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Bei einem Verfahren zur Steuerung insbesondere einer Schweißzange mit zwei relativ zueinander bewegbaren Schweißzangenarmen werden diese zum Setzen eines Schweißpunktes mit ihren entsprechenden Schweißelektroden mittels einer Antriebseinrichtung aneinander angenähert. Zwischen den Schweißelektroden kann sich dabei ein zu verschweißendes Material, wie beispielsweise zwei Bleche bei der Automobilherstellung, befinden. Zum Setzen des entsprechenden Schweißpunktes ist in der Regel ein bestimmter Arbeitsdruck erforderlich, mit dem die beiden Schweißelektroden aufeinander und insbesondere auf das zwischen ihnen befindliche Material aufdrücken. Um diesen Druck überwachen zu können, wird der gesamte Druckaufbau nach Annähern der Schweißelektroden bestimmt und überwacht bis ein vorgegebener maximaler Druck zum Setzen des Schweißpunktes erreicht ist. Die Annäherung der Schweißelektroden erfolgt durch eine auf zumindest einen Schweißzangenarm wirkende Antriebseinrichtung. Die Schweißzangenarme können in diesem Zusammenhang X-, C- oder auch andersförmig angeordnet sein. Als Antriebseinrichtung wird beispielsweise ein bürstenloser Gleichstrommotor eingesetzt, bei welchem ein erzeugtes Drehmoment in Relation zum Motor- oder Ankerstrom steht und aus dem Drehmoment ein zwischen den Schweißelektroden aufgebauter Druck ermittelt werden kann.
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Das heißt, dass durch Überwachung des Anker- beziehungsweise Motorstroms der Antriebseinrichtung entsprechend der Druckaufbau zwischen den Schweißelektroden und auch dessen Änderungen überwach- und steuerbar sind. Außerdem wird in der Regel noch die entsprechende Position des oder der Schweißarme durch einen zugehörigen Postionssensor überwacht, um den Motor- oder Ankerstrom in Abhängigkeit von der Position der Schweißelektroden relativ zueinander zu erhalten.
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In der Praxis hat sich herausgestellt, dass bei gleicher Positionierung der Schweißelektroden, das heißt bei gleichem Abstand zwischen den entsprechenden Schweißkappen der Schweißelektroden, nicht immer der selbe Druck vorliegt. Dies wurde zum Teil darauf zurückgeführt, dass sich aufgrund von Abnutzungen, Temperaturänderungen der Umgebung, durch Setzen von Scheißpunkten oder dergleichen Positions- oder Längenänderungen ergeben, die im Wesentlichen bei demselben Motorstrom zu unterschiedlichen Drücken führen können. Dies erfordert zur Kompensation gegebenenfalls eine Änderung des Anker- beziehungsweise Motorstroms, um den gewünschten Enddruck ausüben zu können.
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Um eine solche Kompensation, nicht durchführen zu müssen, ist beispielsweise bekannt, die Schweißzangenarme mit ihren Schweißelektroden im Wesentlichen mit konstanter Temperatur zu betreiben, wozu aufwändige Maßnahmen erforderlich sind.
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Selbst bei Aufrechterhalten einer konstanten Temperatur hat sich herausgestellt, dass auch bei anscheinend identischen Schweißelektroden beziehungsweise Abständen zwischen diesen durchaus noch Variationen im Anker- beziehungsweise Motorstrom im Bereich von mehreren Prozent zum Ausüben desselben Drucks vorliegen.
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US 5,616,999 A betrifft eine Drehmomentüberwachung, bei der eine entsprechende Welligkeit vermindert werden soll. Durch die Reduktion der Welligkeit soll sich bei Ausübung eines entsprechenden Drehmoments eine erhöhte Drehmomentstabilität ergeben. Entsprechende Einrichtungen zur Drehmomentüberwachung ist beispielsweise eine Drehmomenterfassung mit einem Ausfallschaltkreis und dergleichen.
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Die gattungsgemäße
EP 14 07 850 A2 beschreibt eine Schweißzange, bei der unterschiedliche Temperaturen kompensiert werden sollen. Dadurch soll sich die Möglichkeit ergeben, eine von der Temperatur unabhängige Druckkraft zwischen den Schweißzangen zu erzeugen. Einem Servomotor der Schweißzange ist hierzu ein Temperatursensor zugeordnet.
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DE 101 97 212 T5 beschreibt ein Motorsteuerungssystem, welches beispielsweise bei einer motorbetriebenen Spritzgussmaschine verwendet wird. Ein Drei-Phasen-Invertierteil dient zur Umwandlung einer DC-Spannung in eine AC-Spannung. Es wird außerdem ein Verriegelungs-Erfassungs-Signal erzeugt, das einen Verriegelungszustand eines entsprechenden Motors beschreiben soll.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, ein Verfahren der eingangs genannten Art dahingehend zu verbessern, dass auch ohne aufwändige Maßnahmen eine Kompensation möglich ist, so dass sichergestellt ist, dass jeweils der zum Setzen des Schweißpunktes erforderliche Anpressdruck relativ genau vorliegt.
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Diese Aufgabe wird durch einige weitere Schritte des entsprechenden Verfahrens gelöst, wobei zuerst eine Grundwelligkeit oder ein Grundstromrippel des Anker- beziehungsweise Motorstroms insbesondere vor Druckaufbau bestimmt wird, wobei sich diese Grundwelligkeit augrund von Feldstärkeschwankungen zwischen Rotor und Stator der Antriebseinrichtung ergibt und bestimmt ist durch die Anzahl der Wicklungen und Kommutationen bei einer entsprechenden Umdrehung von Rotor relativ zum Stator. Die Grundwelligkeit beziehungsweise der Grundstromrippel wird in Abhängigkeit von der relativen Drehstellung von Roter und Stator bestimmt.
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Nach Bestimmung der Grundwelligkeit wird diese zumindest für eine Umdrehung des Rotors relativ zum Stator abgespeichert.
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Zumindest in einem Arbeitspunkt, insbesondere Druckpunkt der Schweißzange, wird dann eine relative Drehstellung von Rotor und Stator bestimmt. Dazu ist der Antriebseinrichtung ein entsprechender Sensor zugeordnet. Dieser relativen Drehstellung von Rotor und Stator entspricht ein bestimmter Stromwert IP des Motorstroms, der aus der Grundwelligkeit in Abhängigkeit von der relativen Drehstellung ermittelt wird.
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In diesem Zusammenhang ist zu beachten, dass bei Druckaufbau der Strom sich aus einem ansteigenden nahezu linearen Anteil des Anker- oder Motorstroms und der diesem Anteil überlagerten Grundwelligkeit ergibt, wobei sich aufgrund dieser Grundwelligkeit am entsprechenden Arbeitspunkt eine analoge Druckwelligkeit ergibt. Ändern sich bestimmte Verhältnisse bei der Antriebseinrichtung oder der Schweißzange aufgrund beispielsweise von Abnutzungen, Temperaturänderungen oder dergleichen, führt dies im Prinzip zu einem Verrutschen der Grundwelligkeit entlang des ansteigenden Anteils des Anker- oder Motorstroms, so dass sich unterschiedliche Druckwelligkeiten ergeben können. Dies führt ebenfalls zu Variationen des einem vorbestimmten Enddruck zugeordneten Stromwertes des Anker- oder Motorstroms aufgrund dieser Druckwelligkeit. Um sicherzustellen, dass unabhängig von solchen möglichen Variationen beim Setzen des Schweißpunktes der erforderliche Anpressdruck (Enddruck) vorliegt, wird erfindungsgemäß der Stromwert IP um ein ΔI zum Kompensieren einer sich aufgrund der Druckwelligkeit ergebenden potentiellen Stromwertvariation am Arbeitspunkt aufgrund der Grundwelligkeit geändert.
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Die Änderung von Antriebseinrichtung und/oder Schweißzange, die sich beispielsweise durch Längenänderungen aufgrund von Temperaturänderungen, durch Abnutzen der Schweißkappen, durch Schweißkappenfräsen oder dergleichen ergeben, führen daher im entsprechenden Arbeitspunkt gegebenenfalls zu Variationen des Drucks selbst bei demselben Anker- oder Motorstrom aufgrund der sich durch diese Variationen ergebenden unterschiedlichen Druckwelligkeit.
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Diese Variationen der Druckwelligkeit am Arbeitspunkt werden erfindungsgemäß ausgeglichen.
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Es besteht erfindungsgemäß dabei die Möglichkeit, dass im Schritt b) die Grundwelligkeit als aktuell aufgenommene Messkurve abgespeichert wird, wobei es ebenfalls möglich ist, diese aktuell aufgenommene Messkurve der Grundwelligkeit durch eine mathematische Funktion zu approximieren und diese zu speichern.
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Ebenfalls möglich ist, dass die Schritte c) bis e) ohne ein zu verschweißendes Material zwischen den Schweißelektroden durchgeführt werden. In der Regel wird die relative Drehstellung von Rotor und Stator während des gesamten Betriebs der Schweißzange ermittelt. Dies kann allerdings auch unterbleiben, wobei es erfindungsgemäß ausreichend sein kann, wenn die relative Drehstellung erst bei Erreichen des Arbeitspunktes ermittelt wird. Ebenso ist es möglich, diese relative Drehstellung über einen vorgegebenen Drehwinkel des Rotors relativ zum Stator vor Erreichen des Arbeitspunktes zu bestimmen. Ein möglicher Drehwinkel in diesem Fall beträgt beispielsweise einige Grad, wie 1 Grad bis 10 Grad.
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Es gibt unterschiedliche Möglichkeiten zur Bestimmung des ΔI zum Kompensieren der potentiellen Stromwertevariation am Arbeitspunkt. Bei einem einfachen Ausführungsbeispiel wird ΔI als Unterschied zwischen dem aktuellen Stromwert, der entsprechend zur relativen Drehstellung von Rotor und Stator aus der Grundwelligkeit bestimmt wird, und dem dieser entsprechenden relativen Drehstellung nächstliegenden maximalen Stromwert der Grundwelligkeit bestimmt. Ebenso ist es möglich, statt des maximalen Stromwertes den nächstliegenden minimalen Stromwert oder auch einen zwischen diesen liegenden Stromwert festzulegen, wobei ΔI jeweils als Differenz zwischen diesem festgelegten Stromwert und dem entsprechenden Stromwert IP bestimmt wird.
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Technisch kann es auch aus Gründen der Computerisierung und Schnelligkeit als vorteilhaft erachtet werden, wenn im Schritt a) die Welligkeit bei einer Vielzahl von Abtastpunkten ermittelt und zur weiteren Verarbeitung digitalisiert wird.
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Die Grundwelligkeit kann vor einem ersten Einsatz der entsprechenden Schweißzange am Einsatzort entsprechend zu den Schritten a) und b) bestimmt und abgespeichert werden. Es besteht ebenfalls die Möglichkeit, bereits vor Einbau der entsprechenden Antriebseinrichtung beispielsweise beim Hersteller dieser Antriebseinrichtung die Schritte a) und b) durchzuführen und auf einem Datenträger die entsprechenden Daten abzuspeichern und die weiteren Schritte c) bis e) durch eine entsprechende Steuerung beispielsweise der Schweißzange aufgrund der abgespeicherten Daten durchzuführen.
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In der Regel ist es dabei zur Kompensierung der potentiellen Stromwertvariation ausreichend, wenn diese im Bereich nur einer Schwingung der Grundwelligkeit durchgeführt wird.
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Zwar wurde eingangs das entsprechende Verfahren insbesondere im Zusammenhang mit einer Schweißzange erläutert, wobei Gegenstand der Erfindung allerdings auch ein Verfahren zur Motorstromüberwachung und -variation ist, das unabhängig von einer Schweißzange auch bei anderen Einsatzgebieten einer entsprechenden Antriebseinrichtung verwendbar ist, bei der eine entsprechende Druckwelligkeit des Motorstroms auf der Grundlage der Grundwelligkeit wie eingangs beschrieben, kompensiert wird.
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Im Folgenden wird ein vorteilhaftes Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der beigefügten Figuren näher erläutert.
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Es zeigen:
- 1 eine seitliche Prinzipdarstellung einer X-förmigen Schweißzange;
- 2 einen Schnitt entlang der Linie II-II zur prinzipiellen Darstellung von Motor und Stator einer entsprechenden Antriebseinrichtung;
- 3 einen Graphen zur Darstellung einer approximierten Grundbeziehungsweise Druckwelligkeit;
- 4 den Verlauf eines Anker- oder Motorstroms zur Erzeugung einer entsprechenden Andruckkraft;
- 5 eine vergrößerte Darstellung des Details „X“ aus 4, und
- 6 eine Darstellung analog zu 1 für eine C-förmige Schweißzange.
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Das erfindungsgemäße Verfahren kann beispielsweise bei einer Schweißzange 1 nach 1 oder 6 eingesetzt werden, die zwei Schweißzangenarme 2, 3 aufweist, von denen zumindest einer mittels einer Antriebseinrichtung 9 relativ zum anderen um eine Achse verschwenkbar oder verschiebbar gelagert ist. Bei entsprechendem Verschwenken oder Verschieben des Schweißzangenarms werden die an freien Enden der Schweißzangenarme 2, 3 angeordneten Schweißelektroden 4, 5 aneinander angenähert und ein zwischen ihnen befindliches Material kann durch Setzen eines Schweißpunktes verschweißt werden. Bei dem dargestellten Prinzipbeispiel der Schweißzange nach 1 ist die Antriebseinrichtung zwischen den Schweißelektroden gegenüberliegenden Enden der Schweißzangenarme angeordnet.
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Die entsprechende Antriebseinrichtung 9 ist beispielsweise ein bürstenloser Gleichstrommotor mit Rotor 10 und Stator 11, siehe 2. Dabei entspricht 2 in etwa einem Schnitt entlang der Linie II-II aus 1. Zur Vereinfachung nicht dargestellt in 2 sind entsprechende Wicklungen beziehungsweise Permanentmagnete an Stator beziehungsweise Rotor und ebenfalls fehlen Kommutatoren oder dergleichen. Bei entsprechender Drehung des Rotors relativ zum Stator wird der Motor- beziehungsweise der Ankerstrom einerseits einen Gleichstromanteilen aufweisen, der entsprechend zur Last beziehungsweise zum aufgebrachten Druck ansteigt. Andererseits weist der Ankerbeziehungsweise Motorstrom einen variierenden Stromanteil 17 auf, der in 2 gestrichelt in Abhängigkeit vom Drehwinkel des Rotors relativ zum Stator prinzipiell dargestellt ist. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ergeben sich sechs Wellen der sogenannten Welligkeit des Anker- beziehungsweise Motorstroms. Die Anzahl der Wellen, auch Stromrippel genannt, ergibt sich durch die entsprechenden Wicklungen und Kommutationen der Antriebseinrichtung. Die in 3 dargestellte Welligkeit ist durch eine mathematische Funktion approximiert (hier beispielsweise ~ sin2 x) und gilt ohne Last bei einfacher Drehung der Antriebseinrichtung, wodurch sich eine entsprechende Grundwelligkeit 6 ergibt. Unter Last, das heißt bei Ausüben eines entsprechenden Drucks zwischen den Schweißelektroden ist diese Grundwelligkeit als Druckwelligkeit 8, siehe 4, dem Gleichstromanteil 14 des Anker- beziehungsweise Motorstroms 7 überlagert. Der Strom steigt dabei entsprechend zur ausgeübten Kraft beziehungsweise dem erzeugten Drehmoment der Antriebseinrichtung an bis zu einem maximalen Enddruck oder einer maximalen Endkraft 15 als Arbeitspunkt.
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In 5 ist eine vergrößerte Darstellung des Details „X“ aus 4 dargestellt. Hier ist insbesondere erkennbar, dass die Grundwelligkeit einem im Wesentlichen linear ansteigenden Anteil des Stromes überlagert ist, wodurch sich die entsprechende Druckwelligkeit 8 ergibt. Diese wird sich beispielsweise bei Längenänderungen in der Antriebseinrichtung, Temperaturänderungen, einem Kappenfräsen oder dergleichen entlang des im Wesentlichen linearen Anteils des Stroms verschieben, so dass die Druckwelligkeit unterschiedliche Phasenlagen aufweisen kann. Um diese unterschiedlichen Phasenlagen zu kompensieren, wird bei Erreichen des Arbeitspunktes 15 beziehungsweise Erreichen des bestimmten Drucks oder der vorbestimmten Kraft zwischen den Schweißelektroden die relative Drehstellung zwischen Rotor und Stator ermittelt, siehe beispielsweise 3. Dieser relativen Drehstellung entspricht bei der Druckwelligkeit ein Stromwert IP . Um im Bereich des Arbeitspunktes 15 immer auf einen festen Stromwert und damit Druckwert unabhängig von der obengenannten Verschiebung der Druckwelligkeit zu kompensieren, wird eine Differenz ΔI zwischen dem entsprechenden Stromwert IP und beispielsweise einem nächstliegenden Maximalwert IMAX aufgrund eines entsprechenden aus der Grundwelligkeit nach 3 ermittelten und IP um ΔI auf IMAX korrigiert. Dabei ist es ausreichend, wenn diese Korrektur innerhalb einer Schwingung der Grundwelligkeit erfolgt. Zum Vergleich ist für den entsprechenden Drehwinkel von Rotor und Stator auch in der Grundwelligkeit nach 3 der Stromwert IP und das zugehörige ΔI eingetragen.
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Erfindungsgemäß besteht daher die Möglichkeit, die Welligkeit des Anker- beziehungsweise Motorstroms einerseits zu kompensieren und andererseits auch entsprechende Verschiebungen der Druckwelligkeit, wie oben erläutert, aufgrund von Änderungen der Antriebseinrichtung, beziehungsweise der Schweißzange durch Positions- oder Längenänderung, Temperaturänderung oder dergleichen auszugleichen. Es sind keine aufwändigen Maßnahmen zu treffen, um beispielsweise die Temperatur konstant zu halten und selbst die durch die Art des Antriebs bedingte Welligkeit des Motors- beziehungsweise Ankerstroms wird kompensiert.
