Nahtschweissmaschine Das Patent befasst sich mit dem Nahtschweissen bei der Serienfabrikation nahtgeschweisster Werk stücke und betrifft eine Nahtschweissmaschine mit Steuergerät sowie ein Verfahren zum Betrieb dieser Maschine.
Bei der Serienfabrikation nahtgeschweisster Werk stücke werden zuerst die günstigsten Betriebsdaten der Nahtschweissmaschine (z. B. Vorschubgeschwin digkeit, Schritt- oder Taktzeit, Schweissstrom und Stromzeit) durch Probeschweissungen ermittelt, und dann wird die Serie mit diesen Betriebsdaten ge schweisst. Beim Schweissen der Serie wird aber nicht immer die den Probeschweissungen entsprechende Güte der Schweissnaht erzielt, weil diese Güte durch Faktoren beeinflusst wird, welche bei der Probe schweissung nicht berücksichtigt werden können.
Bei spielsweise führt ein Schlupf der als Treibrolle die nenden Elektrodenrolle zu einer Abweichung der Vorschubgeschwindigkeit und des Punktabstandes, beim Schweissen am Rand von Werkstücken haben bei kleinem Abstand der Naht vom Rand bereits geringfügige Änderungen dieses Abstandes Schwan kungen des Wärmeableitungsverhaltens und damit der Schweisstemperatur zur Folge, verunreinigte, an gerostete oder oxydierte Stellen der Werkstückteile führen zu einem erhöhten Übergangswiderstand und setzen dadurch den Schweissstrom herab, durch Ab nutzung der Elektrodenrolle oder -rollen wird deren Lauffläche breiter, wodurch die Stromdichte in der Schweissstelle abnimmt, und der Radius der Elektro denrolle wird kleiner, wodurch die Vorschubge schwindigkeit und damit der Punktabstand kleiner werden.
Letzteres lässt sich zwar durch einen Reib radantrieb der Elektrodenrolle vermeiden, dadurch wird jedoch, abgesehen von den Schwierigkeiten der praktischen Durchführung, nur ein einziger der zahl reichen, unerwünschten Einflüsse auf die Güte der Schweissnaht beseitigt. Weitenhin beeinflussen Netz spannungsschwankungen die Güte der Schweissung. Eine Stabilisierung der Netzspannung (oder auch des Schweissstromes) ist zwar grundsätzlich möglich, ihr Nutzen ist jedoch, mindestens im Vergleich zum Auf wand, gering, weil auch dadurch nur eine einzige von. den zahlreichen Ursachen einer Herabsetzung der Güte der Schweissung behoben wird.
Das Patent bezweckt, eine Nahtschweissmaschine und ein Verfahren zu deren Betrieb zu schaffen, welche es ermöglichen, bei der Schweissung einer Serie trotz den genannten unerwünschten Einflüssen dieselbe Güte zu erzielen wie bei den Probeschwei ssungen, die mit den günstigsten Betriebsdaten durch geführt wurden.
Die erfindungsgemässe Nahtschweissmaschine hat ein licht- oder thermoelektrisches Organ, optische übertragungsmittel zur Übertragung der Strahlung eines an die Kontaktfläche zwischen einer Elektro denrolle und dem Werkstück angrenzenden Teiles der Werkstückaussenseite zum licht- oder thermo elektrischen Organ, einen Festwertregelkreis, dessen einstellbarer Festwert einer vorbestimmten Strahlung des genannten Teiles der Werkstückaussenseite ent spricht, dessen Messort dieser Teil der Werkstück aussenseite,
dessen Messfühler das licht- oder thermo- elektrische Organ und dessen Stellglied eine den Effektivwert des Schweissstromes beeinflussende Schaltung ist.
Nach dem erfindungsgemässen Verfahren zum Betrieb dieser Maschine wird bei ausser Betrieb ge setztem Regelkreis die Maschine zur Ermittlung der günstigsten Schweissbedingungen betrieben, während eines Probelaufes unter diesen Bedingungen der Fest wert am Regelkreis eingestellt und dann die Werk stückserie mit in Betrieb gesetztem Regelkreis ge schweisst. In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes dargestellt. Die einzige Figur zeigt schematisch für den vorliegenden Zusammen hang wesentliche Teile einer Nahtschweissmaschine mit Steuergerät. Im Zusammenhang damit wird auch das erfindungsgemässe Verfahren zum Betrieb dieser Maschine beispielsweise beschrieben.
Die dargestellte Maschine hat ein Elektroden rollenpaar, bestehend aus einer Treibrolle 1 und einer Schlepprolle 2, deren Wellen mit 11 und 21 bezeichnet sind und in nicht dargestellten Lagern laufen. Die Treibrolle 1 ist von einem Elektromotor 12 angetrieben. Als Werkstück 3 sind zwei Bleche 31 und 32 dargestellt, wobei die Spur der Treibrolle 1 auf dem Blech 31, unter welcher die Schweissnaht verläuft, durch eine gestrichelte Doppellinie 33 an gedeutet ist. Die Elektrodenrollen 1 und 2 sind je an ein Ende der Sekundärwicklung 42 eines Schweiss transformators 4 angeschlossen. Die Primärwicklung 41 des Transformators 4 liegt in Reihe mit zwei antiparallel geschalteten Ignitrons 51 am Wechsel stromnetz.
Die Ignitrons 51 sind von zwei Thyratrons 52 gesteuert, deren Gitter über einen Transformator 53 von einer im einzelnen nicht dargestellten An schnittsteuerschaltung 54 gesteuert sind, die ihrerseits durch eine im einzelnen nicht dargestellte Programm steuerschaltung gesteuert und ausserdem durch eine Regelspannung beeinflussbar ist, deren Erzeugung im folgenden beschrieben wird.
Ein als Lichtleiter 6 dienender Stab oder ein Faserbündel aus durchsichtigem Material ist mit einem Ende auf einen Teil des Bleches 31 gerichtet, welcher an die Kontaktfläche zwischen der Elek trodenrolle 1 und dem Werkstück 3 angrenzt, und mit dem anderen Ende auf eine Photodiode 7 ge richtet. Die Photodiode 7 ist ausserhalb des vom Schweissstromkreis (Sekundärkreis des Transforma tors 4) umschlossenen Bereiches, also ausserhalb des starken Magnetfeldes, angeordnet und erhält durch den Lichtleiter 6 eine Licht- bzw. Infrarotstrahlung von einer Stelle der Aussenseite des Werkstückes 3, welche der zwischen den Werkstückteilen 31 und 32 befindlichen Schweissstelle benachbart ist.
Zwei Röh ren 81 und 82 und zwei Widerstände 83 und 84 bilden eine Brückenschaltung, die mittels eines Po tentiometers 85 abgeglichen werden kann. Der Wider stand des durch die Röhre 82 gebildeten Zweiges dieser Brückenschaltung hängt von der Intensität der Strahlung ab, welche durch den Lichtleiter 6 an die Photodiode 7 gelangt. 86 bezeichnet einen den beiden Röhren 81 und 82 gemeinsamen Kathoden widerstand, 87 ist ein in Reihe mit der Photodiode 7 an der die Brücke speisenden Spannung liegender Widerstand.
Die Ausgangsspannung der Brücken schaltung, welche an den Anoden der Röhren 81 und 82 auftritt, kann mittels eines Umschalters 9 wahlweise an ein als Brückenindikator dienendes Messinstrument 88 (Schalterstellung I des Umschal ters 9) gelegt oder in Reihe mit der Spannung, welche die Programmsteuerschaltung 55 liefert, der An- schnittsteuerschaltung 54 zugeführt werden, um den Phasenanschnitt des Schweissstromes zu beeinflussen (Schalterstellung II). Der Umschalter 9 ist so aus geführt, dass die Verbindungen zwischen der Pro grammsteuerschaltung 55 und der Anschnittsteuer schaltung 54 nicht unterbrochen sind, wenn das Messinstrument 88 an die Brückenschaltung ange schlossen isst (Schalterstellung I).
Die Brückenschaltung 8l-87 und deren Speise spannung sind so bemessen, und die Ausgangsspan nung der Brückenschaltung ist mit einer solchen Polarität an die Anschnittsteuerschaltung 54 ange schlossen, dass der Phasenanschnitt des Schweissstro mes bei einer Abnahme der auf die Photodiode 7 treffenden Strahlung derart verzögert bzw. bei einer Zunahme dieser Strahlung derart beschleunigt wird, dass die Stelle der Aussenseite des Werkstückes 3, auf welche ein Ende des Lichtleiters 6 gerichtet ist, eine im wesentlichen konstante Temperatur erhält, indem jede Änderung dieser Temperatur sofort eine ihr entgegenwirkende Änderung des Effektivwertes des Schweissstromes bewirkt.
Wie ersichtlich, enthält die Steuerschaltung der Maschine einen Festwertregelkreis, dessen Festwert eine vorbestimmte Strahlung des betreffenden Teiles der Werkstückaussenseite ist, dessen Messort dieser Teil der Werkstückaussenseite, dessen Messfühler die Photodiode 7 und dessen Stellglied die Brückenschal tung 81-87 und die Anschnittsteuerschaltung 54 ist. Der Festwert, bei dessen Abweichungen der Regel kreis wirksam wird, ist am Potentiometer 85 einstell bar. Der Regelkreis kann mittels des Schalters 9 ausser Betrieb gesetzt werden.
Zur Serienfabrikation nahtgeschweisster Werk stücke mit der beschriebenen Maschine werden in der Stellung I des Schalters 9 Probeschweissungen durchgeführt, um die günstigsten Schweissbedingun- gen zu ermitteln. Dann werden die Betriebsdaten der Maschine entsprechend diesen Bedingungen ein gestellt, und es wird dann während eines Probelaufes der Maschine unter diesen Bedingungen die Brücken schaltung durch Betätigung des Potentiometers 85 und Beobachtung des Messinstrumentes 88 abge glichen. Danach wird der Schalter 9 in die Stellung II gebracht und die Serie bei dieser Schalterstellung geschweisst.
Solange die Stelle der Aussenseite des Werkstük- kes, deren Strahlung durch den Lichtleiter 6 zur Photodiode, 7 geleitet wird, dieselbe Intensität hat, welche sie beim Probelauf unter den festgestellten, günstigsten Bedingungen hatte, bleibt die Brücken schaltung abgeglichen, so dass sie die Anschnittsteue- rung nicht beeinflusst. Der Anschnitt der Schweiss stromhalbwellen erfolgt also gemäss dem durch die Probeschweissungen ermittelten günstigsten Wert.
So bald jedoch eine Störung des Schweissvorganges auf tritt, beispielsweise ein Schlupf der Treibrolle 1, eine Unregelmässigkeit der Wärmeverteilung im Werk stück durch eine Abweichung des Abstandes zwischen der Laufbahn der Elektrodenrollen 1 und 2 und der dieser benachbarten Kante des Werkstückes 3, eine verunreinigte, angerostete oder oxydierte Stelle des Werkstückes 3 zwischen die Elektrodenrollen 1 und 2 gelangt, eine Schwankung der Netzspannung,
eine Verbreiterung der Lauffläche der Elektroden rolle oder eine Verkleinerung des Durchmessers der selben infolge Abnutzung oder eine Störung in der Steuerschaltung auftritt, ändert sich die Intensität der an die Photodiode 7 geleiteten Strahlung, das Gleichgewicht der Brückenschaltung wird gestört, und die Ausgangsspannung der Brückenschaltung be einflusst den Phasenanschnitt der Schweissstromhalb wellen derart, dass die Temperatur der Schweissstelle trotz der Störung denjenigen Wert hat, der den durch die Probeschweissungen ermittelten günstigsten Betriebsdaten entspricht.
An Stelle des Lichtleiters 6 können auch andere optische Übertragungsmittel, beispielsweise eine Lin senoptik, Verwendung finden. Auch kann die Photo diode beispielsweise durch eine Photozelle oder einen Photowiderstand oder ein nur auf Wärmestrahlung ansprechendes Organ ersetzt werden. Um eine Be- einflussung des Regelkreises durch eine fremde Licht strahlung, beispielsweise die Beleuchtung des Ar beitsraumes, auszuschliessen, kann ein Infrarotfilter in den Weg der Strahlung zur Photodiode eingesetzt werden. Der Schweissstrom kann statt durch eine Phasenanschnittsteuerschaltung auch beispielsweise durch einen magnetischen Verstärker geregelt wer den.