DE3030432A1

DE3030432A1 - Programmierte schweissmaschine mit geschwindigkeitsuebersetzung fuer den schweisskopf

Info

Publication number: DE3030432A1
Application number: DE19803030432
Authority: DE
Inventors: Fredrick J. Waukesha Wis. Balfanz
Original assignee: Messer Griesheim GmbH
Current assignee: Messer Griesheim GmbH
Priority date: 1979-08-15
Filing date: 1980-08-12
Publication date: 1981-03-26
Also published as: SE8005736L; GB2056715A; GB2056715B; US4234777A; NO802438L; IT8024159A0; JPS5630077A; BE884799A; CA1150780A; FR2462961A1; IT1132563B; NL8004620A

Description

MESSER GRIESHEIM GMBH TMG 1231

Kennwort: Programm-Korrektur II

Erfinder: BaIfanz Ordner: II Programmierte Schweißmaschine mit Geschwindigkeitsübersetzung für den Schweißkopf

Schweißmaschinen mit Programmiereinrichtung zur Führung des Schweißkopfes entlang eines vorgegebenen Weges sind schon lange in Gebrauch. Die Programmiereinheit kann bestehen aus Einrichtungen wie Numerischer Steuerung (NC), Schablonen mit Nachführeinrichtung u.a. Die Schweißmaschinen wurden verwendet bei der Produktion großer Teile wie z.B. Ausleger, Sondenbügel, Hubhebel für Fahrzeuge usw., bei denen nicht nur gradlinige Teile vorkommen, sondern auch gekrümmte.

Bei der Herstellung großer Teile, wie den oben erwähnten, wurden diese oft aus zwei oder mehr einzelnen Teilen zusaicmengefügt, welche vorher durch Brennschneiden mit Plasma- oder anderen Brennern aus einem großen Werkstück herausgeschnitten worden waren. Die einzelnen Teile werden dann geheftet, falls gewünscht, und fest aneinandergelegt, um eine Fuge oder Schweißnaht zu bilden. Dann wird ein Schweißkopf entlang der Fuge verfahren, um die Teile mittels einer Schweißraupe zusammenzufügen. Außerdem sind bereits Koordinatenvorrichtungen bekannt, die über einen Querträger oder eine Brücke verfügen, welche eine Quer- oder X-Achse definiert und über eine Längsoder Y-Achse definierende Schienen oder ähnliches verfahrbar ist. 130013/1068

Ein zum Verfahren entlang der Brücke angebrachter Querschlitten führt ein metallbearbeitendes Werkzeug, z.B. einen Schneidbrenner o.a.

Desweiteren ist es üblich, Abtastgeräte wie z.B. Sonden, vor den Schweißkopf zu montieren, um die Lage der Kante der Fuge oder Schweißnaht zu ertasten, sowie im Prinzip einen Längssciilitten vorzusehen, der den Schweißkopf entsprechend der Positionsangabe der Meßsonde ausrichtet.

Oben erwähnte, gleichfalls anhängige Patentanmeldung betrifft eine Schweißmaschine, bei der die waagerechten Hauptachsen X und Y definiert sind. Unter dem Wagen der Schweißmaschine ist eine Montagevorrichtung angebracht, in der eine Baugruppe mit Schweißkopf und Schweißfugensensor montiert werden kann. Diese Montagevorrichtung enthält eine Drehvorrichtung, die eine vertikale C-Achse definiert, um die die Spitzen des Schweißkopf und des Sensors gedreht werden können.

Ein Programmiergerät wie z.B. eine NC-Vorrichtung oder eine Nachführeinrichtung wird in der üblichen Weise programmiert, sodaß es die Maschinenteile und somit die Baugruppe Schweißkopf und Sensor bezüglich der Hauptachsen X und Y bewegt und auch dazu verwendet werden kann, die Drehvorrichtung zu drehen, sodaß besagte Schweißkopf/ Sensor-Baugruppe sich um die C-Achse dreht. Programmiertes Drehen der Baugruppe dient dazu, den Sensor entlang der Schweißnaht in einer Stellung vor dem Schweißkopf zu halten, ungeachtet der Kontur der Naht. Eine Rückkopplung von den Hauptantriebsmotoren der Maschine un der Drehvorrichtung zeigt dem Programmiergerät, daß die Baugruppe Schweißkopf und Sensor dort ist, wo sie programmgemäß sein soll.

In dem Gerät besagter, gleichfalls anhängiger Patentanmeldung wird die Programmiereinrichtung so übersteuert, daß der Schweißkopf ständig vom programmierten Weg auf einen gewünschten, korrigierten Weg, der durch Abweichungen in der Schweißnaht bestimmt wird, bewegt wird, ohne das Programm zu berühren.

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Zwischen dem Maschinenwagen und der Baugruppe Schweißkopf/Sensor ist ein Längsschlitten angebracht, der verschiedene Abweichungsachsen definiert, so z.B. X^ und Y^. Der Längsschlitten ist so konzipiert, daß er von Motoren angetrieben wird - jeweils 1 Motor für jede Abweichungsachse -, damit der Schweißkopf entsprechend der Abweichung in der Schweißnaht von seinem programmierten Weg auf den gewünschten abweichenden Weg geführt wird.

Für die Steuerung der Längsschlitten ist die Welle eines Sinus/Kosinus-Resolvers ir.Jt einem Zahnrad, das Teil des Motors ist, in einem 1:1 Verhältnis ineinandergreifend verbunden. Die Statorwicklungen des Wandlers sind mit den Längsschlitten verbunden und reagieren auf eine Spannung, die an die Rotor- oder Wellenwicklung des Resolvers angelegt wird. Das Signal der Statorwicklung reagiert auf die Abweichposition des Sensors in der Schweißnaht in Bezug auf die programmierte Position des Schweißkopfes und, je nach Grad der Abweichung, treibt sie die Längsschlitten zu einer Korrektur der Schweißkopfposition an.

Die Drehstellung der Welle des Resolvers und damit der Rotorwicklung, in Bezug auf die Statorwicklungen, bewirkt ein Einstellen des Resolvers, der das Verhältnis der den Schlittenmotoren einzugebenden relativ korrigierenden Antriebssignale bestimmt. Die Drehstellung der Resolverwelle wiederum reagiert - über die Zahnradverbindung - auf die Drehstellung der Drehvorrichtung. Bei Betrieb der Schweißmaschine wird der Schweißkopf über die Programmiervorrichtung entlang eines geraden oder gekrümmten Weges in Bezug auf die Haupt-X und Y-Achsen verfahren. Dies ist im allgemeinen der zur Bildung einer Schweißnaht in einer Fuge zwischen zwei zu verbindenden Teilen erwünschte Weg. Gleichzeitig kann die Programmiereinrichtung die Drehvorrichtung bei Bedarf um die vertikale C-Achse drehen, damit der Sensor vor dem Schweißkopf bleibt.

Rechtwinklige Abweichungen vom programmierten Weg werden vom Sensor ertastet und über den Resolver an die Längsschlitten geleitet, die den Schweißkopf von seinem vorge-

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schriebenen Weg über die X_d bzw. Y_d-Achsen auf den momentan gewünschten Abweichungsweg führen sollen.

Obwohl der Schweißkopf bei Bedarf von seinem vorgeschrie-. benen Weg abgeleitet wird, wird die Programmiereinrichtung davon nicht betroffen und kann zum Schweißen anderer, identischer Teile eingesetzt werden, die eventuell andere Abweichungen aufweisen.

Die in der besagten, gleichfalls anhängigen Patentanmeldung beschriebene Version des"Geräts ist so konzipert, daß damit 1 Teilepaar über eine Schweißnaht zu einem einteiligen Ganzen zusammengefügt wird. Bei dieser Ausführung wird ebenfalls ein Resolver mit einem Einphasen-Rotor und einem Zweiphasen-Stator eingesetzt.

Zur Steigerung der Produktion wäre es wünschenswert, mehrere Teilepaare zu schweißen, sodaß mehrere, identische, einteilige Ganze gleichzeitig auf derselben Maschine hergestellt werden können. Grundsätzlich könnte dies verwirklicht werden, indem mehrer-.e Schweißköpfe auf dem Querträger montiert werden, zusammen mit parallelen X^ und Y^ Längsschlitten und Steuerungen, und indem der Schweißweg für jeden Schweißkopf gleich programmiert wird. Wenn mehrere gleiche, geheftete Werkstückpaare auf den horizontalen Tisch gelegt würden, würden die Schweißköpfe diese Paare simultan zusammenfügen.

Dieses Konzept des Mehrfachschwißens b£rgt eine größere Schwierigkeit, da die mit einer Schweißnaht zu versehende Spaltbreite von Paar zu Paar unterschiedlich sein kann. Das liegt daran, daß das vorbereitende Heften sowie auch die Werkstückkanten nicht bei jedem Paar gleich sind, und zwar aufgrund von Toleranzabweichungen.

Wenn beim Mehrfach-Nahtschweißen die entsprechenden gleichen Abschnitte der unterschiedlichen Nähte in der Breite identisch sind, kann die Maschine auf identische Schweißkopfgeschwindigkeit programmiert werden, wodurch für die Spaltbreite passende Schweiß.raupen gelegt werden. Diese Raupen sind dann alle gleich. Aber bei unterschiedlicher

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Spaltbreite und gleicher Geschwindigkeit wie vorher ändert sich die Situation. Ein Spalt kann schmäler sein als normal, sodaß die Schweißraupe zu dick ist. Oder ein Spalt kann breiter sein als normal, dann ist die Schweißraupe zu klein. Wenn ein Spalt zu breit ist, während ein anderer zu schmal ist, ist es eventuell nötig, die Geschwindigkeit *ler Maschine auf die schmalere Spaltbreite einzustellen - wobei der breite Spalt nicht genügend gefüllt wird - und dann, in einem zweiten speziellen Durchgang, den breiten Spalt ganz aufzufüllen.

Versuche, die relative Geschwindigkeit der Brücke bzw. des Querschiittens während eines Arbeitszyklus zu ändern, um die Abweichungen in den Spaltbreiten auszugleichen, werfen entscheidende betriebstechnische Probleme auf.

Aufgabe dieser Erfindung ist es, Schweißnähte unterschiedlicher Breite simultan mit einer Maschine herzustellen, ohne daß mehrere Durchgänge erforderlich sind oder komplexe Geschwindigkeitsanpassungen zwischen Brücke und Wagen.

Eine weitere Aufgabe ist es, das Vorhandensein einer X^Y ^ Abweichungskorrektur-Steuerung in einer programmierten Schweißmaschine zu nutzen, um selbst dann hochwertige Schweißnähte herzustellen, wenn die Spaltbreiten von der Norm oder voneinander abweichen.

Und eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, besagte Abweichungs-Korrektursteuerung unabhängig vom Programm anzuwenden und ungeachtet der Präge, ob eine Abweichung vorliegt oder nicht.

Allgemein gesagt zieftt die Erfindung darauf hin, ein relativ einfaches Gerät zu schaffen, mit dem die Arbeitsgeschwindigkeit eines oder mehrerer Schweißköpfe aus einer Vielzahl heraus geändert und von der Steuergeschwindigkeit der Brücke bzw. des Querschiittens getrennt werden kann.

In einer der Ausführungsmöglichkeiten der Erfindung gibt es eine Vorrichtung, die den X_d bzw. Y^ Längsschlitten in einem Schweißkopf, wie er in der bereits erwähnten Patent-

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anmeldung beschrieben ist, veranlaßt, die effektive Geschwindigkeit des Schweißkopfes selektiv entlang der Schweißnaht zu verändern, und zwar entsprechend der jeweiligen zu schweißenden Spaltbreitet

In einer anderen Ausführungsmöglichkeit der Erfindung ist der Rotor des Resolvers in der Abweichungs-Korrektur-Steuerung, wie sie in .besagter Patentanmeldung beschrieben ist, zweiphasig, wobei eine der Rotorwicklungen wahlweise steuerbar ist, um."den Antriebsmotoren der X^ bzw.Y^ Längsschlitten ein Signal zu geben - unabhängig vom Programm oder dem Vorhandensein einer Abweichung - um den Schweißkopf in Bezug auf den Querschlitten zu verfahren und somit seine effektive Geschwindigkeit zu verändern. Die wahlweise steuerbare Rotorwicklung ist in einem Winkel von 90° zu der anderen Rotorwicklung montiert, die in der Abweichungs-Korrektursteuerung eingesetzt wird.

In einer weiteren Ausführungsmöglichkeit der Erfindung geben bei Auftauchen einer Abweichung die Rotorwicklung für die Abweichungskorrektur und diejenige für die Geschwindigkeitsänderung Signale ab, welche gemeinsam die Längsschlitten antreiben. . .

Die verschiedenen Ausführungsmöglichkeiten der Erfindung können in jeden Schweißkopf einer MuItinahtschweißmaschine eingebaut werden.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Die beigefügten Zeichnungen zeigen die beste Ausführungsart für die Erfindung, wie sie gegenwärtig vom Erfinder erwogen wird.

Zu den Zeichnungen:

Fig. 1 ist eine perspektivische, schematische Ansicht einer Schweißmaschine mit den Ausfüfrrungsmöglichkeiten der Erfindung;

Fig. 2 ist ein vergrößerter waagerechter Ausschnitt der Steuerungseinrichtung für die Abweichungskorrektur für einen der Schweißköpfe;

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Fig. 3 ist eine senkrechte Rechtsansicht des Schweißkopfaufsatzes aus Abb. 2 mit Teilen im Querschnitt;

Fig. 4 ist eine schematische Ansicht von oben auf die Maschine beim Verfahren über zwei zu verbindende Teilepaarej

Fig. 5 ist eine elektromechanisch^ Darstellung des Abweichungs-^Korrektursystems und der Schweißkopf- Geschwindigkeitssteuerung eines der Schweißköpfe bei einer zu schweißenden Naht, die parallel zur X-Achse der Maschine verläuft j

Fig. 6 ist eine Darstellung wie Abb. 5 bei einer geraden zu schweißenden Naht, die mit der X und Y-Achse der Maschine einen Winkel bildet, und

Fig. 7 ist eine Darstellung wie Abb. 5 und 6 bei einer zu schweißenden Naht, die gekrümmt ist.

Beschreibung der bevorzugten Ausführungsart

Die Fig. 1-3 betreffend entspricht die Schweißmaschine 1 im allgemeinen derjenigen,die in der bereits erwähnten, gleichfalls anhängigen Patentanmeldung beschrieben ist und sie kann auf ein Paar längsverlaufende parallele Schienen 2 und 3 montiert werden, die am Boden befestigt sind. Auf dem Rahmen sind Stützportale 4 und 5 zum Verfahren entlang der betreffenden Schienen, wobei die Portale die Enden eines Querträgers oder einer Brücke 6 stützen, die sich über den Schweißbereich erstreckt. Eine Vielzahl von Querschlitten, in diesem Fall Paar 7 und 7a, sind zum Verfahren entlang der Brücke 6 passend angebracht.

Als Dezugsachsen definiert Brücke 6 eine waagerechte Haupt- -X-Achse, während die Schienen 2 und 3 parallel zu einer waagerechten Haupt-Y-Achse verlaufen.

Brücke 6 kann über entsprechende Antriebsmittel in Richtung Y-Achse verfahren werden, wie z.B. über die Motoren 8 und 9, die in die Portale 4 und 5 eingebaut sind un deren Zahnritzel 10 und 11 in die entsprechenden Zahnstangen 12 und 13 eingreifen, die auf den Schienen 2 und 3 verlegt sind. Ebenso können die Querschlitten 7 und Ja. über entprechende An-

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triebsmittel entlang der Brücke β in Richtung X-Achse verfahren werden wie z.B. über die Motoren 14, l4a auf den Querschlitten, deren Zahnritzel 15, 15a eingreifen in die entsprechende Zahnschiene 16, die auf der Brücke 5' verlegt ist.

Es gibt eine Programmiereinrichtung zur Steuerung der Motoren 8, 9* ύ4 und l4a sowie von anderen, noch zu beschreibenden Teilen. Diese Programmiereinrichtung dient zum Teil dem Antrieb der Sehlitten 7 und 7a und der dazugehörigen Schweißköpfe (die noch zu beschreiben sind) entlang des gewünschten Weges in Bezug auf die X bzw.Y-Achse. Diese programmierbare Einrichtung kann irgendein bekannter Typ sein wie z.B..in besagter, gleichfalls anhängiger Patentanmeldung bezeichnet. Das Gerät kann z.B.

eine Nachführeinrichtung haben, die einer Vorlage folgt und die Maschine die Kontur reproduzieren läßt.

Es wird angenommen, daß die numerische (oder NC-)Steuerung jetzt das bevorzugte Programmiersystem ist. Wie schematisch in Abb. 1 dargestellt, wird eine Eingabe-Steuereinheit 17 zum Programmieren und Bedienen der numerischen Steuerung verwendet, welche ein Lochstreifen- oder Magnetband 18 hat, das durch den üblichen Tonkopf läuft. Über die Ausgabe werden oben erwähnte Motoren in gewünschter Geschwindigkeit und Richtung angetrieben, um für die O.uerschlitten einen programmierten Weg zu erstellen.

'Wie dargestellt, enthält Einheit 17 unter anderem einen Geschwindigkeits-Steuerknopf 20 für Brücke 6 in der Y-Richtung, Geschwindigkeits-Steuerknöpfe 21 und 21a für O.uerschlitten 7 und 7a sowie Ein/Aus-Schalter 22 und 22a für Schweißköpfe 23 und 23a, die auf den jeweiligen O.uerschlitten montiert sind. Diese Knöpfe und Schalter dienen zur manuellen Steuerung bestimmter Funktionen der Maschine und die Einzelheiten über Bedienung und Anschluß sind Fachleuten bekannt.

Schweißköpfe 23 und 23a sind ein Teil des Sehweiß-Baugruppenpaars 24 und 24a. Mit den Baugruppen 24 und 24a können 2 Paar Metall-Werkstücke verbunden werden - Platten25 und

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und Platten 25a und 26a. Die Werkstückpaare wurden eventuell zusammengeheftet, sind aber auf jeden Fall fest montiert, und zwar im allgemeinen waagerecht unter Brücke 6. Die betreffenden Werkstückpaare sind jeweils so angebracht, daß sie eine Naht oder Fuge bilden, 27, 27a. Siehe Fig. l und 4.

Beide Schweißftopf-Baugruppen 24 und 24a sind im wesentlichen in Aufbau und Anschluß identisch, sodaß nur Schweiß-Baugruppe 24 detailliert beschrieben wird.

Schweißkopf 23 hat eine Spitze £8, der z.B. von einer Spule 30 Schweißdraht 29 zugeführt werden kann. Schweißkopf-Baugruppe 24 hat auch einen Sensor mit einer Sonde 31, die eine Spitze 32 hat und über eine Klammer 33 in einem Winkel zu Schweißkopf 23 angebracht ist. In der vorliegenden Ausführung sind Schweißkopf 23 und Sonde 31 über die Klammern 34 fest an Drehvorrichtung 35 aufgehängt. welche um eine senkrechte Achse gedreht werden kann,die im allgemeinen im rechten Winkel zu den Achsen X und Y steht und hier als C-Achse definiert ist.

Zu ^Fi<3.· 2 und 3: Die Drehvorrichtung 35 ist unter den Querschlitten 7 aufgehängt - in einer noch zu beschreibenden Art und Weise - und umfaßt ein festes Gehäuse 36 und ein Zahnrad 37 mit Zähnen 38, welches um besagte C-Achse drehbar ist. Der Drehantrieb für Zahnrad 37 enthält in dieser Ausführung ein Antriebsgerät wie Motor 39» das fest auf Gehäuse 36 gelagert ist und ein Zahnrad 4θ hat, das in die Zähne 38 von Zahnrad 37 eingreift. Motor 39 ist auch mit der Programmiervorrichtung verbunden, die dafür sorgt, daß der Motor richtig angetrieben wird und dabei Zahnrad 37 der Drehvorrichtung dreht.

Schweißkopf 23 und Sonde 3I sind mit ihren Spitzen 28 und 32 in einer im allgemeinen waagerechten Ebene gelagert.

Während des Schweißens ist es wünschenswert, daß Sondenspitze 32 der Schweißkopfspitze 28 entlang der Fuge 27 vor-5 ausläuft, sodaß Spitze 32 durchaus als Sensor für die Fugenposition fungiert, bevor Spitze 28 dieselbe Stelle erreicht,

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Deshalb sind die Spitzen 28 und 32 auseinandergelegt, wobei die C-Achse etwa in der Mitte zwischen ihnen verläuft. Siehe Fig,3. Gelegentlich kann die C-Achse auch bevorzugt anders als durch die Mitte zwischen den Spitzen 28 und 32 verlaufen, einschließlich der Möglichkeit, durch eine der Spitzen selbst zu verlaufen.

Die Motoren 8, 9, Ik und 39 sind über die entsprechenden Leitungen kl-kk mit der NC-Steuereinheit 17 verbunden, sodaß die Motoren über die programmierten Signale in herkömmlicher Weise angetrieben werden.

Die numerische Steuerung ist so programmiert, daß sie Schweißkopf 23 über den generellen Weg der Fuge 27 verfahren läßt, sowohl in gerader Linie als auch in gekrümmter. Das ist der programmierte Weg. Bei einer geraden Linie, die parallel zu einer der Haupt X oder Y Achsen verläuft, verfährt die numerische Steuerung nicht nur Brücke 6 bzw. Querschlitten 7 entlang dieser Achse, sondern dreht auch Zahnrad 37 der Drehvorrichtung in eine feste Stellung, sodaß Schweißkopfspitze 2δ und Sondenspitze 32 parallel zum Weg und der Achse verlaufen, wobei Spitze 32 an erster Stelle kommt. Falls Fuge und programmierter Weg eine abgewinkelte gerade Linie darstellen und sowohl X-als auch Y-Komponenten enthalten, werden Brücke 6 und auch Querschlitten 7 durch das Programm bewegt, ebenso wird Zahnkranz 37 in eine feste Position gebracht., sodaß die Spitzen 28 und 32 parallel zu der winkelförmigen Fuge stehen. Falls jedoch Fuge 27 und der programmierte Weg gekrümmt sind, bewegt das Programm nicht nur Brücke 6 und Querschlitten 7, sondern läßt Zahnrad 37 ständig rotieren, damit Spitzen 28 und 32 auf einer ständig sich ändernden Linie gehalten werden, die immer der Kurventangente folgt.

Wie normalerweise bei numerischen Steuerungen und ähnlichen Einrichtungen üblich, gibt es einen Rückkopplungsmechanismus zwischen der Maschine und der Schaltung in der NC-Steuereinheit 17, um zu jedem beliebigen Zeitpunkt der Steuerung ; anzuzeigen, daß Schweißkopfspitze 28 und Sondenspitze 32 dort sind, wo sie nach dem Programm sein sollen. Siehe Fig. 1-3, die die Rückkopplungsvorrichtungen k5-k8 darstellen,

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welche einen Resolver, einen Synchroreceiver, einen Impulscodierer oder ähnliches darstellen können und mit Zahnstangen 12, 13 und l6 sowie Zahnkranz 37 verbunden sind. Die relative Standortinformation;, die von den Einrichtungen 45-48 ertastet wird, wird über die jeweiligen Leitungen 49-52 an die numerische Steuereinheit 17 rückgekoppelt.

Die Schweißmaschine ist so konstruiert, daß sie Abweichungen der Fuge vom programmierten Weg ertastet und das Programm übersteuert, um Schweißköpfe 23 und 23a , falls erforderlich, in eine korrigierte Schweißstellung zu bringen; alles, ohne das Grundprogramm aufzuheben oder zu ändern.

Zu diesem Zweck, und in Verbindung mit Querschlitten 7, ist Sonde 3I an den Mechanismus angeschlossen, der- unabhängig vom Hauptprogramm - Schweißbaugruppe 24 und ihre Drehvorrichtung 35 einen Korrekturkurs fahren läßt.

Wie in Fig. 1 - 3 am besten zu erkennen, ist zwischen Querschlitten 7 und Drehvorrichtung 35 ein Längsschlitten 53 vorgesehen. Längsschlitten 53 enthält ein oberes X^-Schlittenteil, das über Klammer 54, die eine Gewindespindel 55 enthält, an Querschlitten 7 befestigt ist. Spindel 55 verläuft parallel zu Brücke 6 und der Haupt X-Achse der Maschine und definiert Fugenabweichungen senkrecht zur Haupt Y-Achse. Ihre Achse wird daher als X^-Achse bezeichnet. Ein Paar Führungsstäbe 56 verläuft parallel zur Gewindespindel 55 und befestigt zuammen mit letzerer einen Block 57 > der auf die Spindel geschraubt wird. Längsschlitten 53 enthält einen unteren Y^Schlittenteil, der rechtwinklig zum oberen Teil angebracht ist und eine Klammer 58 mit Gewindespindel 59 hat. Spindel 59 verläuft parallel zu den Schienen 2 und 3 und zur Haupt Y-Achse der Maschine. Sie definiert Fugenabweichungen senkrecht zur Haupt X-Achse. Ihre Achse wird daher als Y^-Achse bezeichnet. Stäbe βθ verlaufen parallel zur Spindel 59 und befestigen einen Block 6l, der auf Spindel 59 geschraubt wird und an dem Gehäuse 36 der Drehvorrichtung befestigt ist.

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Es sind Antriebsmittel vorgesehen, die Spindel 55 drehen sollen, um Block 57 und alles, was daran befestigt ist, entlang der X_d-Achse zu verfahren, einschließlich Schweißkopf 23 und Sonde 31· Zu diesem Zweck ist auf Klammer 54 ein umschaltbarer Motor 62 montiert, der mit seinem Ausgang an Spindel 55 angeschlossen ist. Gleichermaßen ist für die Y,-Acftse ein umschaltbarer Motor 63 auf Klammer 58 montiert, der mit seinem Ausgang an Spindel 59 angeschlossen ist.

Die Motoren 62 und 63 können unabhängig angetrieben werden oder im Zusammenhang mit Abweichungen in der Fuge 27 vom programmierten Weg, die von Sonde 31 während des SchweißVorgangs ertastet werden. Zu diesem Zweck sind Motoren und Sonden über einen Resolver 64 elektromechanisch verbunden. Der Resolver ist auf Gehäuse 36 der Drehvorrichtung fest installiert. Resolver 64 hat die normale, drehbare Welle 65, die senkrecht verläuft (wie in der gleichfalls anhängigen Patentanmeldung.ausführlicher dargestellt) und am unteren Ende ein Zahnrad 66 hat, das in das Zahnrad 37 der Drehvorrichtung eingreift. Resolverwelle 65 und Zahnrad 37 der Drehvorrichtung sind so verbunden, daß sie sich im Verhältnis 1:1 drehen.

Resolver 64 ist vom bekannten Sinus/Kosinus-Synchron-Typ mit einem 2-Phasen-Stator und, im Zusammenhang mit dieser Erfindung, einem 2-Phasen-Rotor. Die angezeichnete Stellung der Resolverwelle 65 erzeugt eine elektrische Ausgabe, welche in Spannungssignale der X_d und Y_d Koordinaten zerlegt wird, um die Motoren 62 und 63 anzutreiben.

Wie in Fig. 5 gezeigt und in der gleichfalls anhängigen Pa-0 tentanmeldung ausführlicher beschrieben, wird die Sondenspitze 32, z.B. durch eine Feder, auf eine zentrale Position eingestellt. Die eingestellte Position der Spitze 32 ist derart, daß der Sondenausgang über eine Leitung 67 einer BrUkkenschaltung 68 zugeführt wird, die wiederum über eine Leitung 69 an einen Nullverstärker angeschlossen ist. Brückenschaltung 68 hat einen Netztransformator und ein Paar parallel geschaltete variable Widerstände. Wenn die variablen Widerstände im Normal-Abgleich sind, wird kein Signal an den Ver-

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-vT-

stärker 70 gegeben. Wenn jedoch in Fuge 27 eine Abweichung; vorkommt, läßt Sonde 31, die einen der Widerstände enthält, die Widerstände und damit die Brückenschaltung aus dem Gleichgewicht kommen und veranlaßt damit, daß ein Signal an den Verstärker 70 gegeben wird.

Verstärker 70 ist so angeschlossen, daß Leitung 71 der ersten Rotorw^cklung 72 der Welle 65 des Sinus/Kosinus-Resolvers 64 zugeführt wird. Die entsprechenden X, und Y, Statorwicklungen 73 und 74 des Resolvers 64 stehen im Winkel von 9η⁰ zueinander und sind über Leitungen 75 und 76 mit X,-Motor 62 und Y^-Motor 65 verbunden. Auf Wunsch können Servo-Verstärker in die entsprechenden Leitungen 75 und 76 eingeschaltet werden.

Das Funktionieren des Korrekturmechanismus für Abweichungen vom programmierten Weg in der Schweißfuge ist in besagter, gleichfalls anhängiger Patentanmeldung ausführlicher beschrieben.

Eine kurze Zusammenfassung, zunächst zu Fig. 5: Falls die zu schweißende Fuge oder Naht so programmiert ist, daß sie, wie 77, grundsätzlich parallel zur Y-Achse der Maschine verläuft, sind Zahnrad 37 und Resolver 64 so gedreht, daß Rotorwicklung 72 parallel zur X ,-Statorwicklung 73 und im Winkel von 90⁰ zur Y,-Statorwicklung 74 steht, und zwar in einer festen Voreinstellung. Wenn Sondenspitze 32 eine Abweichung vom programmierten Weg 77 in X,-Richtung ertastet wie in 77a gezeigt - kommt Brückenschaltung 68 aus dem Gleichgewicht und gibt über Verstärker 70 ein Spannungssignal an

otorwicklung 72. Dadurch wird nur in der Xd-Statorwicklung 73 ein Spannungssignal induziert, wodurch X^-Motor 62 betätigt wird, um über den ihm zugehörigen Längsschlitten Schweißkopfspitze 28 - unabhängig vom Programm der Einheit 17 - in die korrigierte Position zu führen.

Zu Fig. 6: Falls die zu schweißende Naht so programmiert ist, daß sie eine gerade Linie ist und einen Winkel bildet mit der X uxid Y-Achse der Maschine, wie 78> wird Resolver 64 so gedreht, daß Rotorwicklung 72 einen Winkel bildet mit den X, und Υ,-Statorwicklungen 73 und 74, und zwar in einer festen Voreinstellung. Wenn Sondenspitze 32 eine Abweichung

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vom programmierten Weg in X^Y^-Richtung ertastet, wie 78a, wird ein Ungleichheiis-Spannungssignal an Rotorwicklung 72 gegeben. Somit wird sowohl in X_d als auch in der γ -Statorwicklung 73 bzw. 74 ein Spannungssignal erzeugt, wodurch beide Motoren 62 und 63 betätigt werden und deren zugehörige Längsschlitten die Spitze 28 in einem Winkel in die korrigierte Position führen.

Bei einem gekrümmten programmierten Weg 79 und einem abweichenden Weg 79a, wie in Abb. 7, ist das Verfahren ähnlieh dem bei Abb. 6, außer daß die Resolverwelle 65 vom Programm ständig gedreht wird und damit auch Rotorwicklung 72.

Manchmal sollen mehrere Werkstücke - wie z.B. 25, 26 und 25a, 26a - gleichzeitig und mit einem im wesentlichen identischen Schweißweg 27, 27a zusammengeschweißt werden. Die oben beschriebene Maschine kann diese Schweißarbeiten mit Hilfe von entsprechend programmierten Schweißbaugruppen . 24 und 24 a erledigen. Abweichungen von jedem programmierten Weg werden durch das oben beschriebene Übersteuerungssystem korrigiert.

Allerdings- und das sieht man am besten in Fig. 4 - können beim gleichzeitigen Schweißen mehrerer Fugen oder Nähte 27, 27a auch Probleme auftauchen. Diese Nähte sind in deutlich hervorgehobener Form dargestellt. Naht 27, von Schweißbaugruppe 24 zu verfahren und zu schweißen, ist als ziemlich schmal dargestellt und in dem gezeichneten Abschnitt von im allgemeinen gleichmäßiger Weite. Naht 27a dagegen, von Schweißbaugruppe 24a zu verfahren und zu schweißen, beginnt schmal - wie bei 80 -, geht dann aber über in den weiten Abschnitt 81, der breiter ist als Naht 27. Dieser Unterschied kann auf Toleranzabweichungen bei der Werkstückherstellung und dem. oben erwähnten, nicht abgebildeten Heften zurückzuführen sein.

Normalerweise sind die Schweißbaugruppen 24 und 24a. so pro-5 grammiert, daß sie mit der gleichen vorgegebenen Geschwindigkeit ihre jeweiligen Nähte verfahren.

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Wenn die Maschine so programmiert ist, daß bei Schweißbaugruppe 24 eine Schweißraupe entsteht, die den Spalt genau ausfüllt, dann wird, wenn Schweißbaugruppe 24a den weiten Nahtabschnitt 81 erreicht, die dort entstehende Schweißraupe die Naht nicht ausfüllen, da die Geschwindigkeit der gesamten Maschine zu hoch ist. Desgleichen wird es bei eyier Geschwindigkeit, bei der Naht Bl richtig gefüllt wird, zu einer Überfüllung von Naht 27 kommen.

Das Prinzip dieser Erfindung bietet eine einzigartige Losung dieses Problems. Nach diesem Prinzip ist das Vorhandensein von Mitteln vorgesehen, die unabhängig vom Programm und getrennt von Brücke und Querschlittensteuerungen, und die die Geschwindigkeit beim Schweißen einer oder mehrerer dieser Nähte selektiv ändern oder steuern sollen.

Zu diesem Zweck hat Resolver 64 des Querschlittens7 eine zweite Rotorwicklung Qj, die auf Welle 65 montiert ist und in einem Winkel von 90° zur Abweichungskorrektur-Rotorwicklung 72 steht. Siehe Fig. 5, Wicklung 83 ist über Leitungen 84 mit einem Schaltkasten 85 des Bedienungsmannes verbunden, der einen passenden, nicht abgebildeten Impulsverstärker enthalten kann und ebenso einen Spannungsimpulsgenerator mit einem variablen Widerstand 86, der über einen Handsteuerschalter 87 bedient wird. Jede Schweißeinheit einer MuItinahtschweißmaschine hätte eine gleiche Vorrichtung. Siehe Fig. 4.

Q-,

Rotorwicklung"Kann nach Bedarf in Statorwicklung 73 bzw. selektiv eine Spannung erzeugen, damit die X, bzw. Y,-Längsschlitten Schweißkopf 23 mit variabler Geschwindigkeit in Bezug auf Querschlitten 7 vorwärts oder rückwärts bewegen. Da Wicklung 83 senkrecht auf der Abweichungskorrektur-Wicklung 72 steht, begründet erstere eher eine Bewegung parallel zur Naht als quer dazu.

Da Wicklung 83 normalerweise aktiviert ist, während C.uerschlitten 7 sich bewegt, wird Geschwindigkeit und Richtung von Schweißkopf 23 der Geschwindigkeit und Richtung von Querschlitten 7 überlagert, um eine überlagerte, summierte Bewegung zu erzeugen.

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Obwohl die Geschwindigkeitsübersteuerung dieser Erfindung dadurch, daß sie Resolverwelle 65 und Statorwicklungen 73 und "Jh sowie die Χ,Υ,-Längsschlitten benutzt, eng mit dem Abweichungskorrektursystem verbunden ist, funktioniert die Geschwindigkeitsübersteuerung unabhängig vom Vorhandensein einer Abweichung vom programmierten Weg in Fuge oder Naht. Außerdem sieht dieses Prinzip eine Vorrichtung vor, die extrem flexibel ist und viele Arten von Unterschieden zwischen äquivalenten Abschnitten einer Vielzahl von Nähten handhaben kann.

Nehmen wir z.B. in Fig. 4 an, daß die Sohweißeinheiten 24 und 24a die Nähte 27 und 27a gleichzeitig mit gleicher Geschwindigkeit entlang der Y-Achse nach dem Maschinenprogramm verfahren und daß sie in der mit durchgezogenen Linien dargestellten Position sind. Resolver 64a steht so, daß Geschwindigkeits-Steuerwicklung 8;5a parallel zur Υ,-Motorwicklung 74a ist. Nehmen wir ebenfalls an, daß die Verfahrgeschwindigkeit der Einheiten 24 und 24a so ist, daß die Schweißraupen 82 und 82a die Nähte hinter den Einheiten richtig füllen, da die Nähte in diesem Bereich im Prinzip gleich breit sind. Schalter 87 und 87a sind in "AUS"-Stellung.

Ein aufmerksamer Bedienungsmann wird feststellen, daß Naht 27a vor der sich vorwärtsbewegenden Einheit 24a weiter wird, und er weiß, daß, wenn die Geschwindigkeit dieser Einheit sich nicht ändert, die Schweißnaht nicht richtig gefüllt wird.'Daher unternimmt der Bedienungsmann eine Anzahl von möglichen Schritten zur Korrektur dieser Situation, sobald Nahtabschnitt 80 in Abschnitt 8l übergeht. In diesem Beispiel betätigt er den Geschwindigkeits-Steuerschalter an Einheit 17 (Fig.l),um die Brücke 6 zu bremsen, bis bei Schweißspitze 28a im Nahtabschnitt 8l eine ordentlich gefüllte Schweißraupe entsteht. Dadurch wird natürlich Schweißspitze 28 zu langsam, sodaß die schmalere Naht 27 überfüllt werden würde. Um das zu verhindern, bedient der Bedienungsmann jetzt Steuerschalter 87 an Kasten 85, sodaß er ein positives oder "VORWÄRTS"-Spannungssignal an die zweite Rotorwicklung 83 des Resolvers 64 gibt. Dieses Signal wird in

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Wicklung 74 für den Υ,-Motor erzeugt, wodurch sich die Y ,-Längsschlitten und damit Schweißkopf 27) auf Querschlitten 7 parallel zur X-Achse der Maschine vorwärts bewegen. Wenn Schalter 87 richtig gesteuert wird, kann der Bedienungsmann den Mechanismus so einstellen, daß er Spitze 28 auf die ursprüngliche Geschwindigkeit zurückbringt, welche nun durch Addieren der gaingeren Brückengeschwindigkeit und der Vorwärtsbewegung von Schweißkopf 23 in Y-Richtun™ auf O.uerschlitten 7 errechnet wird.

Einheit 24 verfährt nun auf der linken Seite schneller als Einheit 24a. Der Abstand zwischen den Einheiten und die Zeitspanne, wie lange sich Einheit 24 schneller entlang der X-Achse bewegen kann, sind begrenzt durch die Länge der Gewindespindel 59 am Υ-,-Längsschlitten. Palis das jedoch zum Problem wird, können beide Gewindespindeln 55 und 59 entsprechend verlängert werden.

Wenn der SchweißVorgang in der eingestellten Weise weitergeht, fährt Einheit 24 weiterhin schneller als Einheit 24a, bis daß sie das Ende des Werkstückes erreicht, wie mit den gestrichelten Linien dargestellt. Der Bedienungsmann kann dann durch Drücken von Knopf 22 auf Einheit 17 Schweißkopf 23 abschalten oder deaktivieren. Brücke 6 bewegt sich natürlich vieiter und trägt die deaktivierte Einheit 24 über den Rand des Werkstücks hinaus.

Wenn Einheit 24 abschaltet - wie mit den gestrichelten Linien gezeigt -, liegt Einheit 24a zurück, und zwar so, wie in Fig. 4 ebenfalls gestrichelt gezeichnet. Alles, was jetzt zu ^f.un ist, ist zu warten, bis Einheit 24a über das Programm das Werkstückende erreicht hat und dann den Betrieb ganz abzuschalten.

Bei oben beschriebenem Arbeitsvorgang könnte als Alternative auch Brücke β bei ihrer ursprünglichen Geschwindigkeit belassen und Schweißeinheit 24a über Schalter 87a durch Umkehrung gebremst werden. Diese Methode ist jedoch weniger wünschenswert.

130013/1068 BAD OFHGINAL

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Im Verlauf des oben beschriebenen Arbeitsvorgangs, in dem Brücke 6 gebremst und Schweißeinheit 24 in Bezug auf Querschlitten 7 auf der Y-Achse beschleunigt wird, können nachweisbare Abweichungen vom programmierten Weg in den Schweißfugen vorkommen oder auch nicht. Falls keine vorkommen, bleiben die ersten Rotorwicklungen 72 und 72a deaktiviert. Sobald jedoch eine Abweichung vorliegt, wird Wicklung 72 bzw. 72a aktiviert, um dadurch die Längsschlitten anzutreiben.

Zu Fig.4 und 5: Wenn eine X.-Abweichung von der Y-Achse vorliegt - wie im Weg 77a dargestellt - während Einheit 24 beschleunigt verfährt, dann erzeugt die erste rotierende Abweichungswicklung 72 des Resolvers 64 eine Spannung in dep X.-Wicklung 73* während die zweite rotierende Wicklung 83 des Resolvers 64 gleichzeitig eine Spannung in der Y,-Wicklung 74 erzeugt. Beide Motoren 62 und 63 werden somit aktiviert.

Fig. 6 uni7 entsprechen im wesentlichen Fig.7 und 8 besagter, gleichfalls anhängiger Patentanmeldung, nur daß das Prinzip dieser Erfindung hinzugefügt wurde. In beiden Fällen wird Resolver 64 gedreht, sodaß beide Rotorwicklungen 72 und 83 in einem Winkel zu den Statorwicklungen 73 und 74 angebracht sind, aber in einem Winkel von 90° zueinander stehen. Wenn im Fall beider Abbildungen feeine Abweichung und kein Signal an Rotorwicklung 72 vorliegen, und wenn Schweißeinheit 24 sich im Beschleunigungs- oder Bremsmodus befindet, gibt es an Rotorwicklung 83 ein Spannungssignal, das in die beiden Statorwicklungen 73 und 7^ induziert wirdj um die beiden Längsschlittenmotore 62 und 63 anzutreiben. Es existiert jedoch, wie in diesen Abbildungen gezeigt, eine Abweichung in den Abweichwegen 78a und 79a. In diesem Fall erzeugt Rotorwicklung 72 - ebenso wie die Geschwindigkeitssteuerwicklung 83 - eine Spannung in den Statorwicklungen 73 und 74. Auf diese Weise werden die Längsschlittenmotore 62 und 63 entsprechend der Summe der von den Rotorwicklungen 72 und 83 induzierten Signale angetrieben.

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- yr-

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Verschiedene Möglichkeiten zur Durchführung dieser Erfindung liegen im Rahmen der folgenden Ansprüche, wobei die als die \Erfindung angesehene Sache besonders hervorgehoben und deutlich beansprucht wird.

Ffm., 21.07.80 Be/Hi

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Claims

Patentansprüche

M J In einer Schweißmaschine zum Verbinden mehrerer Paare von Metallteilen mittels zwischen ihnen befindlicher, im wesentlichen identischer Schweißfugen:

a) einen Rahmen (4,5,6),

b) mehrere Querschlitten (7,7a), die alle an diesem Rahmen befestigt sind und in Bezug auf eine jeweilige erste Achse verfahren werden sollen,

c) eine unter jedem dieser Querschlitten (7,7a) angebrachte Drehvorrichtung (35) , wobei diese Drehvorrichtung (35) um eine C-Achse drehbar ist, welche im allgemeinen senkrecht zu besagten Teilen steht,

d) einen unter jedem dieser Querschlitten (7,7a) angebrachten Schweißkopf (23,23a) zur Herstellung einer Schweißung in einer der besagten Fugen, e) einen unter jedem dieser Querschlitten (7,7a) angebrachten Sensor (31), der der Kontur der betreffenden Fuge vor dem jeweiligen Schweißkopf (23,23a) folgt,

f·) jeden dieser Schweißköpfe (23,23a) und Sensoren (31) mittels einer Drehvorrichtung (35) bezüglich besagter C-Achse drehbar,

<j) ein erstes {8,9) und zweites (35)Antriebsmittel:

1) um jeden dieser Querschlitten (7,7a) selektiv entlang seiner jeweiligen ersten Achse anzutreiben, und

2) um jede dieser Drehvorrichtungen um ihre jeweilige C-Ach.se zu drehen,

h) wobei jedes dieser beiden Antriebsmittel (89,39) auf eine programmierbare Eingabe-Steuereinheit (17) reagierend betätigt werden kann, damit jeder der besagten Sensoren (31) und Schweißköpfe (23,23a) auf einem programmierten Weg und bei vorgegebener

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Geschwindigkeit verfährt, wobei dieser Weg im Prinzip dem der jeweiligen Fuge entspricht, i) ein ara· jede dieser Dr eh vor richtungen (35) angeschlossenes Programmübersteuerungsmittel (53-74) , das auf Abweichungen in den jeweiligen Fugen reagiert, welche senkrecht zu dem entsprechenden programmierten Weg verlaufen und von dem jeweiligen Sensor (31) ertastet werden, damit besagte Drehvorrichtungen (35) mit ihrem Schweißkopf (13,13a) vom programmierten Weg auf einen korrigierten Weg schwenkt, welcher dem tatsächlich von der jeweiligen Fuge geformten Weg entspricht.

2. Die Schweißmaschine nach Anspruch 1, wobei ein zweites Übersteuerungsmittel (83-87) unabhängig vom Programm besagter Eingabe-Steuereinheit arbeitet und auch unabhängig vom Vorhandensein jeglicher Abweichung.

3. Die Schweißmaschine nach Anspruch 1:

a) worin jedes dieser Programmübersteuerungsmittel (53-74) enthält:

• 1) einen an jedem der besagten Querschlitten (7,7a) befestigten Längs schütten (53) mit einem Paar Gleitschienen, die in Abweichungsachsen definierende Richtungen beweglich sind,

2) ein drittes Antriebsmittel (62,63) zum Verfahren entlang besagter Abweichungsachsen,

3) besagte Längsschlitten (53) angeschlossen an besagte Drehvorrichtung (35) , so daß durch Betätigen dieses dritten Antriebsmittels (62,63) be

sagte Drehvorrichtung (35) selektiv in bezug auf besagte AbweichungSachsen verfährt,

4) und ein elektromechanisches Gerät (64) mit einem

ersten elektrischen Eingang, angeschlossen an besagte Sensoren und einem elektrischen Ausgang/

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angeschlossen an das betreffende dritte Antriebsmittel (62,63) ,

5) besagtes elektromechanisch.es Gerät (64) , mechanisch einstellbar entsprechend der Drehstellung der betreffenden Drehvorrichtung (35), wie durch

das entsprechende zweite Antriebsmittel (39) festgelegt,
b) und worin besagtes zweites Übersteuerungsmittel (83-87) einen zweiten elektrischen Eingang (83) für besagtes elektromechanisches Gerät (64) aufweist.

4. Die Schweißmaschine nach Anspruch 3:

a) worin jedes dieser elektromechanischen Geräte (64) einen Sinus/Kosinus-Resolver hat mit drehbarer Welle

(65) zur Drehung mit der entsprechenden Drehvorrichtung, sowie eine erste Rotor-Eingabewicklung (72) und ein Paar Stator-Ausgabewicklungen (73,74), die an das betreffende dritte Antriebsmittel (62,63) angeschlossen sind,

b) die Verbindung zwischen dem betreffenden Sensor (31) und dem jeweiligen elektromechanischen Antriebsmittel (64) mit Vorrichtungen (68,70) zum selektiven Zuführen eines elektrischen Signals an besagte erste Rotor-Eingangswicklung (72) entsprechend der vom Sensor (31) ertasteten Abweichung, um besagtes Statorausgangs-Wicklungspaar (73,74) selektiv zu aktivieren und damit auch das jeweilige dritte Antriebsmittel (62,63),um die entsprechenden Gleitschienen auf ihren Abweichungsachsen zu verfahren,

c) und worin der 2.elektrische Eingang (72) besagten zweiten Übersteuerungsmittels (83-87) über eine zweite Rotoreingangswicklung (83) in besagtem Resolver (64) verfügt.

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5. Die Schweißmaschine nach Anspruch 4, worin besagte zweite Rotoreingangswicklung (73) im Winkel von 90° zu besagter erster Eingangswicklung (72) steht.

6, Die Schweißmaschine nach Anspruch 5, die wahlweise schaltbare Vorrichtungen (87) enthält, um an jede der besagten zweiten Rotoreingangswicklungen (83) ein elektrisches Signal zu führen, wodurch die jeweiligen dritten Antriebsmittel (62,63) aktiviert werden, und zwar unabhängig vom Vorhandensein eines Signals an besagter erster Rotoreingangswicklung (72).

7. Die Schweißmaschine nach Anspruch 6, die so konzipiert ist, daß Signale, die gleichzeitig besagter erster und zweiter Rotorwicklung (72,83) zugeführt werden, in der Aktivierung besagten dritten Antriebsmittels (62,63) aufaddiert werden.

Ffm., 21.07.80
Be/Hi

TMG 1231

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