DE2001023C - Vorrichtung zum Steuern der Funktio nen einer Tragheits Reibschweißmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Steuern der Funktionen einer Trägheits-Reibschweißmaschine mit einem magnetischen Abtaster, der eine der Drehzahl der Schwungradspindel proportionale Wechselspannung erzeugt, einer die Wechselspannung in eine gleichgerichtete Meßspannung wandelnden Gleichrichterstufe, einer eine der Solldrehzahl entsprechende Bezugsspannung liefernden Sollwertstufe, einer die Meßspannung mit der Bezugsspannung vergleichenden Vergleichsstufe und einem in Abhängigkeit vom Vergieichsergebnis betätigbaren, die Funktionen der Reibschweißmaschine auslösenden Relais.

Trägheits-Reibschweißmaschinen sind z. B. in der deutschen Patentschrift 1 224 590 beschrieben. Um mit solchen Trägheits-Reibschweißmaschinen brauchbare Sch veißungen zu erzielen, ist es wichtig, die Maschinenfunktionen in bezug auf die Drehzahl bei der Motorabschaltung, den anfänglich aufgewendeten Anpreßdruck und den in einer zweiten Stufe anzuwendenden Anpreßdruck zu steuern. Falls die Steuerun_fa irgendeiner dieser Funktionen nicht ausreichend genau genug verläuft, treten bei den fertiggestellten Schweißstücken entsprechende Abweichungen auf, da die Güte der Schweißung unmittelbar in Beziehung zu diesen Parametern steht.

Aus der USA.-Patentschrift 3 380 641 ist eine mit magnetischer Abtastung der Spindel arbeitende Steuerung für «ine Trägheits-Reibschweißmaschine bekannt. Bei dieser Einrichtung werden die durch die Abtastung erzeugten Impulse einem Frequenzwandler zugeführt, in welchem die Impulse in Gleiclistrom-Ausgangssignale umgewandelt werden, die auf ein optisches Anzeigerelais übertragen werden, in welchem je nach der Erregung entsprechende photoleitende Zellen erregt werden. Diese Relaiszellen steuern die Erregung entsprechender Relais in einer Steuerschaltung.

Ferner sind allgemein Einrichtungen /ur Jektronisehen Drehzahlüberwachung bekannt (s. »Industrie-Elektrik und Elektronik«. 10. Jahrgang, i965. Nr. B 9, S. IVO). Derartige Einrichtungen sind so ausgestattet, daß der mit einer Maschinenwelle verbundene Drehzahlgeber eine der Drehzahl proportionale Wechselspannung liefert, die in einem Regler gleichgerichtet und geglättet wird. In der anschließenden Vergleichsstufe wird die Sollwertspannung mit der Geberspannung verglichen. Dabei ist vorgesehen, daß, solange die drehzahlabhängige Meßspannung

so geringer als die VeTgleichsspannung ist, ein Ausgangs^relais angezogen ist, das bei Erreichung der Vergleichsspannung abfällt. Dieser Vorgang wird zur Steuerung verwendet, z. B. zur automatischen Betätigung von Kontrollampen oder Oberwachungsgeräten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für eine Trägheits-Reibschweißmaschine eine Steuerungsvorrichtung zu schaffen, bei welcher der Zeitverzug zwischen Abtastung der Maschinendrehung und Auslösung der Maschinenfunktionen im Vergleich zu der bekannten Steuerung einer Trägheits-Reibschweißmaschine erheblich verringert ist. Diese Aufgabe wird für eine Vorrichtung der eingangs erwähnten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Gleichrichterstufe aus einem die Wechselspannung des magnetischen Abtasters übernehmenden Rechteckverslärker, einem diesem nachgeschalteten Differentiator, einem dessen positive Ausgangssignale in Impulse gleicher Breite und Höhe wandelnden Multivibrator und einem die Impulse zur gleichgerichteten Meßspannung integrierenden Filter-Integrator besteht und daß als Vergleichsstufe ein Vergleichsverstärker verwendet wird.

Gemäß einem weiteren Merkmal ist vorgesehen,

■15 daß in der Vorrichtung die Bezugsspannung durch die Einstellung einer Digitalteiler/Ziffer-Dekadendnrichtung bestimmt ist.

Die Erfindung ermöglicht, die Drehgeschwindigkeit der Schwungradspindel einer Trägheits-Reibschweißmaschine und/oder den Anpreßdruck sehr genau und ohne nennenswerten Zeitverzug zu steuern. Insbesondere kann der für einen Schweißvorgang erforderliche Zeitaufwand gegenüber bekannten Steuerungen weiter eingeschränkt werden. Der Grat, der sich beim Schweißvorgang auf Grund des Ansiauchdruckes ausbildet, wird ebenfalls bei Anwendung der erfindungsgemäßen Steuerung auf das unbedingt erforderliche Maß eingeschränkt. Damit ergibt sich einerseits eine bessere Ausnutzung der Ma- schinenkapazität, andererseits eine Verminderung des für die Nachbearbeitung der geschweißten Werkstücke erforderlichen Aufwandes. Vor allem ermöglicht die erfindungsgemäßp. Steuerung, die in Vorversuchen festgestellten Parameter genauer als bisher einzuhalten, wodurch sich eine Qualitätsverbesserung der geschweißten Werkstücke ergibt.

Die Erfindung wird nachstehend an Hand eines Ausführungsbeispieles näher beschrieben und erläu-

tcrt. Die Zeichnung zeigt ein Blockdiagramm einer etfindungsgemäßen Vorrichtung zum Steuern der Funktionen einer Trägheits-Reibschweißmaschine.

Bei Ausstattung einer Trägheit-Reibschweißmaschine mit einer erfindungsgemäßon Vorrichtung wird die Drehzahl der sich drehenden Spindel durch einen magnetischen Abtastkopf 32 wahrgenommen, der sein Signal von einem 60 Zähne umfassenden Zahnrad empfangt, das an der sich drehenden Spindel angeordnet ist. Das Ausgangssignal des Magnetkopfes ist eine Sinuswelle, wie in dem Kasten 32 des Blockschaltbildes dargestellt ist. Die Sinuswelle wird auf einen Rechteckverstärker 34 gegeben, in welchem sie verstärk; und in eine Rechteckwelle für jede Sinuswelle umgewandelt wird. Vom Rechteekverstärker geht das Signal in einen Differentiator 36. in welchem die Rechteckwelle differenziert wird, um scharfe positive und negative Impulse zu erzeugen. wie im Differenliatorkasten 36 dargestellt ist. Der positive Impuls, der aus dem Differentiator 36 stammt, wird in einen monostabilen Multivibrator 38 eingeführt, der einen Impuls mit einer festen Breite und Höhe erzeugt, während der negative Impuls zur Erde abgeleitet wird.

Das Ausgangssignal des monostabilen Multivibrators wird dann in einen Filter-Integratorkreis 40 eingespeist, der ein Funktionsverstärker in integrierter Schaltung mit einer Widerstands-Kapazitäu-Rückkopplungsschleife ist. Dieser Kreis integriert den positiven Signalimpuls über eine feste Zeitspanne und erzeugt einen Gleichspannungspegel als Funktion der Frequenz der empfangenen Impulse.

Nach Ausgang aus dem Filter-Integratorkreis geht das Ausgangssignal über zwei Wege 46 und 48. Das auf dem Weg 46 laufende Signal geht zum Meßbereichwähler 42. Der Signalweg 48 teilt sich in drei Wege 50, 52 und 54. Das Au^cgangssignal vom Meßbereichwähler 42 geht auf ein Meßgerät 44 zur Sichtable'o-ing der Maschinendrehzahl. Diese Sichtanzeige der Maschinendrehzahl wird allein zur Bezugnahme für die Aufsichtsperson benutzt und übt keine Steuerung der Maschinenfunktion aus, so daß irgendein Zeitverzug zwischen dem Anzeigegerät und dem tatsächlichen Arbeitszustand der Maschine nicht wichtig für die wirksame Tätigkeit der Maschine ist.

Das auf dem Weg 50 laufende Signal geht auf einen Vergleichsverstärker 56, das auf dem Weg 52 laufende Signa¹ auf einen Vergleichsverstärker 58 und das auf dem Weg 54 laufende Signal auf einen driuen Vergleichsverstärker 60. Eine Bezugsspannungsquelle 62 ist mit dem Vergleichsverstärker 60, eine zweite Bezugsspannungsquelle 64 mit dem Vergleichsveritärker 58 und eine dritte Bezugsspannungsquelle 66 mit dem Vergleichsverstärker 56 verbunden. Jeder dieser drei Vergleichsverstürker wird benutzt, um eine bestimmte Schweißmaschinenfunktion zu steuern, und jeder vergleicht das Ausgangssignal des Filter-Integrators mit der vorher festgelegten Bezugsspannung.

Wenn das Ausgangssignal des Filter-Integrators eine der Bezugsspannungen übersteigt, ändert der Ausgang des betreffenden Vergleichsverstärkers seinen Zustand. Dadurch wird eines der zugeordneten Relais 68, 70 oder 72 erregt, das dann elektrische Relais aktiviert, um jede einzelne Maschinenfunktion der Trägheitsschweißmaschine auszulösen. Die Bezugsspannungseinrichtungen 62 und 64 sind Digitalteiler/Digitaldekadeneinrichtungen mit einem Arbeitsbereich von 5 Dekaden und H) Positionen für eine genaue Abwandlung der jeweiligen Maschinenfunktion, die vom Vergleichs¹, erstärker gesteuert wird. Die dritte Bezugsspannungseinrichtung 66 ist eine nicht veränderliche Einrichtuni;, da sie nur eine Spannungseinstellung aufweisen muß. welche dei Umdrehungszahl Null der Maschinenspindel entspricht. Diese Bezugsspannungseinrichtung 66 und der zugehörige Vergleichsverstärker 56 steuern das

ίο erneute Anfahren der Maschine, das am Ende des Schweißvorganges bei einer Umdrehungszahl Null ausgelöst wird.

Die Bezugsspannungseinrichtung 62 und der zugehörige Verstärker 60 steuern die Motorabschaltun·-

oder Abtrennung und die Anwendung des anfänglichen axialen Anpreßdruckes. Die Bezugsspannungseinrichtung 64 und der Vergleiehsv erstärker 58 steuern die erhöhte Druckanwendung oder die Druckanwendung in der zweiten Mute in einem zweistufigen

Drucksystem. Die genai gewünschte Drehzahl, bei welcher der Motor der Schweißmaschine abgeschaltet oder abgetrennt werden muß. wird vorher auf de; Bezugsspannungseinrichtung 62 eingestellt, indem eine Einstellscheibe gedreht wird, weiche die Umdre-

2- hungszahl anzeigt. Durch Einstellung der Bezugsspannung wird eine bestimmte Spannung vorgewählt, welche derjenigen Umdrehungszahl entspricht, welche eine Spannung gleich der eingestellten erzeugt. Falls daher auf dein Weg 54 ein Signal aus

dem Filter-Integrator kommt und die vorgewählte Bezugsspannung erreicht, welche einer gewünschten Umdrehungszahl entspricht, erregt der Vergleichsverstärker das Relais 68, welches 'seinerseits das den Motor der Trägheitsschweißmaschine steuernde Relais erregt. Wie bereits erwähnt, wird der anfängliche Axialdruck zur gleichen Zeit angelegt, zu der die Motorabschaltung oder Trennung erfolgt. Dies kann natürlich mit der dargestellten Schaltanordnung erreicht werden, da keine merkliche Zeitverzögerung zwischen dem wahrgenommenen Signal und der tatsächlichen Spindeldrehzah! liegt.

Da die Bezugsspannungseir.richtuiig 64 der Einrichtung 62 gleicht, kann die Einstellung dieser Bezugsspannung in derselben Weise wie oben beschrieben vorgenommen werden. Wenn das vom Filter-Integrator kommende Signal auf dem Weg 52 den Werl der vorher festgelegten Bezugsspannung der Einrichtung 64 übersteigt, veranlaßt der Vergleichsverstärker 58, daß das Relais 70 erregt wird, das seinerseits das Relais erregt, welches die Anwendung eines erhöhten Druckes auf das Schweißstück in der Maschine steuert.

Obwohl der Verstärker 58 sowohl bei ansteigender als auch bei abfallender Geschwindigkeit auf der Spur ausgelöst wird, kann durch eine in die Maschine eingebaute Schaltvorrichtung verhindert werden, ua" der Druckzylinder in der Maschine in Einsatz kommt, außer bei abnehmender Geschwindigkeit auf der Kurve.

Die Bezugsspannungseimichtung 66 weist nur cmc Spannung auf, welche einem Ausgangswert der Maschine bei Null UpM entspricht. Wenn daher das vom Filter-Inttgrator kommende Signal auf dem Weg 50 anzeigt, daß die Maschine angehalten hai,

betätigt der Verstärker 56 das Relais 72 zur Auslösung eines oder mehrerer Relais, welche selbsttätig die Teile der Trägheitsschweißmaschine auf einen Arbeitsgang einstellen. Diese selbsttätige Vorberei-

lung kann die Abschaltung der hydraulischen Druck- werden, um den verschiedenen Bestandteilen der zylinder, die Lösung entweder der einen oder beider Schalteinrichtung Energie zuzuführen. Die Kraft-Einspannvorrichtungen für die Werkstücke oder die quelle kann mit üblichem 110-Volt-Wechselstrom ar-Rückbcwegung des Rcitstockteiles einschließen. beiten, der in einen ±12- und einen 4-Volt-Gleich-Obwohl eine Kraftquelle in der Figur nicht darge- 5 strom umgewandelt wird, um die verschiedenen Bestellt ist, kann irgendeine übliche Kraftquelle benutzt standteile der Schaltanordnung zu betreiben.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

2 0Oi 023 Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum Steuern der Funktionen einer Trägheits-Reibschweißmaschine mit einem magnetischen Abtaster, der eine der Drehzahl der Schwungradspindel proportionale Wechselspannung erzeugt, einer die Wechselspannung in eine gleichgerichtete Meßspannung wandelnden Gleichrichterstufe, einer eine der Solldrehzahl entsprechende Bezugsspannung liefernden Sollwertstufe, einer die Meßspannung mit der Bezugsspannung vergleichenden Vergleiehsstufe und einem in Abhängigkeit vom Vergleichsergebnis betätigbaren, die Funktionen der Reibschweißmaschine auslösenden Relais, d a durch gekennzeichnet, daß die Gleichrichterstufe aus einem die Wechselspannung des magir-'chei. Abtastes (32) übernehmenden Recht .„verstärker (34), einem diesem nachgeschalteten Diffurentiator (36), einem dessen positive Ausgangssignale in Impulse gleicher Breite und Höhe wandelnden Multivibrator (38) und einem die Impulse zur gleichgerichteten Meßspannung integrierenden FiUer-Integrator (40) besteht und daß als Vergleichsstufe ein Vergleichsverstärker (60) verwendet wird.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bezugsspannung durch die Einstellung einer Digitalteiler/Ziffer-Dekadeneinrichtung (62) bestir.mt ist.