DE1565567B2 - MeBschaltung in einer Bolzenschweißpistole - Google Patents

Description

oder auf dem Schweißwerkzeug und keine zusätzlichen mechanischen oder sich bewegenden Teile. Infolgedessen wird das Gewicht des Schweißwerkzeugs selbst nicht vergrößert, noch wird die Wartung für das Schweißwerkzeug oder die Leistungsquelle oder den Steuerkreis in irgendeiner Weise erschwert.

Nachfolgend ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung an Hand der Zeichnung beispielsweise beschrieben. Darin zeigt

F i g. 1 einen Längsschnitt eines Schweißwerkzeuges, welches mit der Meßschaltung gemäß der Erfindung ausgerüstet werden kann,

F i g. 2 eine schematische Darstellung eines Schweißkreises und der Meßschaltung gemäß der Erfindung,

F i g. 3 eine schematische Darstellung einer Befestigungsvorrichtung und Bauteilen eines Schweißwerkzeuges bei einer Lage senkrecht zu einem Werkstück und

F i g. 4 eine der Darstellung nach F i g. 3, wobei jedoch die anzuschweißende Befestigungsvorrichtung und das Schweißwerkzeug winkelig zum Werkstück stehen.

In F i g. 1 ist eine Bolzenschweißpistole in der erfindungsgemäßen Ausführungsform bei 10 angedeutet. Sie ist von üblichem Aufbau und benötigt keine zusätzlichen Spezialbauteile, um das Prinzip der Erfindung zu verwirklichen. Das Werkzeug 10 enthält ein Hauptgehäuse 12 aus isolierendem Material mit einer Vorderwand 14 und einer hinteren Abschlußkappe 16. Ein Spannfutter 18 sitzt am vorderen Ende der Pistole und weist eine geschlitzte Ausnehmung 20 zur Aufnahme eines Bolzens 22 auf. Wie man insbesondere aus den F i g. 3 und 4 erkennt, besitzt der Bolzen 22 einen vergrößerten Kopf 24 und einen Schaft 26, wobei der Kopf 24 von dem Spannfutter 18 erfaßt wird und der Schaft 26 in Richtung eines Werkstückes vom Spannfutter vorsteht. Ein Funkenschutzschild 28 ist um den Bolzen 22 angeordnet und so montiert, daß das Ende des Bolzenschaftes 26 etwas über den Schild vorsteht, bevor das Ende des Bolzens gegen die Oberfläche des Werkstücks angedrückt wird. Das Funkenschild 28 wird durch den Haltefuß 30 gelagert und eingestellt, der selbst wieder an der Vorderseite der Pistole mit Hilfe eines Paares einstellbarer Schenkel 32 gelagert ist, die im Pistolengehäuse montiert sind. Statt eines dauernden Funkenschildes in der angegebenen Ausführungsform kann man ein Eisenband in ähnlicher Stelle durch einen geeigneten Haltefuß anbringen, wie es an sich bekannt ist.

Das Spannfutter 18 ist an einem Spannfutterschenkel 34 befestigt, der elektrisch über eine Kabelklemme 36 mit einem Hauptschweißkabel 38 verbunden ist. Ein hinterer Kabelklemmenteil 40 ist an der Klemme 36 angebracht und selbst wieder mit einem beweglichen Magnetkern 42 verbunden, so daß der Kern 42 sich in Längsrichtung des Werkzeuges zusammen mit den Kabelklemmteilen 36 und 40, dem Schenkel 34, dem Spannfutter 18 und dem Bolzen 22 bewegen kann. Der Kern 42 erstreckt sich in eine Hub- und Haltespule 44 und wird in die Spule eingezogen, sobald ausreichende elektrische Leistung über die Leitungen 46 und 48 aufgegeben wird. Ein einstellbarer Anschlag 50 am hinteren Ende der Spule 44 bestimmt das Ausmaß, bis zu welchem sich der Kern in die Spule bewegen kann, und bestimmt damit das Ausmaß, bis zu welchem der Bolzen 22 während des Schweißvorganges vom Werkstück abgezogen wird. Eine Rückholfeder 52 führt den Bolzen zum Werkstück zurück, nachdem ein Schweißbogen zwischen Bolzen und Werkstück bei über eine bestimmte Zeit in zurückgezogener Stellung stehendem Bolzen gezündet hat und der Strom zur Spule 44 abgeschaltet ist.

Im folgenden soll Bezug genommen werden auf das Schaltbild nach F i g. 2.

Es ist selbstverständlich, daß der besondere Schweißteil des Kreises nur zur Erläuterung der Erfindung dient und daß man eine Vielzahl geeigneter Schweißkreise

ίο mit der Meßschaltung zur Lagefeststellung des Kerns bzw. Bolzens gemäß der Erfindung verwenden kann. Wenn der Bolzen 22 gegen das Werkstück gepreßt ist, wobei das Ende des Schaftes 26 nach rückwärts gestoßen ist und in etwa mit dem Ende des Funkenschildes 28 fluchtet, wird ein Auslöser 54 des Werkzeuges gedrückt, um die Kontakte 56 zu schließen. Nimmt man an, daß der Bolzen in der richtigen Stellung steht, die später noch näher erläutert werden soll, dann wird damit ein Kreis geschlossen, von einer geeigneten Stromquelle, die beispielsweise durch einen Transformator 58 wiedergegeben sei, und einem Vollweggleichrichter 60 zu einem ersten Steuerrelais CR 1. Wird das Relais CR 1 erregt, dann werden die ersten normalerweise offenen Kontakte CR1-1 geschlossen, um Strom der

as Hubspule 44 zuzuführen und damit den Rückzug des Bolzens 22 einzuleiten. Gleichzeitig werden die normalerweise offenen Kontakte CRi-2 geschlossen, so daß ein Hilfsbogen zwischen Bolzen und Werkstück über einen Widerstand Ri von einer Stromquelle erzeugt wird, die durch einen Hauptkondensator C wiedergegeben sei. Zusätzlich werden normalerweise offene Kontakte CR 1-3 geschlossen, um einen elektrischen Stromkreis für einen Kontaktgeber WC zu schließen.

Der Kontaktgeber WC schließt die Kontakte WC-X im Hauptschweißkreis, um den Kondensator Cmit dem Bolzen und dem Werkstück über eine Spule und eine andere Impedanz R2 zu schließen und es dem Kondensator C zu ermöglichen, sich vollständig über den BoI-zen und das Werkstück zu entladen, so daß der Hauptschweißbogen nach dem Ansetzen des vorher ausgebildeten Hilfsbogens entsteht. Der Bolzen 22 befindet sich zu diesem Zeitpunkt in seiner zurückgezogenen Stellung in einem vorbestimmten Abstand vom Werkstück wegen des einstellbaren Anschlages 50 der Bolzenschweißpistole. Der Kontaktgeber WC bewegt sich vergleichsweise langsam, so daß der Bolzen ausreichend Zeit hat, um diese Stellung zu erreichen, bevor der Hauptschweißbogen gezündet wird. Der Kontaktgeber WC öffnet auch die normalerweise geschlossenen Kontakte WC-2 zum Abschalten der Spule 44, damit der Bolzen seinen Hub unter der Schließkraft der Feder 52 beginnen kann. Die Kontakte WC-I und WC-2 sind so angeordnet, daß sie derart schließen, daß der Bolzen das Werkstück berührt, nachdem der Schweißbogen erloschen ist, jedoch bevor die durch den Schweißbogen geschmolzenen Metallteile sich verfestigen können.
Nach Beendigung der Schweißung wird der Kondensator C erneut auf eine vorbestimmte Spannung durch einen geeigneten Spanner-Regelungskreis VR-aufgeladen.

Bevor der untere Teil des Schaltbildes nach F i g. 2 erläutert werden soll, welcher die Meßschaltung zur Feststellung der Bolzenlage wiedergibt, soll zuerst auf die F i g. 3 und 4 hingewiesen werden. In diesen Figuren sind das Spannfutter 18, der Bolzen 22, der Funkenschild 28, der Haltefuß 30, der Spannfutterschenkel 34,

der Kern 42 und die Spule 44 schematisch angedeutet. In F i g. 3 sind das Schweißwerkzeug und der Bolzen in genau senkrechter Lage bezüglich der Oberfläche des Werkstücks wiedergegeben. In dieser Lage erstreckt sich der Kern 42 in die Spule 44 ein genau vorbestimmtes Stück, wie man aus der Zeichnung erkennt. In F i g. 4 ist das Werkzeug unter einem Winkel zur Oberfläche des Werkstücks geneigt, in welchem Falle sich die Spitze des Bolzenschaftes 26 weiter vom Werkzeug und etwas über den Funkenschild 28 erstreckt. In dieser Lage erstreckt sich der Kern 42 in die Spule 44 etwas weniger weit als bei senkrecht stehendem Werkzeug nach F i g. 3 und die Induktanz der Spule ist somit geändert.

Bei einem Schweißwerkzeug der angegebenen Art, welches den Bolzen in eine vorbestimmte Stellung ohne Rücksicht auf seine Ausgangsstellung zurückzieht, ergibt sich, wenn der Versuch gemacht wird, einen Bolzen über eine Eindrückung auf der Oberfläche des Werkstücks anzuschweißen, eine unrichtige und ungenügende Schweißung. In einem solchen Fall wird das Ende des Bolzenschaftes zu weit von der Oberfläche entfernt sein, wenn der Bolzen zurückgezogen ist, und es ergibt sich entweder eine schwache Schweißung oder es entsteht überhaupt kein Schweißbogen. Die Abtastvorrichtung gemäß der Erfindung verhindert jedoch das Auftreten solcher Schweißungen. Befindet sich der Bolzen über einer Eindrückung, dann ragt er über den Schutzschild genauso vor, wie wenn das Schweißwerkzeug nach F i g. 4 geneigt wäre. Infolgedessen ist die Induktanz der Spule entsprechend niedriger, und es wird keine Schweißung eingeleitet.

Die Impedanz und insbesondere die Induktanz der Spule 44 ändert sich entsprechend der Lage des Kernes 22 in der Spule 44. Wenn der Kern sich weiter in die Spule bewegt und der Luftspalt zwischen Kern und Anschlag 50 abnimmt, dann nimmt die Induktanz der Spule zu. Im allgemeinen wird die Induktanzänderung größer bei einem festen Kern und mit einem verhältnismäßig großen Durchmesser des Kernes im Vergleich zur Breite des Luftspaltes. Die Änderung der Induktanz wird ferner beeinflußt durch die Anzahl der Wicklungen der Spule. Bei einer bevorzugten Ausführungsform hält der Kern 22 in der Spule 44 vor dem Erreichen des Resonanzpunktes und die Induktanz der Spule nimmt im allgemeinen proportional zur Kernlage zu, wenn sich der Kern in Richtung seiner Maximaleinstellung in die Spule bewegt, und im allgemeinen proportional ab, wenn sich der Kern aus der Spule herausbewegt.

Unter besonderer Bezugnahme auf den Teil der Schaltung zur Feststellung der Lage des Bolzens nach Fig.2 sei darauf hingewiesen, daß eine getrennte Stromquelle 62, vorzugsweise eine Wechselstromquelle niedriger Spannung eine Erregerspannung für die Spule 44 liefert. Diese Leistung reicht nicht aus zum Zurückziehen des Kerns durch die Spule. Statt die Spule 44 sowohl zum Heben des Bolzens als auch zur Anzeige des Kernes zu benutzen, könnte man auch um die Spule 44 eine zweite Spule vorsehen, wobei die Stromquelle 62 mit dieser zweiten Spule verbunden ist. Dadurch ergeben sich jedoch zusätzliche Kosten und Forderungen, wenigstens hinsichtlich einer zusätzlichen Leistung für das Schweißwerkzeug 10.

Eine Impedanz /liegt in Reihe mit der Spule 44, welche die Form eines Widerstandes, einer Induktionsspule oder eines Kondensators aufweisen kann, jedoch als ohmscher Widerstand wiedergegeben ist. Liegen die Spulen. 44 und die Impedanz / in Reihe, dann erzeugt eine Induktanzänderung in der Spule 44 eine Änderung des Stromflusses durch die Spule und einen Spannungsabfall sowohl an der Spule 44 als auch an der Impedanz. Das als Ergebnis der Lage des Kerns in der Spule erzeugte elektrische Signal läßt sich dann tatsächlich zur Feststellung der Lage des Bolzens verwenden. Ragt der Bolzen über das Funkenschild übermäßig vor, beispielsweise als Ergebnis einer Winkelstellung des Werkzeuges oder einer Eindrückung im Werkstück, oder ist der

ίο Schaft des Bolzens zu kurz, dann gleicht die Impedanz der Spule und das daraus sich ergebende elektrische Signal nicht einem vorgegebenen Wert. In einem solchen Fall kann der Sch weiß Vorgang nicht beginnen. Befindet sich andererseits der Bolzen in der richtigen Lage, wobei der Kern weiter in die Spule in eine solche Stellung ragt, daß das elektrische Signal einem vorbestimmten Wert entspricht, dann läßt sich der Schweißvorgang beim Niederdrücken des Auslösers 54 oder automatisch einleiten, sobald sich der Bolzen in der

ao richtigen Lage befindet.

Man kann viele Einrichtungen verwenden, um den Schweißkreis in Betrieb zu nehmen, sobald das elektrische Signal einem vorgegebenen Wert entspricht. Bei der besonderen wiedergegebenen Ausführungsform ist der Widerstand R3 parallel zur Spule 44 geschaltet und weist einen von außen einstellbaren Spannungsteilerabgriff 64 auf, welcher sich einstellen läßt, um die Empfindlichkeit des Kreises oder das Ausmaß der Winkelmißausfluchtung des Bolzens zu ändern, durch welche der Schweißkreis daran gehindert wird, wirksam zu werden. Befindet sich die Induktanz der Spule 44 auf einem vorbestimmten Wert und erscheint am Abgriff 64 eine Spannung ausreichenden Werts, dann wird ein Einflächentransistor U eingeschaltet, so daß ein siliziumgesteuerter Gleichrichter SCR leitend wird und damit ein Steuerrelais CR2 erregt, welches die Kontakte CR2-X in Reihe mit den Auslöserkontakten 56 schließt und damit den Schweißkreis betriebsbereit macht, sobald der Auslöser gedrückt wird. Liegt die Induktanz der Spule unterhalb des vorbestimmten Wertes und reicht die Spannung am Abgriff 64 nicht aus, weil sich der Kern in die Spule weniger als ein vorbestimmtes Maß erstreckt, dann bleibt der Gleichrichter SCR nichtleitend und das Relais CR2 stromlos.

In dem zusätzlichen Stromkreis liefert die mit dem Abgriff 64 zusammengeschaltete Diode DX einen Gleichstrom zur Aufladung eines Kondensators Cl, welcher den Transistor U leitend macht, sobald die Ladung ausreicht, wobei sich der Kondensator Cl dann über den Belastungswiderstand 7?4 entlädt. Die Widerstände R5 und R6 liefern die Bezugsspannung für den Transistor U. Eine Diode Dl richtet die Bezugsspannung gleich, und ein Kondensator C2 glättet den von der Diode Dl kommenden Gleichstrom. Einige Schwankungen an der Basis des Transistors U sind jedoch erwünscht, um die Anpassungsfähigkeit des Kreises zu vergrößern und die Schaltung des Transistors zu ermöglichen, wie es an sich bekannt ist.

Ein Kondensator C3 koppelt den Impuls vom Transistör U zum Anschalten von SCR und verhindert gleichzeitig einen übermäßig hohen Strom zum'Gleichrichter SCR und einen Durchtritt zu ihm von dem Transistor U. Ein Kondensator C4 parallel zum Relais CR2 hält das Relais für eine Halbperiode, während eine Diode D3 den Kondensator C4 an der Entladung zu einer Anzeigelampe L hindert, die anschaltet, sobald das Relais CR2 erregt ist, um anzudeuten, daß sich der Schweißkreis im Betriebszustand befindet. Ohne die Kondensa-

toren C4 würde das Relais CR2 nach jeder Halbperiode stromlos werden, wenn die Spannung am Gleichrichter SCR und die Gitterspannung auf Null fallen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (9)

Patentansprüche:

1. Meßschaltungen einer Bolzenschweißpistole mit einer Hubspule, einem Bolzenspannfutter und einem mit dem Bolzenspannfutter verschiebbaren, sich in die Hubspule erstreckenden Kern und mit einem elektrischen Schaltkreis zur Zuführung von Strom zur Hubspule zum Einziehen des Kerns in die Hubspule und Zuführung von Schweißenergie zum Bolzenspannfutter, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßschaltung ein Signal, das auf die Stellung des Kerns (42) in der Spule (44) zurückgeht, feststellt, und auf die Meßschaltung ansprechende Einrichtungen vorgesehen sind, die den elektrischen Schaltkreis stromlos halten, bis sich der Kern (42) ein vorbestimmtes Stück in die Spule (44) erstreckt, und erst dann den elektrischen Schaltkreis freigeben.

2. Meßschaltung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen zusätzlichen Stromkreis mit eigener Stromquelle und mit Einrichtungen zur Feststellung der Änderung der Impedanz des zusätzlichen Stromkreises in Reaktion auf die Lage des Kerns (42) in der Spule (44) und zusätzlichen Mitteln, die den elektrischen Schaltkreis unwirksam halten, bis die Impedanz des zusätzlichen Stromkreises einen vorbestimmten Wert erreicht.

3. Meßschaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der zusätzliche Stromkreis einen mit der Spule (44) zusammengeschaltete Stromquelle (62) zur Zuführung einer verhältnismäßig niedrigen Spannung zur Spule (44) aufweist, eine Impedanz (I) in diesem zusätzlichen Stromkreis in Reihe mit der Spule angeordnet ist und die zusätzlichen Mittel auf die Induktanz der Spule ansprechen.

4. Meßschaltung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das elektrische Signal, auf das die Meßschaltung anspricht, die Stromstärke des zusätzlichen Stromkreises in der Spule (44) ist.

5. Meßschaltung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das elektrische Signal, auf welches die Meßschaltung anspricht, die an der Spule (44) liegende Spannung des zusätzlichen Stromkreises ist.

6. Meßschaltung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, gekennzeichnet durch von Hand zu betätigende Vorrichtungen zur Änderung der Impedanz des zusätzlichen Stromkreises, bei der der elektrische Schaltkreis wirksam wird.

7. Meßschaltung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Impedanz (J)des zusätzlichen Stromkreises die Form einer Induktanz hat.

8. Meßschaltung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Betriebsbereithalten des elektrischen Schaltkreises aus einem Einflächentransistor (U) und diesen Transistor mit der Spule (44) zusammenschaltenden Mitteln besteht, um eine Spannung auf den Einflächentransistor aufzubringen, die ausreicht, um ihn zu schalten, sobald die Induktanz der Spule (44) einen vorbestimmten Wert erreicht.

9. Meßschaltung nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen von Hand betätigbaren Anschlag (50) zur Änderung der Stellung des Kerns (42) in der Spule (44), in der die Meßschaltung den Hauptschweißbogen einschaltet.

Die Erfindung betrifft eine Meßschaltung in einer Bolzenschweißpistole mit einer Hubspule, einem Bolzenspannfutter und einem, mit dem Bolzenspannfutter verschiebbaren, sich in die Hubrolle erstreckenden Kern und mit einem elektrischen Schaltkreis zur Zuführung von Strom zur Hubspule zum Einziehen des Kerns in die Hubspule und Zuführung von Schweißenergie

zum Bolzenspannfutter. ' """"'

Es besteht häufig.das Bedürfnis, die Lage der auf die

ίο Oberfläche eines Werkstücks anzuschweißenden Befestigungsvorrichtung innerhalb enger Grenzen zu halten. So werden beispielsweise kleine schweißbare Befestigungsvorrichtungen oder Bolzen häufig dazu benutzt, um an der Karosserie eines Kraftfahrzeuges Dekorationsleisten oder -formstücke zu befestigen. Man kann geeignete Schablonen benutzen, um die Bolzen längs einer vorbestimmten Linie od. dgl. anzuordnen. Jedoch verhindern diese Schablonen nicht, daß die Bolzen bezüglich der Oberfläche des Kraftfahrzeugkörpers verkippt werden können. Ist ein solcher Bolzen in einem bestimmten Winkel geneigt, dann wird der Bolzenkopf aus der Flucht mit den anderen Bolzen gezogen und ein zwischen Bolzen und dem Formkörper verwendeter Zwischenkörper kann nicht richtig mit dem Bolzen in Eingriff gebracht werden.

Beim Anschweißen eines Bolzens mittels einer Bolzenschweißpistole zieht die Pistole den Bolzen ein vorbestimmtes Stück relativ zum Werkstück während des Schweißvorganges beim Zünden des Hauptschweißbogens zwischen Bolzen und Werkstück zurück. Bei dieser Art des Schweißens kann, wenn der Bolzen zu kurz ist oder wenn beispielsweise eine Eindrückung an der Stelle der Oberfläche vorhanden ist, an der der Bolzen angeschweißt werden soll, der Stift über einen übermäßig großen Abstand von der Oberfläche des Werkstücks abgezogen werden, so daß entweder überhaupt kein Schweißbogen gezündet wird oder nur ein schwacher Schweißbogen zwischen den beiden zu verschweißenden Flächen entsteht. Es ergibt sich entweder eine schwache Schweißstelle oder überhaupt keine Anschweißung.

Es ist die Aufgabe der Erfindung, den Schweißvorgang für eine Bolzenschweißpistole nur dann freizugeben, wenn sich diese nicht zum Werkstück in einer einwandfreie Schweißergebnisse zulassenden Lage befindet.

Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß eine Meßschaltung vorgesehen ist, die ein Signal, das auf die Stellung des Kerns in der Spule zurückgeht, feststellt, und auf die Meßschaltung ansprechende Einrichtungen vorgesehen sind, die den elektrischen Schaltkreis stromlos halten, bis sich der Kern ein vorbestimmtes Stück in die Spule erstreckt, und erst dann den elektrischen Schaltkreis freigibt. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Mit der Meßschaltung nach der Erfindung kann die Lage des anzuschweißenden Bolzens vor Beginn des Schweißvorgangs festgestellt werden. Steht der Bolzen nicht in seiner richtigen Lage, dann bleibt der Schweißstromkreis, durch welchen der Schweißvorgang bewirkt wird, unwirksam, bis die richtige Bolzenlage erreicht ist. Dies kann dadurch erfolgen, daß man den Bolzen in den richtigen Winkel bewegt, den Bolzen durch einen anderen mit richtiger Länge ersetzt oder den Bolzen an einer anderen Stelle des Werkstücks ansetzt. .Die erfindungsgemäße Meßschaltung erfordert keine zusätzlichen Komponenten oder Schaltungen im