DE2158694C3 - Maschine zum elektrischen Widerstands-Abbrennstumpfschweißen - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Maschine zum p|plr»ric_Ch_en Widerstands Abbrcrir: stumpfschweißen von Werkstücken durch ununterbrochenes Abschmelzen, die ein Gehäuse mit einem daran angeordneten beweglichen und einem unbeweglichen Spanner für die Schweißstücke, einen durch einen Steuerschieber gesteuerten hydraulischen Mechanismus zur Verschiebung des beweglichen Spanners und Einrichtungen zur automatischen Steuerung der Abschmelzgeschwindigkeit, des Anfangs des Stauchvorgangs und des Stauchweges mit Stellmechanismen in Form eines mit dem beweglichen Spanner starr gekoppelten Aggregats enthält, das mit dem Ausgang der Einrichtung zur automatischen Steuerung der Abschmelzgeschwindigkeit, der Einrichtung zur automatiEcher. Steuerung des Anfangs des Stauchvorgangs und der Einrichtung zur automatischen Steuerung des Stauchwegs verbunden ist und eine Stange aufweist, die in kinematischer Verbindung mit dem Kolben des Steuerschiebers, dessen Gehäuse ortsfest angeordnet ist steht Eine solche Maschine ist aus der druischen Offenlegungsschrift 19 29 494 bekannt

Bei dieser bekannten Maschine, die den Vorläufer einer erfindungsgemäßen Maschine darstellt, gehört zu ίο jeder der Steuereinrichtungen ein eigener Steilmechanismus, was die Maschine kompliziert macht und Zusatzeinrichtungen erfordert, die die Wirkung der einzelnen Stellmechanismen auf den Kolben des Steuerschiebers abstimmen. Außerdem ist die bekannte Maschine auf Grund der speziellen Auslegung nicht in der erwünschten Weise universal einsetzbar.

Aus der deutschen Patentschrift 9 74 965 und der deutschen Offenlegungsschrift 15 40 830 sind noch Widerstands-Abbrennstumpfschweißmaschinen bekannt, bei denen eine Stange, die den die Bewegung des beweglichen Spanners beherrschenden Steuerschieber beaufschlagt und zwei Antriebe zur Längsverschiebung derselben vorhanden sind, wodurch eine automatische Steuerung der Abschmelzgeschwindigkeit und eine automatische Steuerung des Anfangs des Stauchvorgangs möglich wird. Hier werden jedoch sowohl der Anfang des Stauchvorgangs, als auch der Stauchweg vor der Schweißung vorgegeben und fest eingestellt. Dagegen geht es vorliegend um die Verwirklichung eines Schweißverfahrens, bei dem sowohl der Anfang des Stauchvorgangs, als auch der Stauchweg während des Schweißens ermittelt wird, und zwar in Abhängigkeit von dem Temperaturfeld, das in den Werkstücken auftritt.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Maschine der eingangs genannten Art zu schaffen, die bei einfachem Aufbau universal einsetzbar ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß diese ausgerüstet ist mit zwei Antrieben zur Längsverschiebung der Stange, von denen der eine mit dem Ausgang der Einrichtung zur automatischen Steuerung der Abschmelzgeschwindigkeit und der andere mit dem Ausgang der Einrichtung zur automatischen Steuerung des Anfangs des Stauchvorgangs verbunden ist und mit einem Begrenzer der Längsverschiebung der Stange mit einem Antrieb, der mit dem Ausgang der Einrichtung zur automatischen Steuerung des Stauchwegs verbunden ist.

Eine zweckmäßige konstruktive Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Maschine ist es, daß die Stange koaxial in einer Hohlstange sitzt und dieser gegenüber durch die Einrichtung zur Steuerung des Anfangs des Stauchprozesses bis zum Anschlag auf den den Stauchweg steuernden Begrenzer verschiebbar ist,

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Spanner der Maschine durch die Einrichtung zur Steuerung der Abschmelzgeschwindigkeit verschiebbar ist, und wobei der Antrieb des Begrenzers in Form eines reversierbaren Elektromotors ausgeführt ist, dessen

to Gehäuse mit der Hohlstange fest und dessen Welle mit dem Begrenzer kinematisch verbunden ist.

Die Erfindung wird nachfolgend durch die Beschreibung eines Ausführungsbeispiels an Hand der Zeichnungen weiter erläutert.
Es zeigt

Fig.l das Aufbauschema einer Maschine zum Stumpfschweißen von Werkstücken und

F i g. 2 die Kinematik der in Form eines einheitlichen

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Aggregats ausgeführten SteU-nechanismen der Einrichtungen zur automatischen Steuerung des Schweißvorgangs und das Zusammenwirken des Aggregats mit der Maschine.

Die Maschine zum elektrischer. Widerstar.ds-Abbrennstumpfschweißen von Werkstücken durch ununterbrochenes Abschmelzen enthält ein Gehäuse 1, einen Transformator 2, einen unbeweglichen Spanner 3 und einen beweglichen Spanner 4 mit Siromzuführungen 5. Die Sciiweißstücke 6 werden in den Spannern eingespannt.

Der bewegliche Spanner 4 wird mittels eines durch einen Steuerschieber 8 gesteuerten hydraulischen Mechanismus 7 verschoben.

Am Gehäuse 1 sind Geber 9 zur Messung des Temperaturfeldes in den Schweißstücken 6 beim Schweißvorgang sowie ein Geber 10 zur Anzeige der Verschiebung der Schweißstücke 6 während der Schweißung angeordnet. Die Ausgänge der Geber 9 und des Gebers 10 sind mit den Eingängen der Einrichtung Il zur automatischen Steuerung des Anfanges des Stauchvorganges und mit den Eingängen der Einrichtung 12 zur automatischen Steuerung des Stauchweges verbunden.

Die Primärwicklung des Transformators 2 ist mit einem Spannungsumformer 13 und die Sekundärwicklung 2 mit einem anderen Spannungsumformer \4 gekoppelt. Die Ausgänge der Umformer 13 und 14 sind an die Eingänge der Einrichtung 15 zur automatischen Steuerung der Abschmelzgeschwindigkeit angeschlossen. Die Ausgänge der Einrichtung 11 zur automatischen Steuerung des Anfanges des Stauchvorgangs, der Einrichtung 12 zur automatischen Steuerung des Stauchvorgangs und der Einrichtung 15 zur automatischen Steuerung der Abschmelzgeschwindigkeit sind mit den Eingängen der in Form eines einheitlichen Aggregats 16 ausgeführten Stellmechanismen zur automatischen Steuerung des Schweißvorganges verbunden.

Fig.2 zeigt die Kinematik der in Form eines einheitlichen Aggregats 16 ausgeführten Stellmechanismen der Einrichtung zur automatischen Steuerung des Schweißvorganges und deren Verbindung mit dem hydraulischen Mechanismus 7 zum Antrieb des beweglichen Spanners über den Steuerschieber 8, dessen Kolben 17 durch eine Feder 18 einseitig beaufschlagt ist.

Das Aggregat 16 ist in Form eines mit dem beweglichen Spanner 4 fest verbundenen Zylinders 19 ausgeführt, innerhalb dessen ein Kolben 20 mit einer Hohlstange 21 untergebracht ist. Der Kolben 20 mit der Stange 21 liegt gleichachsig zum Kolben 17 des Steuerschiebers 8. Zu jedem der Hohlräume A und ödes Zylinders 19 führen Rohrleitungen 22 und 23, über die ein Arbeitsmedium (Fiüsslskdi, Gas; von einem Dreistellungsventil 24 zu- bzw. abgeleitet wird. In die Rohrleitung 22 ist ein regelbares Drosselventil 25 eingebaut, das mit der Welle eines reversierbaren Motors 26 kinematisch verbunden ist, dessen Gehäuse mit dem Zylinder 19 fest gekoppelt ist.

Das eine Ende der Hohlstange 21 des Kolbens 20 ist ·,, mit einem Zylinder 27 fest verbunden und gleichachsig angeordnet, innerhalb dessen ein Kolben 28 mit einer zweiseitigen Stange 29 untergebracht ist, deren eines Ende innerhalb der Hohlstange 21 des Kolbens 20 verläuft und den Kolben 17 des Steuerschiebers 8 ₍,₅ berührt. Das andere Ende der Stange 29 wirkt bei der Verschiebung des Kolbens 28 während des Stauchprozesses in dessen anderer Endstellung mit einem Begrenzer 30 der Längsverschiebung zusammen, der den Stauchweg steuert.

Der Begrenzer 30 ist mit der Welle eines reversierbaren Motors 31 kinematisch verbunden, dessen Gehäuse am Zylinder 27 angeflanscht ist.

Das Arbeitsmedium wird den Hohlräumen C und D des Zylinders 27 über eine der zwei Rohrleitungen 32 bzw. 33 in Abhängigkeit von der Lage eines Zweisieiiungsveniils 34 zum Anfang des Stauchvorgangs zugeführt.

Das Ventil 34 verbindet bei der Abschmelzung den Hohlraum D des Zylinders 27 über die Rohrleitung 33 mit einsr Druckleitung in den Hohlraum C über die Rohrleitung 32 mit einer Rücklaufleitung. Beim Stauchen liegt der Hohlraum C des Zylinders 27 unter Druck, und der Hohlraum D steht mit der Rücklaufleitung in Verbindung. Der Abstand X zwischen dem rechten Ende der Stange 29 und dem Begrenzer 30 ihrer Längsverschiebung entspricht dem Stauchweg.

Vor dem Anfang des Schweißvorganges ist der Abstand zwischen dem beweglichen Spanner 4 und dem unbeweglichen Spanner 3 der Schweißstücke maximal. Diese Stellung des beweglichen Spanners 4 ergibt sich dadurch, daß sich sowohl der Kolben 20 mit der Hohlstange 21, als auch der Kolben 28 mit der Stange 29 in der linken Endstellung (wie in F i g. 2) befinden, J. h. der Hohlraum ßdes Zylinders 19 und der Hohlraum D des Zylinders 27 unter dem Druck des Arbeitsmedium liegen und die Hohlräume A und C der genannten Zylinder mit den Rücklaufleitungen verbunden sind.

Vor Beginn des Schweißvorgangs mit Hilfe der beschriebenen Maschine sind als Vorbereitungsoperationen erforderlich: Einstellen der Sekundärspannung Uo am Transformator 2, Einspannen der Schweißstücke 6 durch den beweglichen Spanner 4 und den unbeweglichen Spanner 3 der Maschine, Einstellen der Anfangsgeschwindigkeit w der Abschmelzung, Einstellen der Stauchgeschwindigkeit v, Einstellen des Gebers bei der Einrichtung 15 zur automatischen Steuerung der Abschmelzgeschwindigkeit, Einstellen des Gebers bei der Einrichtung 11 zur automatischen Steuerung des Anfanges des Stauchvorgangs und Einstellen des Gebers bei der Einrichtung 12 zur automatischen Steuerung des Stauchweges.

Die Sekundärspannung Lb am Transformator 2 wird mittels eines Umschalters (nicht gezeigt) in der Primärwicklung des Transformators eingestellt. Die Anfangsgeschwindigkeit w der Abschmelzung wird durch Öffnen des Drosselventils 25 von Hand eingestellt. Die Einstellung der Geber bei den Einrichtungen 11, 12 und 15 zur automatischen Steuerung des Schweißvorganges wird durch Drehen von Potentiometerknöpfen 35 (in Fig. 1 durch Kreise aiigecieutei) erreicht. Die Änderung der Stauchgeschwindigkeit erfolgt durch Änderung des Drucks in dem den hydraulischen Mechanismus 7 zur Verschiebung des beweglichen Spanners 4 speisenden Hydrauliksystem.

In Abhängigkeit vom Regelungsverfahren des Schweißvorganges werden durch die Geber die jeweiligen Parameter eingestellt. In unserem Fall betrifft Fig. 1 als ein mögliches Beispiel ein Schweißverfahren, bei dem die Abschmelzgeschwindigkeit in Abhängigkeit vom Niveau der in den Schweißstücken während des Schweißvorganges umgesetzten Leistung geregelt wird. Der Anfang des Stauchprozesses wird durch den Zeitpunkt der Erreichung der vorgegebenen Temperatur an den abzuschmelzenden Oberflächen und

der Stauchweg durch den Abstand zwischen den Querschnitten der Schweißstücke mit der vorgegebenen Temperatur bestimmt.

Im angeführten Beispiel werden also durch die Geber der Einrichtungen 11,12 und 15 das Leistungsniveau, die Temperatur der abzuschmelzenden Stirnseiten im Augenblick der Stauchung und der Stauchweg erfaßt.

Nach Durchführung dieser Vorbereitungsoperationen werden auf eines der Schweißstücke die Geber 9 zur Messung des Temperaturfeldes in den Schweißstücken niedergelassen. Dann wird der Transformator 2 eingeschaltet und das Dreistellungsventil 24 in die Lage umgeschaiiet, bei der üei Z>i'muei 19 ü'üci die Rohrleitung 22 druckbeaufschlagt wird und die Rohrleitung 23 entlüftet wird.

Es beginnt der Schweißvorgang. Hierbei wird die Spannung des Primärstromkreises des Transformators 2 dem Umformer 13 und die Sekundärspannung, d. h. die Spannung des Schweißstromkreises, dem Umformer 14 zugeführt. Die umgeformten Spannungen werden dem Eingang der Einrichtung 15 zur automatischen Steuerung der Abschmelzgeschwindigkeit zugeführt. In Übereinstimmung mit einem vor der Schweißung festgelegten Arbeitsprogramm der Einrichtung 15 und der hier eintreffenden laufenden Werte der elektrischen Parameter der Schweißung erscheint am Ausgang der Einrichtung 15 ein entsprechendes Signal, das den mit dem Drosselventil 25 kinematisch verbundenen reversierbaren Motor 26 in Bewegung setzt. Dabei nimmt das Drosselventil 25 eine solche Stellung ein, daß die Bewegungsgeschwindigkeit des Kolbens 20 mit der Hohlstange 21 im Zylinder 19 des Aggregats 16 sich so einstellt, daß die Sekundärspannung im Schweißstromkreis infolge des Spannungsabfalls an dessen Innenwiderstand bis zu dem Wert abfällt, der durch den Geber bei der Einrichtung 15 zur automatischen Steuerung der Abschmelzgeschwindigkeit vorgegeben ist.

Bei der Abschmelzung werden die den Stirnseiten benachbarten Abschnitte der Schweißslücke 6 erhitzt, und am Ausgang der Geber 9 erscheinen Signale, die an den Eingängen der Einrichtungen 11 und 12 eintreffen. Gleichzeitig erscheint infolge der Verschiebung des beweglichen Spanners 4 der Maschine bei der Abschmelzung am Ausgang des Gebers 10 ein Signal. das ebenfalls auf die Eingänge der Einrichtungen 11 und 12 gelangt.

In Übereinstimmung mit den vor der Schweißung in den Einrichtungen 11 und 12 jeweils vorgegebenen Programmen der Arbeit der Einrichtungen 11 und 12 und den an diesen eintreffenden laufenden Werten der Signale von den Gebern 9 und 10 erscheinen am Ausgang der Einrichtungen 11 und 12 entsprechende Signale.

Das Signal vom Ausgang der Einrichtung 12 zur automatischen Steuerung des Stauchweges setzt den mit dem Begrenzer 30 der Längsverschiebung der Stange 29 kinematisch verbundenen reversierbaren Motor 31 in Bewegung. Dadurch nimmt der Begrenzer 30 die Stellung ein, bei der im gegebenen Augenblick der Abstand zwischen dem rechten Teil der Stange 29 und dem Begrenzer 30 dem Momentanwert des Stauchweges gleich ist. Der Stauchweg wird während des Schweißvorgangs in Abhängigkeit von dem bei der Abschmelzung in den Schweißstücken entstehenden Temperaturfeld ununterbrochen geändert.

Das Signal vom Ausgang der Einrichtung 11 zur

ganges wird auf die Steuerwicklung des Zweistellungsventils 34 gegeben. Sobald die Temperatur der abzuschmelzenden Stirnseiten der Schweißstücke 6 bei der Abschmelzung der durch den Geber bei der Einrichtung 11 vor der Schweißung eingestellten vorgegebenen Temperaiur gleich wird, spricht das Zweistellungsventil 34 an. Gleichzeitig mit der Auslösung des Ventils 34 werden die Geber 9 von den Schweißstücken 6 abgehoben, die Lage des Kolbens 20 durch die Stange des in einer Neutrallage befindlichen Drcistellungsventils 24 fixiert und in den Hohlraum C des Zylinders 27 das Arbeitsmedium unter Druck eingepreßt, während der Hohlraum Dentlüftet wird.

Infolgedessen werden der Kolben 28 und, diesem folgend, auch der Kolben 17 des Steuerschiebers 8 in Richtung des Begrenzers 30 sprunghaft mit einer Geschwindigkeit verschoben, die die Stauchgeschwindigkeit um eine Zehnerpotenz übersteigt. Es versteht sich von selbst, daß im Augenblick der Auslösung des Ventils 34 der Begrenzer 30 gestoppt wird, wobei sich der Kolben 28 mit der Stange 29 bis zur Berührung mit dem Begrenzer 30 bewegt.

Der bewegliche Spanner 4 der Maschine wird auf Grund der jetzt gegebenen Stellung des Steuerschiebers 8 rasch gegen den unbeweglichen Spanner 3 gefahren, d. h., die Schweißstücke werden um den Abstand gestaucht, der vorher zwischen der Stange 29 und dem Begrenzer 30 vorhanden war.

Zur Rückstellung der Maschine wird nach der Entfernung der Schweißstücke 6 aus den Spannern 3 und 4 das Drosselventil 25 völlig geöffnet und der Hohlraum B des Zylinders 19 über das Dreistellungsventil 24 druckbeaufschlagt, während der Hohlraum A mit dem Rücklauf verbunden wird. Gleichzeitig wird der Hohlraum D des Zylinders 27 über das Zweistellungsventil 34 ebenfalls druckbeaufschlagt, während der Hohlraum C entlüftet wird. Infolgedessen verschiebt sich du- Kolben 17 des Steuerschiebers 8 nach links und der hydraulische Mechanismus 7 zur Verschiebung des beweglichen Spanners 4 der Maschine nach rechts, wobei er in die Ausgangslage zurückkehrt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Maschine zum elektrischen Widerstands-Abbrennstumpfschweißen von Werkstücken durch ununterbrochenes Abschmelzen, die ein Gehäuse mit einem daran angeordneten beweglichen unri einem unbeweglichen Spanner für die Schweißstükke, einen durch einen Steuerschieber gesteuerten hydraulischen Mechanismus zur Verschiebung des beweglichen Spanners und Einrichtungen zur automatischen Steuerung der Abschmelzgeschwindigkeit, des Anfanges des Stauchvorganges und des Stauchweges mit Stellmechanismen in Form eines mit dem beweglichen Spanner starr gekoppelten Aggregats enthält, das mit dem Ausgang der Einrichtung zur automatischen Steuerung der Abschmelzgeschwindigkeit, der Einrichtung zur automatischen Steuerung des Anfangs des Stauchvorgangs und der Einrichtung zur automatischen Steuerung des Stauchwegs verbunden ist und eine Stange aufweist, die in kinematischer Verbindung mit dem Kolben des Steuerschiebers, dessen Gehäuse ortsfest angeordnet ist, steht, gekennzeichnet durch zwei Antriebe zur Längsverschiebung der Stange, von denen der eine (19,20) mit dem Ausgang der Einrichtung (15) zur automatischen Steuerung der Abschrnelzgeschwindigkeit und der andere (27,28) mit dem Ausgang der Einrichtung (11) zur automatischen Steuerung des Anfangs des Stauchvorgangs verbunden ist, und einen Begrenzer (30) der Längsverschiebung der Stange (29) mit einem Antrieb (31). der mit dem Ausgang der Einrichtung (12) zur automatischen Steuerung des Stauchwegs verbunden ist.

2. Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stange (29) koaxial in einer Hohlstange (21) sitzt und dieser gegenüber durch die Einrichtung (11) zur Steuerung des Anfangs des Stauchprozesses bis zum Anschlag auf den den Stauchweg steuernden Begrenzer (30) verschiebbar ist, wobei die Hohlstange (21) gegenüber dem beweglichen Spanner (4) der Maschine durch die Einrichtung (15) zur Steuerung der Abschmelzgeschwindigkeit verschiebbar ist, und wobei der Antrieb des Begrenzers in Form eines reversierbaren Elektromotors (31) ausgeführt ist, dessen Gehäuse mit der Hohlstange (21) fest und dessen Welle mit dem Begrenzer (30) kinematisch verbunden ist