DE2239308C3

DE2239308C3 - Vorrichtung zum automatischen Steuern der Verschiebungsgeschwindigkeit der beweglichen Klemme einer elektrischen Widerstands-Stumpfschweißmaschine

Info

Publication number: DE2239308C3
Application number: DE19722239308
Authority: DE
Inventors: Anmelder Gleich
Filing date: 1972-08-10
Publication date: 1976-09-23

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum automatischen Steuern der Verschiebungsgeschwindigkeit der beweglichen Klemme einer elektrischen Widerstands-Stumpfschweißmaschine während des Abschmelzvorgangs in Abhängigkeit vom Verhältnis der Sekundärspannung des Schweißtransformators zu dessen Speisespannung, die zwei Umformer von Wechsel- in Gleichstrom aufweist, deren erster parallel zur Primärwicklung des Schweißtransformators und deren zweiter parallel zur Sekundärwicklung des Schweißtransformators angeschlossen ist, wobei die Ausgänge beider Umformer an einem gemeinsamen Punkt miteinander verbunden und in Serie gegeneinandergeschaltet sind, und mit dem Eingang eines Verstärkers so verbunden sind, daß er in Abhängigkeit von der resultierenden Ausgangsspannung der beiden Umformer die Verschiebungsgeschwindigkeit der beweglichen Klemme während des Abschmelzens mittels eines Verstellglieds steuert

Eine solche Vorrichtung ist aus der US-Patentschrift 35 42 994 bekannt; mit ihr wird der Abstand der beiden zu verschweißenden Werkstückenden beim Abschmelzvorgang gesteuert

Aus der US-Patentschrift 34 79 480 ist es bekannt, die Differenz einer von der Netzspannung und einer von der Sekundärspannung des Schweißtransformators abgeleiteten Spannung zur Ansteuerung eines Verstärkers für den Vorschubantrieb der beweglichen Klemme zu verwenden. Bei dieser Ausbildung wird die Verschiebungsgeschwindigkeit in Abhängigkeit vom Spannungsabfall gesteuert, der während des Schweißprozesse» vom einen zum anderen Werkstück auftritt

In beiden Fällen wird die zur Verfügung stehende Ausrüstung, in erster Linie die Leistungsfähigkeit des Schweißtransformators nicht gleichmäßig, vorzugsweise maximal ausgenutzt Es kann auch vorkommen, daß die Transformatorleistung nicht mehr ausreicht, den Schweißvorgang ordnungsgemäß zu speisen, wodurch es praktisch zu Kurzschlüssen und zum »Anfrieren« der Werkstücke kommen kann

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, bei einei Vorrichtung der eingangs beschriebenen Art durch Begrenzung der dem Transformator entnommenen Leistung auf einen die maximale Leistung des Transformators nicht übersteigenden Wert ein stabiles Abschmelzen zu gewährleisten und eine konstante, hohe Ausnutzung der Leistungsfähigkeit des Transfor mators zu erzielen.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß erfindungsgemäß die Vorrichtung zwei Potentiometer, zwei synchronisierte Zweistellungsumschalter und einen Elektromotor enthält wobei das erste Potentiometer an den Ausgang des ersten Umformers und das zweite Potentiometer an den Ausgang des ersten Potentiometers zwischen dessen Schleifer und den gemeinsamen Punkt der Ausgänge beider Umformer angeschlossen ist, und die Umschalter so geschaltet sind, daß in der einen ihrer Stellungen der Eingang de^ -stärkers über den ersten Umschalter in Reihe mit dem Ausgang des zweiten Umformers und dem Ausgang des ersten Potentiometers geschaltet ist während der Ausgang des Verstärkers über den zweiten Umschalter an dem Elektromotor angeschlossen ist, dessen Welle kinematisch mit dem Schleifer des ersten Potentiometers verbunden ist, dagegen aber in der anderen Stellung der Umschalter der Eingang des Verstärkers über den ersten Umschatter in Reihe mit dem Ausgang des zweiten Umformers und dem Ausgang des zweiten Potentiometers geschaltet ist, während der Ausgang des Verstärkers über den zweiten Umschalter am Antrieb des Versteliglieds angeschlossen ist.

Nachfolgend wird die Erfindung durrh die Beschreibung eines Ausführungsbeispiels an Hand der Zeichnungen weiter erläutert. Es zeigt

F i g. 1 die Blockschaltung und

F i g. 2 die elektrische Prinzipschaltung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum automatischen Steuern der Verschiebungsgeschwindigkeit der beweglichen Klemme während des Abschmelzens.

Die Maschine zum Wtderstandsstumpfschweißen durch kontinuierliches Abschmelzen nach F i g. 1 enthält ein Gestell 1, einen Transformator 2, eine bewegliche Klemme 3 und eine unbewegliche Klemme 4

für die Schweißstücke 5, welche auf dem Gestell aufgelegt sind. Die bewegliche Klemme 3 und die unbewegliche Klemme 4 für die Schwe^:3stücke 5 sind mit dem Transformator 2 durch Stromzuführungen 6 verbunden. Die bewegliche Klemme 3 wird längs des Gestells 1 durch ein Werk 7 verschoben, welches beispielsweise in Form eines Hydraulikzylinders ausgeführt wird Das Werk 7 wird durch dn Or*an 8 gesteuert, welches beispielsweise in Form eines Dreistellungs-Folgekolbens mit Kolbenstange ausgeführt ist. Die Eingänge von Vorrichtung 9 zum automatischen Steuern der Verschiebungsgeschwindigkeit der beweglichen Klemme 3 während des Abschmelzens sind mit den Wicklungen des Transformators 2 verbunden. Der Ausgang der Vorrichtung 9 ist mit dem Eingang vor Verstellglied 10 verbunden, welches während des Abschmeizens auf das Organ 8 einwirkt.

Das Verstellglied HO kann in Form eines aus Spindel und Mutter bestehenden Mechanismus ausgeführt sein, dessen Spindel an der Kolbenstange des Organs 8 angreift, während dessen Mutter mit Hilfe eines gesteuerten Umkehrmotors, der im Verstellglied 10 eingebaut ist, in Drehung versetzt wird.

Die elektrische Prinzipschaltung der Vorrichtung 9 zum automatischen Steuern der Verschiebungsgeschwindigkeit der beweglichen Klemme 3 und ihre Verbindung mit dem Schweißtransformator 2, den Schweißstücken 5 und dem Verstellglied 10 ist in F i g. 2 abgebildet.

In diesem Falle stellt die Vorrichtung 9 einen Block dar, zu dem zwei Umformer 11 und 12 von Wechsel- in Gleichstrom gehören. Hierbei ist der Eingang des Umformers 11 an die Primärwicklung 13 des Transformators 2 und der Eingang des Umformers 12 an die Schweißstücke 5 parallel zur Sekundärwicklung 14 des Transformator 2 geschaltet. Zur Vorrichtung 9 gehören auch ein Potentiometer 15, welches am Ausgang des Umformers 11 angeschlossen ist, und ein Potentiometer 16, welches am Ausgang des Potentiometers i5 angeschlossen ist. Der Umschalter 17 der Vorrichtung 9 ist in den Eingangskreis von Verstärker 18 und der Umschalter 19 ist in den Ausgangskreis des Verstärkers 18, welcher zum Bestand der Vorrichtung 9 gehört, geschaltet. Hierbei ist bei der Stellung I der Umschalter 17 und 19 der Eingi.ng des Verstärkers '8 in Reihe mit dem Ausgang des Umformers 12 und dem Ausgang des Potentiometers 15 geschaltet, während der Ausgang des Verstärkers 18 an einen Umkehr-Elektromotor 20 angeschlossen ist, dessen Welle kinematisch mit dem Schleifer des Potentiometers 15 verbunden ist. Bei der Stellung II der Umschalter 17 und 19 ist de/ Eingang des Verstärkers 18 ir Reihe mit dem Ausgang des Umformers 12 und dem Ausgang des Potentiometers 16 geschaltet, währenc der Ausgang des Verstärkers 18 an den gesteuerten Umkehr-Elektromotor 21 des Verstellglieds 10 angeschlossen ist.

Die Wechselstrcmgleichstromumformer 11 und 12 können beispielsweise in Form von Gleichrichtern oder quadratischen Detektoren ausgeführt werden.

Zum Durchführen des Schweißprozesses mit der Vorrichtung müssei zuvor eine Reihe von Arbeitsgängen ausgeführt werden. Zu diesen gehören: das Einstellen der Sekundärspannung £2« bei Leergang des Transformators 2, das Einspannen der Schweißstücke 5 in der beweglicher Klemme 3 und der unbeweglichen Klemme 4, das Einstellen der Anfangsgeschwindigkeit κι beim Verschieben der beweglichen Klemme 3 während des Abschmeizens, das Einstellen der Stauchgeschwindigkeit vd- das Einstellen des Zeitpunkts U des Stauchbeginns und der Stauchgröße /, das »Speichern« der Größe der Sekundärspannung des Transformators bei Leergang und das Einstellen (Vorgeben) des Verhältnisses der Sekundärspannung £2 des Transformators beim Abschmelzen zu seiner Sekundärspannung £2« beim Leergang.

Die Sekundärspannung £2« beim Leergang des Transformators 2 wird mit Hilfe eines (aus F i g. 2 nicht

ι ο ersichtlichen) Umschalters in der Primärwicklung 13 des Transformators 2 eingestellt Die Anfangsgeschwindigkeit vd beim Abschmelzen wird von Hand mit Hilfe des Steuerorgans 8 eingestellt Der Zeitpunkt u des Stauchbeginns und die Stauchgröße 1 werden mittels Sollwertgebern, die aus den Figuren nicht ersichtlich sind, eingestellt Die Stauchgeschwindigkeit vd wird mittels eines Reduzierventils in der Hydraulikanlage, welche die Vorrichtung 7 speist, eingestellt

Das Verhältnis --? - der Sekundärspannung des

E₂ ι,

Transformators beim Abschmelzen zur Sekundärspaninung beim Leergang wird durch Einstellen des Schleifers des Potentiometers 16 in die Stellung vorgegeben, in der das Verhältnis der Ausgangsspannung dieses Potentiometers zu seiner Speisespannung

gleich dem vorgegebenen Verhältnis -=-¹— der Sekun-

därspannungen des Transformators ist.
Nach dem Ausführen der oben beschriebenen vorausgehenden Arbeitsgänge wird der Schweißtransformator 2 eingeschaltet und die Sekundärspannung des Transformators bei Leergang »gespeichert«. Zu diesem Zweck werden die Umschalter 17 und 19 kurzfristig in die Stellung 1 gebracht und dann in die Stellung II zurückgeführt

Bei in die Stellung I gebrachten Umschaltern 17 und 19 sind an den Eingangskreis des Verstärkers 18 gegenläufig in Reihe die Spannung t/2 des Umformers 12, die proportional der Sekundärspannung £2** des Transformators ist, und die Ausgangsspannung Ui des Potentiometers 15, die proportional der Speisespannung £1 des Transformators ist, geschaltet.

Die Spannungsdifferenz AU = Lh- Ui wird durch den Verstärker 18 verstärkt, und auf Befehl des Verstärkers 18 wird der Umkehrmotor 20 in Drehung versetzt, der kinematisch mit dem Schleifer des Potentiometers 15 verbunden ist. Hierbei ist die Drehrichtung des Motors 20 so gewählt, daß der Schleifer des Potentiometers 15 so lang in der entsprechenden Richtung verschoben wird, bis die Spannungsdifferenz AU gleich Null wird. Die Genauigkeit dieses Vorgangs hängt von der Empfindlichkeitsschwelle des Motors 20 ab.

SS AU= 0,Q. h. Lh = Lh.

Da beim »Speichern« der Schweißtransformator

praktisch nicht belastet ist, so befindet sich im Sekundärkreis die Leergangsspannung £2«, was zur

6. Folge hat. daß die Spannungen Ui und L/2 proportional zu Eixx werden:

U\ = Ui = KiEixx,

fts wobei A'? der Umwandlungsfaktor des Umformers 12 ist.

Es werden, nachdem der Umkehrmotor 20 die Gleichgewichtsstellung erreicht hat, die Umschalter 17

und 19 aus der Stellung I in die Stellung II gebracht. Hierbei wird die Steuerwicklung 22 des Motors 20 stromlos, was zur Folge hat, daß der Schleifer des Potentiometers 15 in seiner Stellung festgehalten und die Größe der Ausgangsspannung U\ dieses Potentiometers, die gleich der Sekundärspannung Eixx des Transformators bei Leergang ist, »gespeichert« wird.

Gleichzeitig gelangt, wenn die Umschalter 17 und 19 in die Stellung II gebracht werden, in den Eingangskreis des Verstärkers 18 in Reihe und gegenläufig zur Ausgangsspannung Ui des Umformers 12 anstatt der Ausgangsspannung U\ = foß™ des Potentiometers 15 die Ausgangsspannung Lh des Potentiometers 16, die ein Teil der Ausgangsspannung U\ des Potentiometers 15 ist:

wobei

<Ä

Der Koeffizient « ist gleich dem Verhältnis des Ausgangswiderstands R des Potentiometers 16 zu seinem vollen Widerstand Ro. Die im Eingangskreis des Verstärkers 18 vorhandene Spannungsdifferenz

AU= Lk- Lh

wird durch den Verstärker verstärkt und setzt den Antrieb 21 des Verstellglieds 10 in Drehung, welches über das Steuerorgan 8 auf das Verschiebungswerk 7 einwirkt, wobei die Verschiebungsgeschwindigkeit der beweglichen Klemme 3 und des in ihm eingespannten Schweißstücks 5 in Richtung auf die unbewegliche Klemme 4 geändert wird

Es fließt, nachdem die Schweißstücke 5 einander berührt haben, durch den Sekundärkreis des Transformators 2 ein Strom und das Abschmelzen der Schweißstücke beginnt

Die Stromstärke im Sekundärkreis des Transformators 2 hängt von der Geschwindigkeit, mit der sich die Schweißstücke 5 einander nähern, ab: Je größer diese Geschwindigkeit ist, um so größer wird die Stromstärke.

Der Strom im Sekundärkreis des Transformators 2

entsteht bei gleichzeitiger Verminderung der Sekundärspannung Ei, die an den Eingang des Umformers 12 geführt wird, da die Spannung am Innenwiderstand des Transformators 2 abfällt. Daher wird beim Wachsen der Geschwindigkeit, mit der sich die Schweißstücke 5 einander nähern, die Sekundärspannung Ei des Transformators 2 geringer.

Offensichtlich ändert sich die Geschwindigkeit, mit der sich die Schweißstücke einander nähern, so lange, bis die Sekundärspannung des Transformators 2 einen Wert annimmt, bei dem die Spannung Ui am Ausgang des Umformers 12 gleich der Spannung Ui am Ausgang des Potentiometers 16 wird:

V₂ = U₃

oder

K₂E₂ =

woraus folgt, daß

= ι = const.

Auf diese Weise gewährleistet die Vorrichtung zum automatischen Steuern der Verschiebungsgeschwindigkeit der beweglichen Klemme während des Abschmelzens bei der betrachteten Maschine das Stabilisieren des Verhältnisses der Spannung Ei im Sekundärkreis des Transformators 2 beim Abschmelzen zur Spannung Eixx in diesem Kreis beim Leergang.

Dieses Verhältnis -=-?-- der Spannungen ist eindeutig

mit dem Verhältnis der Leistung beim Abschmelzen der Schweißstücke 5 zur Maximalleistung des Transformators 2 verbunden.
Es ist offensichtlich, daß die Verwendung der

betrachteten Maschine erhöhte Stabilität des Abschmelzprozesses und wirksameres Durchführen dieses Prozesses gewährleistet da die wichtigste Bedingung für stabiles Abschmelzen beim Widerstandsstumpfschweißen von Werkstücken die Begrenzung der vom Transformator entnommenen Leistung auf einer solchen Wert ist, welcher die Transformatorleistung nicht überschreitet.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentanspruch:

Verrichtung zum automatischen Steuern der Verschiebungsgeschwindigkeit der beweglichen Klemme einer elektrischen Widerstands-Stumpfschweißmaschine während des Abschmelzvcrgangs in Abhängigkeit vom Verhältnis der Sekundärspannung des Schweißtransfofmators zu dessen Speisespannung, die zwei Umformer von Wechsel- in Gleichstrom aufweist, deren erster parallel zur Primärwicklung des SchweiBtransformators und deren zweiter parallel zur Sekundärwicklung des SchweiBtransformators angeschlossen ist, wobei die Ausgänge beider Umformer an einem gemeinsamen ■ s Punkt miteinander verbunden uud in Serie gegeneinandergeschaltet sind, und mit dem Eingang eines Verstärkers so verbunden sind, daß er in Abhängigkeit von der resultierenden Ausgangsspannung der beiden Umformer die Verschiebungsgeschwindigkeit der beweglichen Klemme während des Abschmelzens mittels eines Verstellglieds steuert, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung (9) zwei Potentiometer (15,16), zwei synchronisierte Zweistellungsumschalter (17, 19) und einen Elektromotor (20) enthält, wobei das erste Potentiometer (15) an den Ausgang des ersten Umformers (11) und das zweite Potentiometer (16) an den Ausgang des ersten Potentiometers (15) zwischen dessen Schleifer und den gemeinsamen Punkt der Ausgänge beider Umformer (11, 12) angeschlossen ist, und die Umschalter (17, 19) so geschaltet sind, daß in der einen (1) ihrer Stellungen der Eingang des Verstärkers (18) über den ersten Umschalter (17) in Reihe mit dem Ausgang des zweiten Umformers (12) und dem Ausgang des ersten Potentiometers (15) geschaltet ist, während de*· Ausgang des Verstärkers (18) über den zweiten Umschalter (19) an dem Elektromotor (20) angeschlossen ist, dessen Welle kinematisch mit dem Schleifer des ersten Potentiometers (15) verbunden ist, dagegen aber in der anderen Stellung (II) der Umschalter (17, 19) der Eingang des Verstärkers (18) über den ersten Umschalter (17) in Reihe mit dem Ausgang des zweiten Umformers (12) und dem Ausgang des zweiten Potentiometers (16) geschaltet ist, während der Ausgang des Verstärkers (18) über den zweiten Umschalter (19) am Antrieb (21) des Versteliglieds (10) angeschlossen ist.

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