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Meßanordnung für die Vorschubgeschwindigkeit,
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die vorgeschobene Länge, das Gewicht einer vorgeschobenen Länge eines
angetriebenen gestreckten Körpers sowie zur Regelung seiner Vorschubgeschwindigkeit
Die Erfindung betrifft eine Meßanordnung für die Vorschubgeschwindigkeit, der vorgeschobenen
Länge und/oder des Gewichtes einer vorgeschobenen Länge eines gestreckten, draht-,
faden- oder bandartigen zwischen auf ihm aufliegenden, angetriebenen Transportrollen
vorgeschobenen oder -gezogenen Körpers, insbesondere des Schweißdrahtes in einer
Schutzgasschweißvorrichtung.
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Bei vorzuschiebenden draht-, faden- oder bandartigen Körpern ist oft
das Einhalten einer vorgegebenen, definierten Vorschubgeschwindigkeit wesentlich.
So ist bspw. beim Schutzgasschweißen zur Erzielung guter Schweißnähte, die spritzerfrei
mit gutem Einbrand und flachem Nahtbild aufgebracht werden sollen, es erheblich,
sowohl die Schweißspannung als auch die Vorschubgeschwindigkeit des Schweißdrahtes
genau und reproduzierbar auf optimale Werte einzustellen. In erhöhtem Maße trifft
dieses für ein Schutzgas verwendende Schweißautomaten mit einem oder mehreren Brennern
zu. Während das Messen, Konstanthalten und Reproduzieren der Schweißspannung im
allgemeinen mit mäßigem Aufwand durchführbar ist und keine wesentlichen Schwierigkeiten
stellt, hat sich die Einstellung und Konstanthaltung einer vorgegebenen Vorschubgeschwindigkeit
als äußerst problematisch erwiesen. Diese Problematik beginnt bereits mit dem mechanischen
Teil der Messung. Verbreitet werden zum Vorschub
des Schweißdrahtes
motorgetriebene Transportrollen verwendet, wobei die Ankerspannung des Elektromotors
als Maß für den Vorschub gilt und durch Anwendung einer Speisespannungsquelle mit
möglichst flacher Spannungs-Strom-Charakteristik als konstant betrachtet wird. Tatsächlich
jedoch ist der Schweißdraht in der Düse des zu übertragenden Schweißstromes wegen
erheblichen Kontaktdrücken ausgesetzt, die seinen Vorschub hemmen und dabei einen
nicht unerheblichen Schlupf der Antriebsrollen bewirken, zumal wenn diese, wie üblich,
mit den gegebenenfalls geriffelten Flanken einer V-Nut den Draht erfassen. Auf den
mechanischen Teil des Transportes wirken sich noch die realtiv starke Neigung zu
Verschmutzungen der mit Tangentialkräften auf den Schweißdraht einwirkenden Transportrollen
ebenso aus wie wechselnde Widerstände im vom Schweißdraht dur.chlaufenen Düsen-
und Schlauchseelensystem. Auf der elektrischen Seite wirken sich sowohl Netzspannungsschwankungen
aus als auch selbst bei gestreckter Spannungs-Strom-Kennlinie der Stromversorgung
und der Anwendung von Nebenschlußmotoren der Ankerwiderstand sowie wechselnde Übergangswiderstände
und -spannungsabfälle der Bürsten infolge von Abnutzung und Verschmutzungen. Zusätzliche
Schwierigkeiten bietet eine genaue Geschwindigkeitsanzeige, selbst wenn die Ankerspannung
oder die abgegebene Spannung eines mit dem Elektromotor verbundenen Tachogenerators
zur Anzeige herangezogen werden. Darüber hinaus ist es in den meisten Fällen nicht
nur erwünscht, die Vorschubgeschwindigkeit selbst anzuzeigen, sondern nach Möglichkeit
zusätzlich auch die gesamte vorgeschobene Länge und/oder deren Gewicht, da für die
Berechnung, für Nachschub oder dergleichen meist nicht von der Länge eines Drahtes
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Fadens, sondern vielmehr von dessen Gewicht ausgegangen wird.
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Bei den meisten Anwendungsgebieten hat es sich auch als nachteilig
erwiesen, daß die entsprechenden Anzeigen schwer ablesbar sind und daher bei ihrer
Beachtung während des Schweißens den Schweißenden bzw. den den Automaten Versorgenden
unerwünscht stark beanspruchen.
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Die Erfindung geht daher von der Aufgabe aus, eine Meßanordnung der
angegebenen Gattung zu schaffen, welche bei leichter Ablesbarkeit zuverlässige,
genaue Messungen ermöglicht und bei der Verwendung von Regelvorrichtungen für das
Einregeln eines konstanten Vorschubes auch für diese ein verläßliches Ist-Wert-Signal
zu liefern vermag.
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Gelöst wird diese Aufgabe, indem der Draht bzw. Faden zwischen einer
unbelasteten Meßrolle und einer gegen diese gepreßten Andruckrolle geführt ist,
deren eine mindestens eine Mantelschale aus Metall und deren andere eine solche
aus Gummi aufweist, indem mit der Meßrolle ein elektrischer Impulsgeber verbunden
ist, dessen Ausgangssignale einer Auswertvorrichtung zugeführt sind, welche die
Signale in Impulse wandelt, zählt und aufbereitet sowie über Anzeigewandler die
gemessenen Werte darstellenden Anzeigevorrichtungen steuert und/oder als Ist-Wert
einer die Umdrehungsgeschwindigkeit der Transportrollen der Antriebsvorrichtung
bestimmenden Regelvorrichtung zuführt. Durch die Verwendung unbelasteter und praktisch
leerlaufender Rollen werden die bei der Auflage auf den Draht bzw. Faden auftretenden
Tangentialkräfte praktisch gegen Null geführt und damit, insbesondere in Verbindung
mit einer Gummirolle, jedweder Schlupf vermieden. Die Rollen laufen praktisch unbelastet,
wenn ihnen ein elektronischer Impulsgeber zugeordnet wird, der induktiv oder optisch-elektronisch
wirksam sein kann und praktisch beim Leerlaufmoment der Rollen ein Signal ausreichend
hohen Potentials abzugeben vermag, das ausreichend fein gegliedert ist, um die Bewegungen
der Rollen eindeutig zu reproduzieren. Dieses Reproduzieren wird in einer elektronischen
Auswertvorrichtung vorgenommen, die praktisch trägheitslos arbeitet auf den Meßgeber
keinerlei Rückwirkungen ausübt, und deren Ergebnis groß, eindeutig und durch digitale
Angabe entsprechend genau darstellbar ist. Dadurch, daß die tangentiale Drahtbewegung
allein die Impulssignale gebende Rolle bewegt, wird bewirkt daß alle Förderveränderungen,gleich
welcher Ursache, im Anzeigesystem ablesbar sind.
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Eine eindeutige Anlage wird erreicht, wenn mindestens eine der Rollen
an einem schwenkbaren und mittels einer Feder gegen
die andere vorgespannten
Andruckhebel gelagert ist, und das Einbringen bzw. Einfädeln eines neuen Schweißdrahtes
wird erleichtert, wenn der Andruckhebel Teil einer mechanisch öffenbaren Zange ist.
Zweckmäßig sind den Rollen Führungsmittel vor- und/oder nachgeordnet, welche ein
Auslaufen des Drahtes oder Fadens aus dem Führungskanal unterbinden.
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Die Signale des Impulsgebers können, zweckmäßig nach Passieren einer
Impulsformstufe, in eine Zählstufe gegeben werden, die unter Übertragung ihres Zählstandes
in einen eine Anzeigevorrichtung steuernden Speicher periodisch gelöscht wird, so
daß der aus kurzen Zeitabschnitten, bspw. einer halben oder einL'ekunde, sich ergebende
Vorschubswert für eben diese Zeit klar, groß und deutlich digital angezeigt sind.
Als zweckmäßig hat es sich auch erwiesen, die Signale des Impulsgebers in eine manuell
löschbare, eine Anzeigevorrichtung steuernde Zählstufe zu geben, um so den Gesamtvorschub
für einen willkürlich zu bestimmenden Zeitabschnitt, für die Bearbeitung vorgegebener
Werkstücke oder dergleichen zu ermitteln. Werden die Signale des Impulsqebers oder
der Zählstand einer solchen Zählstufe über eine Multipliziervorrichtung mit auf
konstante Faktoren einstellbaren Faktorengebern einer manuell löschbaren Anzeigevorrichtung
zugeleitet, so lassen sich auch die bei bestimmten Arbeiten, bei der Bearbeitung
bestimmter Werkstücke oder dergleichen verbrauchten Drahtmengen als Gewichte ermitteln.
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Bewährt hat es sich weiterhin, die Signale des Impulsgebers einer
die Antriebsgeschwindigkeit der die Transportrollen aufweisenden Antriebsvorrichtung
bestimmenden Regelvorrichtung zuzuführen, wobei entweder diese selbst differenzierend
wirken kann oder aber ihrem Eingang für aufzuschaltende Ist-Wert-Signale eine Differenzierstufe
vorgeordnet ist. In gleicher Weise läßt sich auch, wenn eine Momentan-Anzeige der
Vorschubgeschwindigkeit gewünscht wird, diese durch Verzicht auf die periodische
Löschung mittels einer Differenzierstufe durchführen.
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Im einzelnen ist die Erfindung anhand der Beschreibung eines Ausführungsbeispiels
in Verbindung mit dieses darstellenden Zeichnungen erläutert. Es zeigen hierbei:
Figur 1 schematisch eine Schutzgasschweißvorrichtung mit Impulsgeber und nachgeordneter
Auswertvorrichtung, Figur 2. schematisch die Seitenansicht eines einen Impulsgeber
aufweisenden Gehäuses mit Meß- und Andruckrolle, und Figur 3 die Stirnansicht der
Anordnung nach Fig. 2.
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In der Fig. 1 ist ein Schweißdraht 1 dargestellt, der von der Vorratsrolle
2 einer Schutzgasschweißvorrichtung mittels einer Antriebsvorrichtung 3 abgezogen
und durch eine Düse 4 in Richtung auf die Schweißstelle zu ausgeschoben wird. Der
Stromübergang auf den Schweißdraht erfolgt hier beim Durchlauf durch die Düse 4.
Zwischen der Vorratsrolle 2 und der Antriebsvorrichtung 3 ist eine Meßvorrichtung
5 eingeschaltet, bei der der über eine Meßrolle 6 laufende Schweißdraht 1 mittels
einer Andruckrolle 7 gegen diese gepreßt wird, so daß ihre Umdrehung eine auf ihrer
Welle angeordnete, optische Markierungen aufweisende Impulsscheibe eines optischen
Impulsgebers 8 zwischen einer Lichtquelle und einer Fotozelle hindurchführt, welche
letztere aus Gründen der Übersichtlichkeit ebensowenig dargestellt sind wie Schlitzblenden
und diese abbildenden Optiken. - Wird nun die Schweißvorrichtung in Betrieb gesetzt,
so wird mittels der.Antriebsvorrichtung der Draht vorgeschoben,und der laufende
Draht nimmt hierbei die Meßrolle 6 mit, so daß die Meßvorrichtung 5 elektrische
Signale abgibt, deren Anzahl dem Drehwinkel der Meßrolle und damit der auf ihrem
Umfang abgelaufenen Länge des Schweißdrahtes 1 entspricht.
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Die von der Meßvorrichtung 5 abgegebenen elektrischen Signale werden
mittels einer Impulsformstufe 9 in steilflankige Impulse umgesetzt und zunächst
einer Zählstufe 10 zugeführt. Der Ausgang
dieser Zählstufe 10
steht an einem Eingange einer Und-Stufe 11 an, deren zweiter Eingang periodisch
durch einen Zeitgeber 12 beaufschlagt wird, der zur Erzielung hoher Zeitkonstanz
aus einem gegebenenfalls quarzgesteuerten Impulsgeber hoher Frequenz bestehen kann,
dem Teilerstufen derart nachgeschaltet sind, daß er bspw. jede Sekunde einen Impuls
abgibt.
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Dieser Impuls bewirkt die Übertragung des Zählstandes der Zählstufe
10 in einen Speicher 13, der über einen Umsetzer den übertragenen Zählstand im Display
14 anzeigt. Gleichzeitig wird durch den die Und-Stufe 11 öffnenden Impuls bzw. durch
einen geringfügig verzögerten Impuls die Zählstufe 10 gelöscht, so daß bei anhaltendem
Vorschub des Schweißdrahtes 1 die weiterhin einlaufenden Signale einen folgenden,
wieder von Null beginnenden Zählvorgang bewirken, der nach einer Sekunde wieder
durch Übertragung des Zählstandes in den Speicher 13 im Display 14 angezeigt wird.
Damit wird erreicht, daß beim Nachschauen nach dem die Vorschubgeschwindigkeit anzeigenden
Display 14 sich dem Betrachter ein ein vorgegebenes Intervall stehendes, ruhendes,
digitales und leicht ablesbares Bild bietet.
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Die von der Impulsformstufe 9 kommenden Impulse werden weiterhin einer
zweiten Zählstufe 15 zugeleitet, deren jeweiliger Zählstand in einem Display 16
angezeigt wird. Damit wird im Display 16 nicht die Geschwindigkeit, sondern vielmehr
der Gesamtvorl.auf des Schweißdrahtes 1 entsprechend seiner vorgelaufenen Länge
angezeigt. Dieses Ergebnis wird weiterhin einer Multipliziervorrichtung 17 zugeführt,
der Faktorengeber 18 zugeordret sind, mittels deren das Gewicht des jeweils verwendeten
Schweißdrahtes pro Längeneinheit der Multipliziervorrichtung vorgebbar ist. Das
ermittelte Produkt wird im nachgeordneten Display 19 angezeigt, so daß nach Einstellen
des von der Drahtiegierung, insbesondere aber vom Draitdurciimesser abhängigen Faktors
das Gewicht des verbrauchten bzw. insgesamt vorgelaufenen Schweißdrahtes ablesbar
ist. Nach Durchführung einer Schweißnaht, aler zu einem Werkstück oder auch zu einem
Auftrag gehörenden Schweißnähte o.dgl. läßt sich somit der Gesamtverbrauch des
Drahtes
sowohl als Drahtlänge als auch als Drahtgewicht ablesen. Mittels einer manuell bedienbaren
Löschtaste 20 lassen sich nach einer solchen Ablesung sowohl die Gesamtlänge als
auch das Gesamtgewicht löschen und die Displays 16 und 19 für die nächste Schweißnaht,
den nächsten Auftrag oder dergleichen auf Null zurückstellen.
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Eine weitere Auswertung erfahren die von der Impulsformstufe 9 abgegebenen,
der jeweils vorgeschobenen Länge entsprechenden Impulse durch die Zuführung zu einer
die Vorschubgeschwindig keit der Antriebsvorrichtung 3 bewirkenden Regelvorrichtung
28, der sie nach Passieren einer Differenzierstufe 29 als Ist-Wert der Geschwindigkeit
aufgeschaltet werden. Damit entfallen aber die eingangs gerügten Fehler der üblichen
Meßmethoden, so daß mittels des erfindungsgemäß gewonnenen Ist-Wertes der Geschwindigkeit
sich eine feinfühlige und exakte Regelung aufbauen läßt, die rückwirkend wieder
bewirkt, daß innerhalb der Anzeigeperioden der Vorschubgeschwindigkeit mittels des
Display 14 keine Streuungen auftreten.
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Bei der praktischen Ausführung hat es sich gezeigt, daß zweckmäßig
die Meßvorrichtung 5 als gesonderter Baustein erstellt wird, der bedarfsweise bei
beliebigen, bereits vorhandenen oder von dritter Seite erstellten Schweißvorrichtungen
anbringbar ist, oder der sich beim Bau von Schutzgasschweißvorrichtungen als selbständiger
Baustein einsetzen läßt. Bewährt hat sich hierbei, wie die Fig. 2 und 3 zeigen,
eine Grundplatte 22, an die ein Gehäuse 23 angeflanscht ist, das die Lagerung der
Meßwelle trägt und eine Beleuchtungsquelle, Blenden, Optiken, die optische Markierungen
aufweisende Scheibe sowie einen Fotowiderstand oder Fototransistor umschließt, dessen
Speisung und Anschluß über das Verbindungskabel 24 bewirkt wird.
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Auf der Meßwelle ist die Meßrolle 6 angeordnet. An die Grundplatte
22 ist ein Andruckhebel 26 angelenkt, an dessen kurzem Hebelarm die Andruckrolle
7 gelagert ist. Durch eine Feder 25
ist der Andruckhebel 26 derart
vorgespannt, daß die Andruckrolle 7 den erfaßten Schweißdraht fest gegen die Meßrolle
6 preßt. Ein axiales Auswandern des Drahtes wird durch Führungsstücke 27 unterbunden,
welche den Rollen 6 und 7 vor- und nachgeordnet sind, und die eine Kerbe zur Aufnahme
des Schweißdrahtes 1 aufweisen.
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Bei der Auslegung hat es sich gezeigt, daß zweckmäßig der Umfang bzw.
der Durchmesser der Meßrolle 6 und die Anzahl der optischen Markierungen auf der
diese aufweisenden Scheibe des Impulsgebers 8, gegebenenfalls auch eine zwischen
diesen vorgesehene übersetzung so ausgebildet sind, daß für Vorschublängen sich
einfache Maße ergeben, so bspw. könnte eine Meßrolle mit 50 mm Umfang in Verbindung
mit einer 50 optische Markierungen aufweisenden Scheibe benutzt werden, so daß ein
abgegebener Impuls einem Vorschub von 1 mm entspräche und der Vorschub vom Display
in mm pro Sekunde angezeigt werden könnte. Es ist aber auch möglich, gleiche metrische
Anzeigen bei geänderten Impulsabständen des Zeitgebers zu erhalten, wenn bspw. durch
zwischengeschaltete Untersetzungsschaltungen nur bspw. jeder zweite oder dritte-Impuls
zur Zählstufe gelangt, und die Unterteilung der' die otische Markierungen tragenden
Scheibe kann bei der Anwendung entsprechender Teilerstufen feiner vorgenommen sein,
so daß insgesamt sich eine genauere Anzeige ergibt, insbesondere aber auch der Ist-Wert
für eine Regelvorrichtung sichfeinstufiger bilden läßt.
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Die Erfindung ist einer großen Zahl von Varianten fähig. So kann bspw.
auf das periodische Übertragen und Löschen des Zählstandes der Zählstufe 10 verzichtet
werden und statt dessen eine Differenzierstufe eingesetzt werden, wenn auch kurzzeitige
Schwankungen des Vorschubes erkennbar sein sollen; bei Anwendung einer Regelvorrichtung
werden jedoch solche Schwankungen ohnehin infolge des Regelvorganges nicht auftreten,
und die Anzeige über eine Differenzierstufe kann durch schnell wechselnde Ziffernanzeige
schwierig ablesbar werden. Im Prinzip
ist es daher auch möglich,
eine Umformung der digitalen in analoge Signale vorzunehmen. Wenn auch die Anzeige
entsprechend dem analogen Prinzip ziemlich schwierig und ungenau ablesbar sein wird,
so basiert sie durch die praktisch unbelastet mitlaufende Meßrolle auf exakt dem
Vorschub entsprechenden Signalfolgen. Weitere Varianten sind bei dokumentationspflichtigen
Schweißarbeiten durch das Anschalten eines Druckers an Zählwerke gegeben, der die
kennzeichnenden Ist-Werte ausdruckt, oder eine durch Überschreiten von Toleranzmarken
ausgelöste Stoppfunktion. Auch auf der mechanischen Seite sind Varianten möglich.
So ist im Ausführungsbeispiel die Meßrolle zur Sicherung ihrer Mitnahme mit einem
Gummimantel aus einer relativ harten Gummimischung ausgestattet, während die Andruckrolle
auch im Mantel aus Metall besteht.
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Es wäre aber auch möglich, die Andruckrolle mit einem Gummimantel
zu versehen und die Meßrolle als reine Metallrolle auszuführen, und schließlich
könnten beide Rollen mit Gummimänteln versehen werden, um jede Neigung zum Schlupf
völlig zu unterdrücken. Bei der Andruckrolle verwendete Gummimischungen könnten
weicher und elastischer sein als jene der Meßrolle. Schließlich könnten die Führungsstücke
27 nur einseitig vorgesehen sein und/oder durch gabelartig gelagerte und einen Schlitz
zwischen sich einschließende Rollen ersetzt sein.
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In allen diesen Fällen wird eine exakte, saubere Anzeige der Vorschubgeschwindigkeit
ebenso erzielt wie ein der tatsächlichen Vorschubgeschwindigkeit des Schweißdrahtes
entsprechender Ist-Wert zur Vorgabe an eine Regelvorrichtung gewinnbar ist. Die
weiteren, ohne wesentlichen zusätzlichen Aufwand sich ergebenden Möglichkeiten der
Anzeige des Gesamtvorschubes und des Gewichtes eines solchen Gesamtvorschubes erleichtern
das Arbeiten an Schweißvorrichtungen ungemein und erlauben es, ohne wesentlichen
Aufwand sichere Unterlagen zur Vor- und Nachkalkulation zu gewinnen.
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