisch verbunden, welches entweder ein Potentiometer 29, welches die In- tensität des Schweissstromes 11 bestimmt, oder ein Potentiometer 30, welches einen herabgesetzten Glüh- strom L bestimmt, wechselnd einschaltet. Der Endschalter 28 betätigt einerseits den Elektromagnet 17 des verschiebbaren Verteilers 12 und anderseits die Spule des Schalters 32, welcher in den Kreis des End- schalters 24 zum Einschalten des Schweissstromes einbezogen ist. In dem Kreis des Endschalters 28 befin- det sich ein Schalter 34, welcher den Impuls zum Anfang des Schweissens erteilt.
An den Arbeitsraum 14 des Presszylinders 1 ist ein Manometer 52 angeschlossen, welches den Press- druck zeigt. In dem Manometer 52 ist eine Lampe 51 angebracht, welche elektrisch an den Primärkreis
9 des Schweissumwandlers 8 so angeschlossen ist, dass beim Durchgang des Schweissstromes die Lampe leuchtet, was eine visuelle Kontrolle des Durchganges des Schweiss- oder Glühstromes und des Durch- ganges der Anpresskraft ermöglicht.
Die Verteiler 12 und 19 sind gleichfalls in einer an sich bekannten Art als vierwegige verschiebbare
Verteiler ausgeführt, deren Kolben durch den Elektromagnet 17 bzw. 22 und die Feder 18 einstellbar ist.
Jeder der zweistufigen Druckregler 20 und 21 ist in einer an sich bekannten Art ausgeführt. Sein Kegel 35 ist auf den Sitz von einem Durchmesser dl durch eine Feder 36 angedrückt, welche durch eine Schraube 37 einstellbar ist. In einer Seitenwand der Druckregler 20 und 21 ist eine Abflussöffnung 39.
Bei der Druckerhöhung in der Zuleitung a'des Reglers 20 entsteht zuerst ein Druck, welcher der Spannanpresskraft Pl, d. h. der Federkraft 36 und der Sitzfläche von dem Durchmesser d1 entspricht.
Wenn dieser Druck erreicht ist, wird der Kegel 35 gehoben und die Druckflüssigkeit beginnt auf die
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ganze Fläche des Kegels 35 von einem Durchmesser d2 zu wirken, drückt den Kegel 35 nach oben und fliesst durch die Öffnung 39 in die Rohrleitung e und in das hydraulische Zeitrelais 23.
Die hydraulische Zeitrelaiseinrichtung 23 und 26 ist wieder in einer an sich bekannten Art ausgeführt.
In der unteren Wand des Körpers des hydraulischen Zeitrelais 23 oder 26 ist eine Öffnung 40 zum Einlass i der Leistungsflüssigkeit in die Kammer unter dem kleinen Kolben 41, welcher durch eine Rückführfeder
43 in der Richtung nach unten gedrückt ist.
In der zweiten oberen Kammer des Körpers des hydraulischen Zeitrelais ist ein zweiter kleiner Kol- ben mit einer Feder 44, welche mit ihrem unteren Ende auf der Kolbenstange des kleinen Kolbens 41 ruht. Der Raum 46 über dem kleinen Kolben 45 ist über ein Regelventil 47, welches mit einer Regel- ) schraube 48 versehen ist, mit einem Behälter 50 so verbunden, dass das Öl bei dem Aufdrücken des klei- nen Kolbens 45'in der Richtung nach oben aus dem Raum 46 in den Behälter 50 entweichen kann.
Die untere Kammer des Körpers des hydraulischen Zeitrelais 23 bzw. 26 ist mit einer Öffnung 42 versehen, an welche eine Abflussrohrleitung g bzw. h angeschlossen ist. Der kleine Kolben 45 ist mit einem Ansatz 49 versehen, gegen welchen die Schalter 24 und 25 so angeordnet sind, dass bei dem Auf- drücken des kleinen Kolbens 45 in der Richtung nach oben diese Kontakte nach dem Durchgang einer ge- wissen Strecke durch den kleinen Kolben 45 nacheinander eingeschaltet werden.
Die hydraulische Schweisspresse zum Widerstandsschweissen nach der Erfindung kann zum Schwei- ssen ohne Glühen oder mit Glühen verwendet werden, wobei dieses Glühen gleich nach der Beendigung des Schweissens, d. i. nach der Beendigung des Schweissstromdurchganges durchgeführt wird. Der Ver lauf der Anpresskraft, durch welche die zum Schweissen bestimmten Gegenstände im Laufe des Schwei- ssens nach einem gewissen Programm aneinander gedrückt werden, wird auf den Diagrammen 5 und 6 durch eine Vollinie P dargestellt und der Verlauf des Schweiss-bzw. auch des Glühstromes wird durch eine Li- nie I mit einem ausgeschrafften Felde in einer Zeit t bezeichnet, welche auf einer Horizontalkoordina- te Ox aufgetragen ist.
Die Indexziffern bei den Grundbezeichnungen P, I, t bezeichnen die Teilwerte der Anpresskraft, des elektrischenstromes und der Zeit. Die Diagramme werden bei der Beschreibung der Funktion der hydrau- lischen Schweisspresse nach der Erfindung erläutert.
Durch das Einschalten des Schalters 34 bei einer laufenden Pumpe 13 wird der verschiebbare Verteiler
12 so eingestellt, dass die Druckflüssigkeit von der Pumpe 13 in den Arbeitsraum 14 des Presszylinders 1 fliesst und aus dem Raum 15 in den Abfluss entweicht, so dass sich der Presskolben 2 von oben nach unten bewegt. Der Elektromagnet 22 ist ohne Strom und der verschiebbare Verteiler 19 verbindet den Arbeits- raum 14 des Presszylinders 1 mit dem Druckregler 20, welcher die Druckgrösse bestimmt, die der soge- nannten Spannanpresskraft, welche als Spitzenkraft wirkt und auf den Diagrammen 5 und 6 durch die
Bemessung Pl bezeichnet ist, entspricht.
Nach Abheben des Kegels 35 des Druckreglers 20 und nach dem
Eindringen der Flüssigkeit in diesen Regler wird die Anpresskraft auf dem Werte der sogenannten Schweiss- anpresskraft stabilisiert, welche auf den Diagrammen 5 und 6 durch die Bemessung P2 bezeichnet ist.
Wenn die Schweissanpresskraft P2 erreicht wird, werden die Kontakte 24 durch die Wirkung des hy- draulischen Zeitrelais 23 nach dem Zeitablauf tl, d. h. in dem Punkt A des Diagrammes 5 und 6 ein- geschaltet und so erteilen sie einen Impuls der elektronischen Steuerung zur Verbindung des Schweiss- stromkreises. Weil die Schalterkontakte 24 an die elektronische Steuerung 11 über einen an sich be- kannten Regler 33 der Pause angeschlossen sind, schaltet die angeführte elektronische Steuerung 11 den
Schweissstrom nur nach einem gewissen Zeitintervall t2 ein, welches auf dem Regler 33 der Pause ein- stellbar ist.
Der Anfang der Schweissstromwirkung ist durch den Punkt B bezeichnet. Nach einem Zeitablauf t5 nach dem Einschalten der Schalterkontakte 24 werden durch die Weiterbewegung des Kolbens- 45 mit dem
Ansatz 49 die Schalterkontakte 25 eingeschaltet ; dadurch bekommt der Elektromagnet 22 den Strom und verstellt den verschiebbaren Verteiler 19 so, dass er im Punkt C des Diagrammes den Pressraum 14 des
Presszylinders 1 mit dem Druckregler 21 verbindet. Nach einer Konstantzeit, welche auf den Diagram- men 5 und 6 durch t4 bezeichnet ist, steigt im Punkte D der Druck in dem Zylinder 1 auf einen Wert, welcher der Stauchanpresskraft P3 entspricht. Dieser Druck wirkt als ein Spitzendruck und sinkt sofort auf einen Wert, -welcher der sogenannten Schmiedeanpresskraft P4 entspricht, welche im Punkte E nach dem
Zeitablauf t6 abgebaut wird.
Die Zeit t4 ist konstant und ist durch Verzögerungseffekt des hydraulischen
Systems von dem Augenblick der Einstellung des verschiebbaren Verteilers 19 gegeben.
Wie beschrieben wurde, ist die Zeit t2 stufenlos durch den Regler 33 der Pause oder durch eine an- dere an sich bekannte Art einstellbar und die Zeit t5 ist wieder stufenlos mittels der 48 des hy- draulischen Zeitrelais 23 einstellbar. Durch Regulieren von diesen zwei Zeiten t2 und t5 ist es also mög-
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lich, die Position der Druckspitze, welche der Stauchanpresskraft P3 mit Rücksicht auf den Schweissstrom- verlauf entspricht, einzustellen oder zu ändern. Es ist vorteilhaft in grösstem Masse, wenn ein Maximum der Stauchkraft P3 genau auf dem Ende des Schweissstromüberganges 11 wirkt, d. h. im Punkte D, wenn die Temperatur in der sich bildenden Schweissverbindung die vorteilhafteste ist.
Das Aussuchen dieser vorteilhaften Position der Druckspitze wird durch die Signallampe erleichtert, welche direkt in dem Zifferblatt des Manometers 52 angebracnt ist. Das Manometer 52 ist an den Press- raum 14 des Presszylinder l angeschlossen und zeigt den Verlauf der Anpresskraft. Die Lampe 51 ist an den Primärkreis 9 des Schweissumwandlers 8 angeschlossen und signalisiert den Verlauf des Schweissstro- mes. Durch den Vergleich des Zeigerausschlages des Manometers 52, welcher den Druckverlauf zeigt, mit der Lampe ist es möglich, visuell zu kontrollieren und dann durch die beschriebene Weise die Spitze der Stauchanpresskraft auf den vorteilhaftesten Augenblick mit Rücksicht auf den Übergang bzw. die Un- terbrechung des Schweissstromes einzustellen.
Manchmal muss die Schweissverbindung ausgeglüht werden, wie es beispielsweise auf dem Diagramm 6 dargestellt ist. Es wird für so ein Ausglühen regelmässig ein elektrischer Strom verwendet, welcher mit- tels der elektronischen Steuerung 11 pulsiert und niedriger als der Schweissstrom ist, um eine zu hohe Er- wärmung der zum Schweissen bestimmten Gegenstände zu vermeiden. Es wird zum Zwecke des Ausglü- hens ausser dem Potentiometer 29, welches den Schweissstrom 11 bestimmt, ein weiteres Potentiometer
30 verwendet, welches den elektrischen Glühstrom li bestimmt. Der Verlauf des Schweissprozesses ist derselbe wie auf dem Diagramm 5 bis zum Punkte D, d. h., bis zum Augenblick der Zusammendrückung der zum Schweissen bestimmten Gegenstände durch die ernöhte Stauchkraft P3.
In diesem Augenblick werden die Schalterkontakte 27 unterbrochen, das Relais 31 verliert den Strom, scnaltet das Potentiometer 29 ab und schaltet das Potentiometer 30 ein, welches auf den Glühstrom von einer Stärke L eingestellt ist. Gleichzeitig bei dem Anfang des Glühens sinkt die Anpresskraft vom Werte
P3 auf den Wert P4, bei welchem das Ausglühen durchgeführt wird. Nach dem Zeitablauf t6, welcher auf dem hydraulischen Zeitrelais 26, d. h. im Punkte E eingestellt ist, werden die Schalterkontakte 28 unter- brochen. Dadurch verliert der Elektromagnet 17 den Strom und der verschiebbare Verteiler 12 wird in eine Position für den Rücklauf des Presskolbens 2 verstellt.
Gleichzeitig mit dem Elektromagneten 17 verliert den Strom auch der Schalter 32 und wird unterbrochen, wodurch der Glühstromübergang beendet wird. Da das hydraulische Drucksystem eine gewisse
Verzögerung hat, hört der Druck mit einer kleinen Verzögerung nach der Unterbrechung des Glühstromes praktisch zu wirken auf. Nach dem Verschwinden des Druckes im Raume 14 des Presszylinders 1 entfernt sicn die bewegliche Elektrode 2 in einem kurzen Intervall in der Richtung von den zum Schweissen bestimmten Gegenständen, infolge des über den verstellten Verteiler 12 und die Leitung b beaufschlagten Hubraumes 15. Da unmittelbar vorher der Glühstrom unterbrochen wurde, kann es nicht zum Abbrand der Kontaktfläche kommen.
Die Elektrode 2 entfernt sich von den zum Schweissen bestimmten Gegenständen sehr rasch, so dass die Kontaktfläche des zum Schweissen bestimmten Gegenstandes durch die Berührung mit der gekühlten Elektrode nicht gehärtet werden kann. Die hydraulische Schweisspresse nach der Erfindung ermöglicht eine vereinfachte und verbesserte exakte Regulierung des Programmverlaufes der Drücke und ermöglicht ferner, diesen Programmverlauf in genaue Übereinstimmung mit dem Verlauf des Schweiss-bzw. des Glühstromes zu bringen, was für das Widerstandsschweissen sehr wichtig ist, bei welchem die einzelnen Teiloperationen in sehr kurzen Zeitintervallen verlaufen.
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Hydraulic welding press for electrical resistance welding with control device for the pressure program in a press cylinder
Various types of hydraulic welding presses for electrical resistance welding are known. They basically consist of a fixed lower electrode on which the objects to be welded are placed in a welding position. and on the other hand a movable upper electrode. The movable upper electrode is actuated by a piston of a hydraulic cylinder and by means of this the objects to be welded are moved along the whole
Process pressed by a corresponding contact pressure. This pressing force is controlled by a device that actuates the hydraulic cylinder with the piston.
This cylinder is called a press cylinder.
The course of the contact pressure can be divided into four work stages. First of all, the so-called clamping force is generated, by means of which the objects intended for welding are forcefully pressed against one another before the welding current passes. Then the contact pressure is reduced to the value that is suitable for welding, which force is often referred to as the welding pressure force.
With this contact pressure, the electrical welding current begins to flow through the parts intended for welding.
Before the end of the welding current passage, this contact pressure increases until it reaches the target value, i.e. H. an upsetting force by which the parts intended for welding are to be pressed at the moment of the best melting of the surfaces intended for welding, when the passage of the welding current is interrupted. After the objects intended for welding have been pressed on by the upsetting force, the pressing force of the object intended for welding is reduced by a so-called forging pressure force.
In some cases, especially when welding steel materials with a carbon content of more than 0. 20/0, the welded joint hardens in the course of the welding process and it is therefore necessary to anneal such a welded joint. This annealing is carried out in the welding press immediately after pressing the objects to be welded with a reduced contact pressure and with the so-called glow current passage, which is lower than the welding current and pulsates regularly, i.e. H. runs through interrupted. In such a case the annealing of the object to be welded replaces its forging.
The correct course of the contact pressure and the coordination of this course with the passage of the welding current is of essential importance for the quality of the welded connection, the duration of the effect of the individual contact forces being limited to very short time intervals, sometimes only to fractions of a second. This requires a very precise and reliable control of the contact pressure process of the objects intended for welding and the passage of the welding current.
Electronic time relay devices are used regularly to switch the welding current on and off, on which the current passage time can be set in advance.
Hydraulic pressure regulators are used to control the course of the program of the contact pressure during the welding process so that each of them determines a pressure level which corresponds to the associated required contact force. The hydraulic pressure regulators are applied to the press chamber of the hy-
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hydraulic cylinder connected either in parallel or in series in a pipeline one behind the other or in combination as it is e.g. B. in the Czechoslovak patents No. 90327 and No. 85732 is described.
These devices are quite complicated and it is impossible with them to bring the program course of the contact force with the welding current passage, especially with its termination in coordination.
Furthermore, a device is known in which the beginning of the effect of the upsetting pressure force is derived from a certain length of the melted material of the object intended for welding, the interruption of the welding current passage being derived from an optical heat sensor. This device is very advantageous for welding materials with large cross-sections. However, it is not entirely reliable when welding objects of small cross-sections or from
Materials with a narrow zone of plasticity, as is the case with some alloy steels.
An object of the invention is a hydraulic welding press with a simplified device for controlling the program progression of the contact force, which device also generates an impulse in accordance with the progression of the contact force to terminate the welding current passage or to
Switching on the glow current with the required intensity gives.
In the present welding press, a special distributor is hydraulically connected to the working or press chamber of the hydraulic cylinder, the piston of which is connected to the movable electrode, to which at least two pressure regulators are connected in parallel by pipes so that it is possible to by setting the distributor, one after the other to connect the individual pressure regulators to the press chamber of the hydraulic cylinder in the selected sequence. The pressure regulators: are two-stage, so that each of you determines two pressures in the press cylinder, which follow one another.
The pressure distributor can be manufactured as a four-way distributor or as a multi-way distributor, depending on how many pressures have to be developed in the course of the work operation and, as a result, how many regulators have to be connected.
It is regularly necessary in the course of welding with an electrical resistance of four
Press to work u. between the clamping pressure, welding pressure, upsetting pressure and forging or annealing pressure, for which a four-way distributor and two pressure regulators are sufficient, the first of which is the clamping and
Determines the welding pressure and the other determines the upsetting and forging or annealing pressure.
In the pipeline that connects the first pressure regulator to the drain, there is a hydraulic one
Built-in timing relay, which apart from the switch, which by means of the electronic control a
Impulse for switching on the welding circuit is provided with another switch for switching on the electrical circuit of the electromagnet for setting the distributor, to which the regulators for pressure control are connected, which act in the working space of the press cylinder.
It is advantageous to mount or adapt both switches in such a way that the time interval can be determined in advance by their mutual setting in which the contacts of both switches are switched on or off one after the other, i.e. H. the time during which an increased, d. H. the upset contact force should begin to act after the start of the welding current passage.
There are also two switches installed in the pipeline which connects the second pressure regulator to the drainage container, one of which provides an impulse to switch on the electrical one
Glowing current in the circle in which the welding electrodes are located, and the other after
After a certain time an impulse to switch the distributor to control the hydraulic
The cylinder is in a position in which the connection between the pump and the working chamber of the hydraulic cylinder is interrupted. The interval between the connection of both switches is determined by the time to the glow operation.
By adjusting the distance between both switches it is possible to adjust the time interval between their actuation, i.e. H. between switching them on and off. It is practically advantageous if the switch for switching on the glow current is activated immediately when the pressure fluid begins to flow from the pressure regulator via the hydraulic time relay through the pipeline into the drainage container.
A pressure gauge with an incandescent lamp serves as a practical aid for setting the appropriate distance between the switch contacts. The pressure gauge is hydraulically connected to the working space of the hydraulic cylinder and the incandescent lamp is electrically connected to the primary circuit of the welding converter.
By following the peak of the compression pressure on the manometer at the moment the welding current transition ends by checking the light bulb, it is possible to monitor whether both actions are taking place at the same moment or, after the
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If there is a non-uniformity, set both switches so that the termination of the welding current transition and the peak of the contact pressure are brought into line.
Further details of the invention are explained using a hydraulic welding press according to the example of the illustration in FIGS. 1-4. 1 shows schematically a hydraulic welding press according to the invention. FIG. 2 shows schematically in a longitudinal section the displaceable distributor for controlling the inflow and outflow of the pressure medium into the main press cylinder. FIG shows a two-stage pressure regulator in longitudinal section. FIG. 4 schematically shows a hydraulic time relay in longitudinal section. FIG. 5 shows in a diagram a profile of the contact force and the welding current during welding without annealing and in FIG. 6 with annealing represent.
The hydraulic welding press according to the invention, which is shown in FIGS. 1-4, basically consists of a press cylinder 1 with a press piston 2 on which a movable electrode
3 is attached; a lower immovable electrode 4 is fixedly attached opposite this movable upper electrode. The objects 5 and 6 intended for welding, which are shown in the position prior to welding, are placed on the lower immovable electrode. The electrodes 3 and
4 are connected to the secondary circuit 7 of the welding converter 8, the primary winding 9 of which is connected to the
Source 10 of the electric current is connected by means of an electronic control 11.
To the working space 14 of the press cylinder 1 via the press piston 2 is through a hydraulic pipeline a and to the displacement 15 under the press piston 2 of the press cylinder 1 by a hydraulic
Pipeline b is connected to a displaceable distributor 12 which is connected by pipeline c to the pump 13 which is connected to the container 16 by pipeline d. The displaceable distributor 12 can be adjusted in one direction by the electromagnet 17 and in the other direction by the spring 18. The working space 14 of the hydraulic cylinder 1 is connected by the pipe c 'to the second displaceable distributor 19, which connects this working space 14 of the press cylinder 1 to the pressure regulators 20 or 21 via the pipe a' or b '.
The sliding one
Manifold 19 is designed similarly to the four-way sliding manifold 12 and is through a
Electromagnet 22 and a spring operated, which is similar to the spring 18 of the displaceable distributor 12.
Downstream of the pressure regulator 20, a hydraulic time relay 23 is installed in the drain pipe e, which is connected to the container 16 through another drain pipe g. The hydraulic time relay 23 actuates limit switches 24 and 25.
Likewise, a hydraulic time relay 26 is arranged on the pressure regulator 21 in the discharge pipe f, which is connected to the container 16 by another discharge pipe h. The hydraulic time relay 26 actuates further limit switches 27 and 28 again. The limit switch 24 is via a
Switch 32 is connected to the electronic control 11 via a regulator 33 of the pause in such a way that it issues a pulse for the welding current transition. The limit switch 25 actuates the electromagnet 22 of the displaceable distributor 19.
The limit switch 27 of the hydraulic timing relay 26 is electrically connected to the coil of the electrical relay 31, which alternately switches on either a potentiometer 29, which determines the intensity of the welding current 11, or a potentiometer 30, which determines a reduced glow current L . The limit switch 28, on the one hand, actuates the electromagnet 17 of the displaceable distributor 12 and, on the other hand, the coil of the switch 32, which is included in the circuit of the limit switch 24 for switching on the welding current. In the circuit of the limit switch 28 there is a switch 34 which gives the impulse to start welding.
A manometer 52 is connected to the working space 14 of the press cylinder 1 and shows the press pressure. In the manometer 52 a lamp 51 is attached, which is electrically connected to the primary circuit
9 of the welding converter 8 is connected in such a way that the lamp lights up when the welding current passes through, which enables visual control of the passage of the welding or glow current and the passage of the contact pressure.
The distributors 12 and 19 are also displaceable in a manner known per se as four-way
Executed distributor, the piston of which is adjustable by the electromagnet 17 or 22 and the spring 18.
Each of the two-stage pressure regulators 20 and 21 is implemented in a manner known per se. Its cone 35 is pressed onto the seat with a diameter dl by a spring 36 which is adjustable by a screw 37. In a side wall of the pressure regulators 20 and 21 there is a drain opening 39.
When the pressure increases in the supply line a 'of the regulator 20, a pressure is first generated which corresponds to the clamping force Pl, i.e. H. corresponds to the spring force 36 and the seat surface of diameter d1.
When this pressure is reached, the cone 35 is lifted and the pressure fluid begins to apply
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To act on the entire area of the cone 35 with a diameter d2, pushes the cone 35 upwards and flows through the opening 39 into the pipeline e and into the hydraulic time relay 23.
The hydraulic time relay device 23 and 26 is again designed in a manner known per se.
In the lower wall of the body of the hydraulic timing relay 23 or 26 is an opening 40 for the inlet i of the power fluid into the chamber under the small piston 41, which is operated by a return spring
43 is pushed in the downward direction.
In the second upper chamber of the body of the hydraulic time relay is a second small piston with a spring 44, the lower end of which rests on the piston rod of the small piston 41. The space 46 above the small piston 45 is connected to a container 50 via a control valve 47, which is provided with a control screw 48, in such a way that the oil when the small piston 45 'is pressed in the upward direction can escape from the space 46 into the container 50.
The lower chamber of the body of the hydraulic timing relay 23 or 26 is provided with an opening 42 to which a drain pipe g or h is connected. The small piston 45 is provided with a shoulder 49, against which the switches 24 and 25 are arranged so that when the small piston 45 is pressed in the upward direction, these contacts after having passed a certain distance through the small piston Pistons 45 are turned on one after the other.
The hydraulic welding press for resistance welding according to the invention can be used for welding without annealing or with annealing, this annealing immediately after the end of the welding, i. i. is carried out after the end of the welding current passage. The course of the contact pressure by which the objects intended for welding are pressed against one another in the course of welding according to a certain program is shown on diagrams 5 and 6 by a solid line P and the course of the welding or welding process. The glow current is also denoted by a line I with a scalloped field at a time t, which is plotted on a horizontal coordinate Ox.
The index numbers in the basic designations P, I, t denote the partial values of the contact force, the electrical current and the time. The diagrams are explained in the description of the function of the hydraulic welding press according to the invention.
By turning on the switch 34 with a running pump 13, the displaceable distributor
12 is set so that the pressure fluid flows from the pump 13 into the working space 14 of the press cylinder 1 and escapes from the space 15 into the drain, so that the press piston 2 moves from top to bottom. The electromagnet 22 is without power and the displaceable distributor 19 connects the working space 14 of the press cylinder 1 with the pressure regulator 20, which determines the pressure value, the so-called clamping force, which acts as a peak force and is shown in diagrams 5 and 6 by the
Dimension Pl is designated, corresponds.
After lifting the cone 35 of the pressure regulator 20 and after
Penetration of the liquid into this regulator, the contact pressure is stabilized at the value of the so-called welding contact force, which is indicated on the diagrams 5 and 6 by the dimension P2.
When the welding press force P2 is reached, the contacts 24 are activated by the action of the hydraulic time relay 23 after the time t1, i.e. H. switched on in point A of diagrams 5 and 6 and so they give an impulse to the electronic control to connect the welding circuit. Because the switch contacts 24 are connected to the electronic control 11 via a known controller 33 of the pause, the mentioned electronic control 11 switches the
Welding current only starts after a certain time interval t2, which can be set on the pause regulator 33.
The beginning of the welding current effect is indicated by point B. After a lapse of time t5 after switching on the switch contacts 24, the further movement of the piston 45 with the
Approach 49, the switch contacts 25 turned on; as a result, the electromagnet 22 receives the current and adjusts the displaceable distributor 19 so that it has the pressing chamber 14 of the in point C of the diagram
Press cylinder 1 with the pressure regulator 21 connects. After a constant time, which is denoted by t4 on diagrams 5 and 6, at point D the pressure in cylinder 1 rises to a value which corresponds to the compressive pressure force P3. This pressure acts as a peak pressure and immediately drops to a value -which corresponds to the so-called forging contact force P4, which at point E after
Time lapse t6 is reduced.
The time t4 is constant and is due to the delay effect of the hydraulic
System given from the moment the sliding distributor 19 is set.
As has been described, the time t2 can be set continuously by the pause controller 33 or by some other known type and the time t5 can again be set continuously by means of 48 of the hydraulic time relay 23. By regulating these two times t2 and t5 it is possible
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Lich, to set or change the position of the pressure peak, which corresponds to the upset contact force P3 with regard to the course of the welding current. It is advantageous to the greatest possible extent if a maximum of the upsetting force P3 acts precisely on the end of the welding current junction 11, ie. H. at point D, when the temperature in the weld joint being formed is the most advantageous.
The search for this advantageous position of the pressure peak is made easier by the signal lamp which is attached directly to the dial of the manometer 52. The manometer 52 is connected to the press chamber 14 of the press cylinder 1 and shows the course of the pressing force. The lamp 51 is connected to the primary circuit 9 of the welding converter 8 and signals the course of the welding current. By comparing the pointer deflection of the manometer 52, which shows the pressure curve, with the lamp, it is possible to visually check and then, in the manner described, the peak of the compression contact force at the most advantageous moment with regard to the transition or the interruption of the Set welding current.
Sometimes the welded joint has to be annealed, as shown in diagram 6, for example. An electric current is regularly used for such annealing, which by means of the electronic control 11 pulsates and is lower than the welding current in order to avoid excessive heating of the objects intended for welding. For the purpose of annealing, a further potentiometer is used in addition to the potentiometer 29, which determines the welding current 11
30 used, which determines the electric glow current li. The course of the welding process is the same as on diagram 5 up to point D, i.e. That is, until the moment when the objects to be welded are compressed by the increased upsetting force P3.
At this moment the switch contacts 27 are interrupted, the relay 31 loses its current, switches off the potentiometer 29 and switches on the potentiometer 30, which is set to the glow current of a magnitude L. At the same time at the beginning of the glow the contact pressure decreases from the value
P3 to the value P4 at which the annealing is carried out. After the time t6, which is on the hydraulic time relay 26, d. H. is set in point E, the switch contacts 28 are interrupted. As a result, the electromagnet 17 loses the current and the displaceable distributor 12 is moved into a position for the return of the plunger 2.
Simultaneously with the electromagnet 17, the switch 32 also loses the current and is interrupted, whereby the glow current transition is ended. Since the hydraulic pressure system has a certain
Delay, the pressure practically ceases to act with a small delay after the glow current has been interrupted. After the pressure in the space 14 of the press cylinder 1 has disappeared, the movable electrode 2 is removed at a short interval in the direction of the objects intended to be welded, due to the displacement 15 acted upon via the displaced manifold 12 and the line b Glow current has been interrupted, the contact surface cannot burn off.
The electrode 2 moves away from the objects intended for welding very quickly, so that the contact surface of the object intended for welding cannot be hardened by the contact with the cooled electrode. The hydraulic welding press according to the invention enables a simplified and improved exact regulation of the program progression of the pressures and furthermore enables this program progression in exact correspondence with the progression of the welding or welding. of the glow current, which is very important for resistance welding, in which the individual sub-operations take place in very short time intervals.
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