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Die Erfindung bezieht sich auf eine Regeleinrichtung für Maschinen zum Widerstandsstumpfschweissen von Werkstücken durch Abschmelzen, bestehend aus einem auf dem Maschinengestell montierten Schweisstransformator mit einer Primär- und einer Sekundärwicklung, welche an eine feste und an eine mittels eines Vorschubwerkes bewegbare Klemme angeschlossen ist, sowie aus einem Regler für die Verschiebungsgeschwindigkeit der bewegbaren Klemme während des Schweissvorganges, mit einem Stellglied, das auf das Steuerglied des Vorschubwerkes einwirkt.
Nebeneinander liegende Kanten zweier Metallstreifen oder eines rohrförmig gebogenen Metallstreifens können mittels Lichtbogenschweissung verbunden werden. Diese Arbeit kann automatisiert werden, was Regeleinrichtungen für den Lichtbogen bedingt, SolcheRegeleinrichtungen (s. z. B. Schweizer PatentschriftNr. 504268, österr. Patentschrift Nr. 230500) können insbesondere auf eine Regelung des Schweissstromes abzielen, wobei jedoch bei ihrem Aufbau aus an sich durchaus bekannten Elementen die Besonderheit der Lichtbogencharakteristik nicht ausser Betracht bleiben kann, von der ihre Funktion nicht unabhängig ist.
Bekannt ist auch eineRegeleinrichtung für die Vorschubantriebe für Schweisswerkzeuge, z. B. Schweisselek-
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andere innerhalb eines rohrförmig gebogenen Bleches entlang der herzustellenden Schweissnaht geführt ist. Die Regeleinrichtung zielt darauf ab, für einen Gleichlauf der beiden mechanisch miteinander nicht verbundenen Wagen zu sorgen. Zu diesem Zweck ist an einem Wagen ein Erzeuger für ein Magnetfeld vorgesehen, das mit einem Kern od. dgl. an dem andern Wagen zusammenwirkt und dessen mit der Relativlage dieser beiden Bestandteile korrespondierende Änderungen zur Steuerung der Antriebsmotoren für die Vorschubantriebe ausgenützt sind. Auf den Schweissvorgang übt diese Regeleinrichtung keinerlei Einfluss aus.
Die Einbeziehung des Schweissvorganges in den Wirkungsbereich von Regeleinrichtungen ist aber insbesondere bei Maschinen zum Widerstandsstumpfschweissen von Bedeutung, wenn mit diesen einwandfreie Schweissnähte hergestellt werden sollen.
Bei den bekannten Maschinen ist es nachteilig, dass mit deren Regeleinrichtungen die Abschmelzgeschwindigkeit hauptsächlich nach einem genau vorgegebenen Programm gesteuert wird, wobei der Einfluss von zufälligen Störfaktoren, die Stabilität und die thermische Wirksamkeit des Abschmelzprozesses nicht in Betracht gezogen werden.
Es ist das Ziel der Erfindung die erwähnten Nachteile zu beseitigen. Dieses Ziel ist mit Regeleinrichtungen und Maschinen des eingangs umrissenen Aufbaues erreichbar, bei welchen erfindungsgemäss der Regler eingangsseitig zwei Wechselstrom-Gleichstromumformer aufweist, von denen der eine parallel zur Primärwicklung und der zweite parallel zur Sekundärwicklung des Schweisstransformators geschaltet ist, wobei weiters an den Ausgang des ersten Umformers ein Potentiometer und an dessen Ausgang ein zweites Potentiometer gelegt ist, von welchen Potentiometern die Abgriffe an einen Verstärker zum Nullpunktsabgleich über einen von zwei synchronisierten Zweistellungsumschaltern schaltbar sind,
wobei ferner in der einen der beiden Umschalterstellungen der Verstärkereingang in Reihe mit dem Ausgang des zweiten Umformers und dem Schleifer des ersten Potentiometers sowie der Verstärkerausgang an einen Umkehrmotor geschaltet ist, dessen Welle mechanisch mit dem Schleifer des ersten Potentiometers gekuppelt ist, und wobei in der anderen Umschalterstellung der beiden Umschalter der Verstärkereingang in Reihe mit dem Ausgang des zweiten Umformers und dem Schleifer des zweiten Potentiometers sowie der Verstärkerausgang an das Stellglied des Reglers mit einem weiteren Umkehrmotor geschaltet ist. Eingestellt wird also das Verhältnis des Effektivwertes der elektrischen Spannung an den Schweissstücken während des Abschmelzens zum Effektivwert der Sekundärspannung des Schweisstransformators bei Leerlauf.
Nachstehend werden zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert, in denen Fig. 1 in einem Blockschaltbild das Widerstandsstumpfschweissen von Werkstücken durch kontinuierliches Abschmelzen gemäss der Erfindung und Fig. 2 ein elektrisches Prinzipschaltbild zur Regelung der Verschiebungsgeschwindigkeit der beweglichen Klemme während des Abschmelzens nach Fig. 1 zeigt.
Die dargestellte Maschine zum Widerstandsstumpfschweissen durch kontinuierliches Abschmelzen enthält ein Gestell (Fig. 1), einen Schweisstransformator --2--, eine bewegliche Klemme --3-- und eine unbewegliche Klemme --4-- für die Schweissstücke --5--, welche auf das Gestell aufgelegt sind. Die bewegliche Klemme --3-- und die unbewegliche Klemme --4-- für die Schweissstücke --5-- sind mit dem Schweisstrans- formator-2-über Stromführungen-6-verbunden. Die bewegliche Klemme --3-- wird längs des Gestells - mittels eines Steuerwerkes-7-verschoben, welches beispielsweise als hydraulische Kolben-Zylindereinheit ausgebildet sein kann. Das Steuerwerk --7-- wird von einem Steuerglied-8-z.
B. einem Dreistellungs-Folgekolben mit Kolbenstange gesteuert. Die Eingangsklemmen des der Regeleinrichtung zugehörigen Reglers --9-- für die Verschiebungsgeschwindigkeit der beweglichen Klemme --3-- während des Abschmelzens sind mit Wicklungsanschlüssen des Schweisstransformators --2--, die Ausgangsklemmen des Reglers mit dem Eingang eines Stellgliedes --10-- verbunden, welches während des Abschmelzens mit dem Steuerglied --8-zusammenarbeitet.
Das Stellglied --10-- kann als aus einer Spindel und einer Mutter bestehender Mechanismus ausgeführt
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sein, dessen Spindel an der Kolbenstange des Steuergliedes --8-- angreift, wogegen dessen Mutter durch einen Umkehrmotor, der im Stellglied --10-- eingebaut ist, in Drehung versetzt wird.
Das elektrische Prinzipschaltbild des Reglers --9-- für die Verschiebungsgeschwindigkeit der beweglichen Klemme --3-- und seine Schaltverknüpfung mit dem Schweisstransformator --2--, den Schweissstücken --5-- und dem Stellglied --10-- ist in Fig. 2 wiedergegeben.
Gemäss Fig. 2 weist der Regler --9-- eingangsseitig zwei Wechselstrom-Gleichstromumformer--11 und 12-auf. Der Eingang des einen Umformers --11-- ist an die Primärwicklung --13-- des Schweisstransformators - und der Eingang des andern Umformers --12-- an die Schweissstücke --5--, also parallel zur Sekundär- wicklung --14-- des Schweisstransformators --2-- geschaltet. Zur Vorrichtung --9-- gehören ferner ein Poten- tiometer --]5--, welches an den Ausgang des Umformers --11--, und ein weiteres Potentiometer --16--, das an den Ausgang des Potentiometers --15-- angeschlossen ist.
In die Schaltung des Reglers --9-- ist ein Umschalter --17--, der im Eingangskreis eines Verst --18-- liegt und ein zweiter Umschalter --19-- eingebaut, der in den Ausgangskreis des Verstärkers-18-- geschaltet ist. Diese beiden Umschalter --17, 19-sind miteinander zu einem synchronisierten Zweistellungsumschalter verbunden. In der Stellung I der beiden Umschalter --17 und 19-- ist der Eingang des Verstärkers -18-- in Reihe mit dem Ausgang des Umformers --12- und dem Ausgang des Potentiometers --15-- geschaltet und der Ausgang des Verstärkers --18-- an einen Umkehrmotor --20-- angeschlossen, dessen Welle mechanisch mit dem Schleifer des Potentiometers - 15-verbunden ist.
Bei der Stellung II der beiden Umschalter --17 und 19--liegt der Eingang des Verstärkers --18-- in Reihe mit dem Ausgang des Umformers --12-- und dem Abgriff des Potentiometers --16-- und der Ausgang des Verstärkers-18-- an dem weiteren Umkehrmotor --21-- des Stellgliedes --10--.
Die Wechselstrom-Gleichstromumformer --11 und 12-können in Form von Gleichrichtern oder quadratischen Detektoren ausgeführt sein.
Zum Durchführen des Schweissprozesses mit der erfindungsgemässen Vorrichtung müssen zuvor eine Reihe von Arbeitsgängen ausgeführt werden. Zu diesen gehören das Einstellen der Sekundärspannung E2xx bei Leerlauf des Schweiss-Transformators --2--, das Einspannen der beiden Schweissstücke --5-- in der beweglichen Klemme --3- bzw. der unbeweglichen Klemme --4--, das Einstellen der Anfangsgeschwindigkeit v. beim Verschieben der beweglichen Klemme --3-- während des Abschmelzens, das Einstellen der Stauchgeschwin-
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bei Leerlauf.
Die Sekundärspannung E2xx bei Leerlauf des Schweisstranformators --2-- wird mit einem in Fig. 2 nicht gezeigten Umschalter für die rimärwicklung --13-- des Schweisstransformators --2--, die Anfangsgeschwindigkeit Vo beim Abschmelzen von Hand mit Hilfe des Steuergliedes --8-- eingestellt. Der Zeitpunkt ts des Stauchbeginns und die Stauchgrösse-l-werden mittels Sollwertgebern, die in der Zeichnung nicht dargestellt
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Nach den obenbeschriebenen, vorbereitenden Arbeitsgängen wird der Schweisstransformator --2-- eingeschaltet und die Sekundärspannung des Transformators bei Leerlauf "gespeichert". Zu diesem Zweck werden die beiden synchronisierten Umschalter-17 und 19-- kurzfristig in die Stellung I gebracht und dann in die Stellung II zurückgeführt.
Bei in die Stellung I gebrachten Umschaltern --17 und 19-- sind an den Eingangskreis des Verstärkers - 18-gegenläufig in Reihe die Spannung U2 des Umformers --12--, die proportional der Sekundärspannung E2xx des Transformators ist, und die Ausgangsspannung Ui des Potentiometers --15--, die proportional der Speisespannung El des Transformators ist, gelegt.
Die Spannungsdifferenz AU =U1-U2 wird von dem Verstärker --18-- verstärkt und nach Massgabe der Ausgangsspannung des Verstärkers --18-- wird der Umkehrmotor --20-- in Drehung versetzt, der mechanisch mit dem Schleifer des Potentiometers --15-- verbunden ist. Hiebei wird zufolge der Drehrichtung des Motors - der Schleifer des Potentiometers --15-- so lang in der entsprechenden Richtung verschoben, bis die
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Empfindlichkeitsschwelle des Motors --20-- ab.
Da beim "Speichern" der Schweisstransformator praktisch nicht belastet ist, so tritt im Sekundärkreis die Leerlaufspannung E2xx auf, was zur Folge hat, dass die Spannungen U 1 und U2 proportional zu En.,-, werden :
U1-U2=K2E2xx.
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wobei K2 der Umwandlungsfaktor des Umformers --12-- ist.
Nachdem der Umkehrmotor --20-- die Abgleichstellung erreicht hat, werden die beiden Umschalter - n und 19-- aus der Stellung I in die Stellung II gebracht. Hiebei wird die Steuerwicklung --22-- des Motors --20- stromlos, was zur Folge hat, dass der Schleifer des Potentiometers --15-- in seiner Stellung verbleibt und die Grösse der mit der Sekundärspannung E2xx des Schweisstransformators bei Leerlauf übereinstimmenden Eingangsspannung U 1 dieses Potentiometers"gespeichert"wird.
Gleichzeitig gelangt, wenn die beiden Umschalter-17 und 19-- in die Stellung II gebracht werden, in den Eingangskreis des Verstärkers --18-- in Reihe und gegenläufig zur Ausgangsspannung U2 des Umformers - anstatt der Ausgangsspannung =KEn des Potentiometers --15-- die Ausgangsspannung U 3des Potentiometers --16--, die ein Teil der Ausgangsspannung Ul des Potentiometers --15-- ist :
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digkeit der beweglichen Klemme --3-- und des mit ihr eingespannten Schweissstücks --5-- in Richtung auf die unbewegliche Klemme--4-geregelt wird.
Nachdem die Schweissstücke --5-- einander berührt haben, fliesst durch den Sekundärkreis des Schweisstransformators --2-- Strom und das Abschmelzen der Schweissstücke beginnt.
Die Stromstärke in diesem Sekundärkreis hängt von der Geschwindigkeit ab, mit der sich die Schweiss- stücke --5-- einander nähern, Je grösser diese Geschwindigkeit ist, um so grösser wird die Stromstärke.
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ab, die an den Eingang des Umformers --12-- geführt wird. Daher wird beim Wachsen der Geschwindigkeit, mit der sich die Schweissstücke --5-- einander nähern, die Sekundärspannung E2 des Transformators --2-- geringer.
Offensichtlich ändert sich die Geschwindigkeit, mit der sich die Schweissstücke einander nähern, so lang, bis die Sekundärspannung des Transformators 2 einen Wert annimmt, bei dem die Spannung U2 am Ausgangdes
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Verschiebungsgeschwindigkeit der beweglichen Klemme während des Abschmelzens und das Stabilisieren des Verhältnisses der Spannung E2 im Sekundärkreis des Transformators --2-- beim Abschmelzen zur Spannung
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wirksamere Durchführung dieses Prozesses, weil die wichtigste Bedingung für stabiles Abschmelzen beim Widerstandsstumpfschweissen von Werkstücken die Begrenzug der dem Schweisstransformator entnommenen Leistung auf einen Wert ist, der die Leistung nicht überschreitet, für die dieser Tranformator ausgelegt ist.