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mung in einem kürzeren Schweisszeitraum, erreicht werden, wodurch im Ergebnis eine umso grössere
Metalleinsparung erzielt wird, je grösser der Querschnitt der zu verschweissenden Werkstücke ist.
Bekannt ist eine Einrichtung für die Steuerung der Bewegungsgeschwindigkeit der zu ver- schweissenden Werkstücke beim Widerstandsabbrennstumpfschweissen (US-PS Nr. 3, 335, 257), welche einen Hydraulikzylinder, durch den die relative Verlagerung der zu verschweissenden Werkstücke sichergestellt wird, ein hydraulisches Folgeschaltventil, das den Hydraulikzylinder steuert und aus einem Gehäuse und einer federbelasteten Stange besteht, ein Getriebe, das auf die Stange des hydraulischen Folgeschaltventils einwirkt, einen Gleichstrommotor, durch den die Näherungsgeschwin- digkeit der zu verschweissenden Werkstücke bestimmt wird, sowie eine elektrische Einheit für die
Steuerung der Drehgeschwindigkeit des Motors enthält.
Die Steuereinheit enthält eine Amplidyne, deren Steuerwicklung an eine Sollspannungsquelle (die Näherungsgeschwindigkeit der zu verschwei- ssenden Werkstücke wird vorgegeben) angeschlossen ist. Die gleiche Steuerwicklung der Amplidyne ist an einen Schweissstromgeber angeschlossen. Bei einer Überschreitung des vorgegebenen Schweiss- strombezugspegels fliesst durch die Steuerwicklung ein Strom, der eine algebraische Summe des Soll- signals und jenes Teils des Rückkopplungssignals darstellt, der den vorgegebenen Bezugspegel überschreitet.
Dadurch, dass die Einrichtung ein mechanisch gesteuertes hydraulisches Schaltventil sowie ein Getriebe mit unvermeidlichen Spielräumen im Triebwerk enthält, ist die Schnellwirkung der genannten Einrichtung ziemlich begrenzt. In den mit einer derartigen Einrichtung bestückten Stumpfschweissmaschinen wird der Umkehrbefehl erst nach 0,7 bis 1 s ausgeführt. Durch diesen Umstand wird eine operative Steuerung des Schweissvorganges verhindert, was besonders beim Schweissen von kompakten Werkstücken mit einem grossen Querschnitt sowie von dickwandigen Werkstücken von Bedeutung ist.
Bekannt ist ebenfalls eine Steuereinrichtung für eine Widerstandsabbrennstumpfschweissmaschine (US-PS Nr. 3, 555, 237), die einen Schweisstransformator enthält, in dessen Primärwicklung ein Geber der Spannung an den zu verschweissenden Werkstücken eingeschaltet ist, der mit einem elektrohydraulischen Antrieb zur Verstellung der beweglichen Maschinenplatte über eine Antriebssteuereinheit verbunden ist.
Die Steuereinheit ergibt Befehle an die elektrische Spule des elektrohydraulischen Ventils des Verstellantriebs, wobei pro Halbperiode des Speisenetzes die Stromrichtung und-stärke in der elektrischen Spule geändert wird, wodurch die Richtung und das Volumen der hydraulischen, durch das elektrohydraulische Ventil des Antriebs strömenden Flüssigkeit geändert wird sowie eine entsprechende impulsartige Bewegung der Maschinenplatte zustandegebracht wird.
Die Steuereinheit enthält einen Schnellschaltkreis, der mit der erwähnten elektrischen Spule verbunden ist. Die Stromstärke und-richtung in der elektrischen Spule hängt von der Spannung an den zu verschweissenden Werkstücken ab, wobei bei einer Vergrösserung dieser Spannung die Periode der Vorwärtsbewegung der Maschinenplatte innerhalb jeder Halbperiode vergrössert und bei einer Verringerung dieser Spannung die Vorwärtsbewegung der Maschine verringert und die entsprechende Rückwärtsbewegung vergrössert wird.
Der Schnellschaltkreis der Steuereinheit enthält zwei Transistoren, zwischen deren Kollektoren eine elektrische Spule in Reihe mit zwei Potentiometern und parallel zu diesen geschalteten Dioden eingeschaltet ist. Die Basis des einen der Transistoren ist über einen Widerstand mit dem Kollektor des andern Transistors verbunden. Wenn der zweite Transistor sperrt, ist deswegen der erste Transistor unbedingt leitend und der Speisestrom verlagert den Schieber an der Öffnung des elektrohydraulischen Ventils über die Spule und den leitenden Transistor derart, dass die Maschine sich vorwärts bewegt, der Strom wird über die Spule durch eines der Potentiometer geregelt und das andere ist dabei durch die Diode geshuntet ; durch die Stromänderung wird die Bewegungsgeschwindigkeit geregelt.
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Die Basis des zweiten Transistors ist mit dem Ausgang eines Schmitt-Triggers verbunden, an dessen Eingang die der Schweissspannung proportionale Rückkopplungsspannung angelegt wird, die vom Schweisstransformator abgenommen wird.
Wenn die Rückkopplungsspannung die Ansprechschwelle des Schmitt-Triggers überschreitet, kippt er, und der zweite Transistor der Steuerschaltung wird leitend, jedoch der erste Transistor sperrt. Im Ergebnis wird die Stromrichtung in der Spule auf die entgegengesetzte geändert und die bewegliche Maschinenplatte beginnt die Rückwärtsbewegung. Die Bewegungsgeschwindigkeit kann durch das Potentiometer eingestellt werden, das durch die Diode nicht geshuntet ist.
Durch diese Einrichtung wird ein stabiler Abbrennvorgang sichergestellt, weil sie es ge- stattet, auf die Änderungen der Schweissspannung während jeder Halbperiode zu reagieren.
Infolge eventueller Änderung der Schweissspannung in einem breiten Bereich ist es jedoch schwierig, eine reproduzierbare Erwärmung der zu verschweissenden Werkstücke zu erreichen. Die unvermeidliche zeitliche Schwankung der Netzspannung und der Maschinenimpedanz führt ausserdem beim Einsatz der genannten Steuereinrichtung zur Änderung der Kenndaten des Vorgangs selbst.
Die konstante vorgegebene Geschwindigkeit der Näherung und der Auseinanderführung der zu ver- schweissenden Werkstücke führt beim Vorhandensein der genannten Störungen zur Änderung der Ab- brennintensität der zu verschweissenden Werkstücke und als Folge zu einer unstabilen Erwärmung, wodurch die Qualität der Schweissverbindung verschlechtert wird.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Steuereinrichtung für eine Widerstandsabbrenn- stumpfschweissmaschine zu schaffen, durch die die Qualität der Schweissverbindungen auf Grund der Stabilisierung der Erwärmung der zu verschweissenden Werkstücke verbessert wird.
Die gestellte Aufgabe wird dadurch gelöst, dass in einer Steuereinrichtung für eine Wider- standsabbrennstumpfschweissmaschine, die einen Schweisstransformator enthält, in dessen Primär- wicklung ein Geber der elektrischen Kennwerte des Schweissvorganges eingeschaltet ist, der mit einem elektrohydraulischen Antrieb für die Verlagerung der beweglichen Maschinenplatte über eine
Steuereinheit des Antriebs verbunden ist, erfindungsgemäss die Steuereinheit des Antriebs in Form von zwei Differenzverstärkern ausgebildet ist, bei denen die einen Eingänge mit dem Ausgang des
Gebers der elektrischen Kennwerte des Schweissvorganges verbunden sind, als welcher ein Schweiss- stromgeber eingesetzt ist, und an die.
andern Eingänge der Differenzverstärker eine Sollspannungs- quelle angeschlossen ist, dass der Ausgang jedes der Differenzverstärker über je einen Transistor und je einen Spannungsteiler an den Eingang eines Operationsverstärkers angeschlossen ist, wobei die am Eingang des Operationsverstärkers jeweils anliegende Spannung der beiden Spannungsteiler durch ihr für die beiden Spannungsteiler verschiedenes Vorzeichen die Bewegungsrichtung des elektrohydraulischen Antriebes bestimmt, und dass der Ausgang des Operationsverstärkers an den Eingang des elektrohydraulischen Antriebs zur Verlagerung der beweglichen Maschinenplatte angeschlossen ist, wobei in den Primärkreis des Schweisstransformators eine Einheit zur Konstanthaltung der Schweissspannung eingeschaltet ist, deren Steuereingang an die Sekundärwicklung des Schweisstransformators angeschlossen ist.
Eine derartige Ausführung der Steuereinheit des Antriebs sowie das Vorhandensein der Einheit für die Konstanthaltung der Schweissspannung und der Sollspannungsquelle gestatten es, durch die Stabilisierung der intensiven Erwärmung der zu verschweissenden Werkstücke die Qualität der Schweissverbindung bei erhöhter Arbeitsleistung zu verbessern.
Nachstehend wird die Erfindung an Hand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert ; es zeigen : Fig. 1 ein Prinzipschaltbild einer erfindungsgemässen Steuereinrichtung für eine Widerstandsabbrennstumpfschweissmaschine ; Fig. 2 ein elektrisches Prinzipschaltbild eines erfindungsgemässen Spannungskonstanthalters ; Fig. 3 Diagramme, durch die die Funktion der erfindungsgemässen Steuereinrichtung für eine Widerstandsabbrennstumpfschweissmaschine erläutert wird.
Die erfindungsgemässe Steuereinrichtung für eine Widerstandsabbrennstumpfschweissmaschine enthält einen Schweisstransformator --1-- (Fig. 1), dessen Sekundärwicklung an Spannbacken --2, 3-- (die Backe --2-- ist auf der beweglichen und die Backe --3-- auf der unbeweglichen Maschi-
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---4Einheit --6-- zur Konstanthaltung der Schweissspannung angeschlossen, deren Steuereingang mit der Sekundärwicklung des Schweisstransformators --1-- verbunden ist. In den Kreis der Primärwick- lung des Schweisstransformators ist ein Schweissstromgeber --7-- eingeschaltet, der einen Strom- wandler --8-- enthält, der mit der Primärwicklung eines spannungserhöhenden Transformators - 9-- verbunden ist.
Die Sekundärwicklung des spannungserhöhenden Transformators --9-- ist an eine Gleichrichterbrücke --10-- angeschlossen, deren Ausgang an ein Potentiometer --11-- ange- schlossen ist. Der Ausgang des Schweissstromgebers --7-- ist an den einen Eingang einer Steuereinheit --12-- des Antriebs angeschlossen, deren zweiter Eingang mit einer Sollspannungsquelle - verbunden ist.
Die Steuereinheit --12-- des Antriebs besitzt zwei Differenzverstärker --14 und 15--, die mit den einen Eingängen über Eingangswiderstände --16, 17-- an ein Potentiometer --18-- angeschlossen sind, das mit der Sollspannungsquelle --13-- verbunden ist, und mit den andern Eingängen über Widerstände --19 und 20-- an das Potentiometer --11-- des Schweissstromgebers --7-- angeschlossen sind. Die Ausgänge der Differenzverstärker --14 und 15-- sind mit den Basen von Transistoren --21 und 22-- verbunden, deren Kollektoren an Latstwiderstände --23 und 24-- und an Potentiometer --25 und 26-- angeschlossen sind.
Der Lastwiderstand --23-- und das Potentiometer --25-- und der Lastwiderstand --24-- und entsprechend das Potentiometer --26-- bilden zwei Spannungsteiler.
Die Schleifer der Potentiometer --25 und 26-- sind über Eingangswiderständ --27 und 28-mit dem Eingang eines Operationsverstärkers --29-- verbunden. An den Ausgang der Steuereinheit - ist ein elektrischer Antrieb --30-- angeschlossen, der aus einem elektrohydraulischen Ventil --31-- besteht, das an den Ausgang der Steuereinheit --12-- angeschlossen ist, sowie einen durch dieses gesteuerten Hydraulikzylinder --32-- besitzt, durch den die zu verschweissenden Werkstücke --4 und 5-- verlagert werden.
Nachstehend wird das elektrische Prinzipschaltbild der Einheit --6-- zur Konstanthaltung der Schweissspannung (Fig. 2) in Details betrachtet. Die Einheit --6-- zur Konstanthaltung der Schweissspannung enthält ein Thyristorschütz --33--, eine Steuereinheit --34-- für das Thyristor- schütz --33-- und eine Speisequelle --35-- für die Steuereinheit --34--. Das Thyristorschütz - weist zwei gegensinnig eingeschaltete Leistungsthyristoren --36 und 37-- auf, deren Steuerelektroden über Dioden --38 und 39-- und Widerstände --40 und 41-- an die Sekundärwicklungen eines Transformators --42-- angeschlossen sind.
Die Primärwicklung des Transformators --42-- ist mit dem einen Ende an die Basis eines Unijunktionstransistors --43-- der Steuereinheit --34-- und mit dem andern Ende an einen Konden- sator-44-angeschlossen ; der Emitter des Transistors --43-- und die zweite Klemme des Kondensators --44-- der Steuereinheit --34-- sind miteinander verbunden und über einen Widerstand --45-- an den Kollektor eines Transistors --46-- angeschlossen. Die Basis des Transistors --46-ist über einen Widerstand --47-- an den Ausgang eines Verstärkers --48-- angeschlossen. An den einen der Eingänge des Verstärkers --48-- wird über einen Widerstand --49-- positive Spannung von einem Potentiometer --50-- angelegt.
Durch die Höhe dieser Spannung wird der anfängliche Stromflusswinkel der Thyristoren --36 und 37-- des Thyristorschützes --33-- bestimmt. Ein Widerstand --51-- ist zwischen dem Ein- und Ausgang des Verstärkers --48-- eingeschaltet und
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--48--.Potentiometers --55-- verbunden. Vom Schleifer des Potentiometers --55-- wird dem Eingang des Verstärkers --53-- negative Spannung zugeführt, durch die der Sollwert der Schweissspannung vorgegeben wird. Der zweite Eingang des Verstärkers --53-- ist über einen Widerstand --56-- mit dem Ausgang einer Gleichrichterbrücke --57-- verbunden, an deren Ausgang ein Filterkondensator - 58-- geschaltet ist.
Der Eingang der Gleichrichterbrücke --57-- ist an die Enden der Sekundärwicklung des Schweisstransformators --1-- angeschlossen. Der Verstärkungskoeffizient des Verstärkers --53-- wird durch einen Widerstand --59-- bestimmt, der zwischen dem Ein- und Ausgang des Verstärkers --53-- eingeschaltet ist. Von der Gleichrichterbrücke --57-- wird die der Schweissspannung proportionale, geglättete, positive Spannung über den Widerstand --56-- dem Eingang
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überschreitet, dem die Sollspannung U2 entspricht, nähern sich die zu verschweissenden Werkstücke - 4 und 5-- (Fig. l) mit einer vorgegebenen Geschwindigkeit.
Sobald der Schweissstrom 1 1 (Fig. 3) den Sollwert überschreitet, wird die Spannung U4 grösser als U2 und das Vorzeichen auf den Aus- gängen der Differenzverstärker --14 und 15-- (Fig. 1) wird sich sprunghaft von plus auf minus ändern. Im Ergebnis leitet der Transistor --21-- und shuntet das Potentiometer --25--, wobei die Näherung der zu verschweissenden Werkstücke --4 und 5-- gestoppt wird. Im gleichen Augenblick sperrt der Transistor --22-- und vom Schleifer des Potentiometers --26-- wird dem Eingang des Operationsverstärkers --29-- über den Widerstand --28-- Spannung mit positiver Polarität zugeführt, durch die die Geschwindigkeit der zu verschweissenden Werkstücke --4 und 5-- beim Auseinanderführen bestimmt wird.
Vom Ausgang des Verstärkers --29-- gelangt die Spannung auf den Eingang des elektrohydraulischen Ventils --31--, durch den die Zufuhr der Betriebsflüssigkeit in die Hohlräume des Hydraulikzylinders --32-- gesteuert wird.
Die Werkstücke --4 und 5-- werden auseinandergeführt, bis die Spannung U4 (Fig. 1 und 3) die Soll spannung U 2 überschreitet. Gleich nachdem die Spannung U4 geringer wird, kommen die Differenzverstärker --14 und 15-- (Fig. l) sprunghaft in die Ausgangsstellung, die zu verschweissenden Werkstücke-4 und 5-- beginnen sich wieder zu nähern und der Vorgang wiederholt sich.
Während des Schweissvorganges kann die Spannung an den zu verschweissenden Werkstücken - 4 und 5-- variieren, sowohl infolge einer Änderung des Schweissstroms, als auch infolge eventueller Netzschwankungen, sowie infolge einer Erhöhung der Maschinenimpedanz. Das alles zusammengenommen kann wesentlich die Stabilität der Erwärmung der zu verschweissenden Werkstücke --4 und 5-- und die Qualität der Schweissverbindungen beeinflussen.
Um diese Einflüsse auszuschlie- ssen, wird der Öffnungswinkel des Thyristorschützes --33-- der Einheit --6-- zur Konstanthaltung der Schweissspannung in Abhängigkeit von dem Istwert der Spannung an den zu verschweissenden Werkstücken --4 und 5-- geregelt, wodurch eine stabile Spannung auf den Werkstücken --4 und 5-- während des Schweissvorganges sichergestellt wird.
Die Erfindung kann beim Stumpfschweissen mit Maschinen zur Anwendung kommen, in denen ein schnellwirkender elektrohydraulischer Folgeantrieb eingesetzt wird. Zu derartigen Maschinen gehören vor allem solche, auf denen Werkstücke mit grossem durchgehendem Querschnitt, beispielsweise Schienen, Walzgut, Kurbelgehäuse von Lokomotivdieselmotoren oder Ringe gechweisst werden.