DE3115840C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.

Eine derartige Vorrichtung ist aus der DE-OS 23 32 792 bekannt. Der dort angegebenen Vorrichtung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß der Widerstand den Schweißstrom beeinflußt, und daß der Widerstand seiner­ seits vom Elektrodenandruck abhängt. Der Widerstand, und damit bei konstanter Spannung der Strom, läßt sich also durch Regeln des Elektrodenandrucks auf einen Sollwert einstellen.

Aus der DE-OS 23 46 561 ist es weiterhin bekannt, daß die Güte einer Schweißnaht nicht nur vom Elektrodendruck, sondern von einer hohen Vielzahl verschiedener Größen abhängt, die dort im einzelnen beschrieben sind. Die DE-OS 23 46 561 gibt verschiedene Vorrichtungen an, bei denen jeweils eine einzige Schweißgröße abhängig von einer anderen oder mehreren anderen Schweißgrößen geregelt wird. Auch die Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 ist angegeben.

Die zitierten Vorrichtungen zeigen, daß man sich schon seit langem bemüht, Schweißvorgänge so gut wie möglich zu regeln, um sichere, elastische Schweißnähte zu erzielen. Schweiß­ nähte werden auch nach der Fertigstellung mit verschiedenen Prüfmethoden, z. B. durch Ultraschallprüfung nachkontrol­ liert, um so die erzielten Schweißergebnisse zu überwachen. Bei solchen Überwachungen stellt sich heraus, daß der Ausschuß bei mit bekannten Vorrichtungen hergestellten Schweiß­ nähten relativ hoch ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Gattung anzugeben, die so ausgestaltet ist, daß mit ihr Schweißnähte mit geringerem Ausschuß erzielt werden.

Die Erfindung ist durch die Merkmale von Patentanspruch 1 gegeben. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen gekennzeich­ net.

Dadurch, daß erfindungsgemäß noch ein weiterer Regelschweiß­ parameter, und zwar die Elektrodenspannung in Abhängigkeit eines weiteren Kontrollschweißparameters, hier des Schweiß­ stroms, geregelt wird, läßt sich eine sehr gleichbleibende Güte von Schweißpunkten unabhängig von den vielen veränder­ baren Größen erzielen, von denen eine Schweißung abhängt. Insbesondere ist z. B. auch bei Schwankungen der Versor­ gungsspannung ein unbeeinflußter Schweißvorgang möglich.

Statt der Elektrodenspannung kann auch eine integrierte Elektrodenspannung geregelt werden, wodurch sich ein noch gleichmäßigeres Regelergebnis einstellt. Ganz besonders vorteilhaft ist es auch, neben den schon überwachten zwei Kontrollschweißparametern noch einen dritten vorzusehen, nämlich die Spannung der Spannungsversorgung und in Abhän­ gigkeit von diesem einen weiteren Kontrollschweißparameter zu regeln, nämlich den Phasenwinkel. Der Zündphasenwinkel einer Schweißstromregelstufe wird dabei entsprechend der Differenz zwischen der vorhandenen und einer vorgesehenen Versorgungsspannung einreguliert. Auf diese Weise wird auch bei Versorgungsspannungsschwankungen stets ein kon­ stanter Bezugs-Schweißstrom sichergestellt.

Weitere Einzelheiten und Vorteile können der nachfol­ genden Beschreibung verschiedener Ausführungsbeispiele der Erfindung entnommen werden.

Nachgehend wird die erfindungsgemäße Vorrichtung unter Bezugnahme auf eine Zeichnung näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1, 2 und 3 grafische Darstellungen zu typischen Punktschweißbedingungen bei zwei Flußstahl­ platten mit Beziehungen zwischen der Elek­ trodenspannung, dem Elektrodenwiderstand bzw. dem Strompfaddurchmesser und Schweiß­ stellendurchmesser einerseits und der Schweißzeit andererseits,

Fig. 4 eine ähnliche Darstellung der Beziehung zwischen dem Strompfaddurchmesser und dem Elektrodendruck,

Fig. 5 und 6 grafische Darstellungen zur Beziehung zwischen dem Elektrodenwiderstand und dem Kehrwert der Strompfadfläche unter verschie­ denen Schweißbedingungen,

Fig. 7 ein schematisches Blockschaltbild eines ersten Ausführungsbeispiels der Erfindung, bei dem der Schweißstrom unter Überwachung der Schweißspannung und der Elek­ trodendruck nach dem Schweißwiderstand reguliert wird,

Fig. 8 ein schematisches Blockschaltbild eines zweiten Ausführungsbeispiels der Erfindung, bei dem der Schweißstrom unter Überwachung der Schweißspannung und unter Integration einer Spannungsdifferenz und der Elektrodendruck nach dem Schweißwiderstand reguliert wird,

Fig. 9 ein schematisches Blockschaltbild eines dritten Ausführungsbeispiels der Erfindung, bei dem auf der Grundlage der Maßnahmen von Fig. 8 der Schweißstrom unterbrochen wird, wenn das Integral der Differenz zwischen der gemessenen Spannung und einer Bezugsspan­ nung einen der Bezugsspannungsintegrations­ kurve entsprechenden Bezugswert erreicht,

Fig. 10, 11 und 12 je ein schematisches Blockschalt­ bild eines auf der Grundlage von Fig. 7, 8 bzw. 9 beruhenden vierten, fünften, bzw. sechsten Ausführungsbeispiels, bei denen zusätzlich die Schweißversorgungsspannung konstant gehalten wird, und

Fig. 13 ein schematisches Blockschaltbild eines weitgehend mit dem von Fig. 12 übereinstim­ menden siebenten Ausführungsbeispiels der Er­ findung.

Vor der eigentlichen Beschreibung bevorzugter Ausführungs­ beispiele der Erfindung werden nachstehend wesentliche Erkenntnisse wiedergegeben, die sich bei durchgeführten Versuchen von Widerstandsschweißvorgängen ergeben haben.

Der Widerstand in zwischen Elektroden eingeklemmten zu verschweißenden Teilen ist stark abhängig von der gegenseitigen Kontaktfläche zwischen den beiden zu ver­ schweißenden Teilen, d. h., der Fläche durch den der Schweißstrom fließt. Diese Strompfadfläche kann während des Schweißvorgangs durch Messung des Schweißwider­ stands zwischen den Elektroden ermittelt werden. Da sich ferner die Spannung zwischen den Elektroden mit steigender Temperatur an der Schweißstelle ändert, kann nach Art, Form und Dicke der zu verschweißenden Teile eine Elektrodenspannungskurve über die Zeit fest­ gelegt und so eine optimale Spannungskurve für eine gute Schweißdurchdringung oder Schweißqualität festge­ legt werden.

Die wirksame Elektrodenspannung ist eine Spannung über einer gegebenen Grundspannung, und das Integral dieser wirksamen Elektrodenspannung und die davon abhängende Änderung der Schweißzeit haben einen großen Einfluß auf die Schweißqualität.

Die vorliegende Erfindung beruht auf der Ausnutzung der vorstehend angegebenen Erkenntnisse. Erfindungs­ gemäß wird daher der Widerstandsschweißvorgang so kon­ trolliert, daß ständig und unter allen Schweißbedin­ gungen, zu denen beispielsweise die Kontaktzustände der zu verschweißenden Teile, die Zustände der Elek­ trodenspitzen und dgl. gehören, eine gewünschte Wider­ standsschweißqualität automatisch sichergestellt wird.

Fig. 1 zeigt eine typische "Spannungskurve", d. h. die Abhängigkeit der Spannung zwischen den Elektrodenspitzen von der Schweißzeit, angegeben in Wechselstromperioden. Nachstehend wird der mittlere Kontaktdurchmesser zwi­ schen der Elektrodenspitze und dem zu verschweißenden Teil De als "Elektrodenspitzendurchmesser", der Elek­ trodenandruck mit P und der Schweißstrom mit I bezei­ chnet. Für jeweils zwei in Fig. 1 der Zeichnung angege­ benen Wertegruppen für De, P und I enthält Fig. 1 die entsprechenden Spannungskurven a und b, welche erken­ nen lassen, daß trotz erheblicher Unterschiede im Elektrodenspitzendurchmesser De zwischen den daraus resultierenden Spannungskurven a und b kein großer Unterschied besteht.

Die in Fig. 2 dargestellte "Widerstandskurve" be­ zieht sich auf die Abhängigkeit zwischen dem Wider­ stand zwischen den Elektroden und der Schweißzeit unter den sonst gleichen Schweißbedingungen wie in Fig. 1, Fig. 2 läßt erkennen, daß ein unterschiedlicher Elektrodenspitzendurchmesser De großen Einfluß auf den Elektrodenwiderstand hat, mit zunehmendem Spitzen­ durchmesser wird der Elektrodenwiderstand kleiner, die Widerstandskurve a liegt daher weit unter der Kurve b.

Fig. 3 zeigt eine typische Abhängigkeit zwischen dem "Strompfaddurchmesser", d. h. der von dem durch die zu verschweißenden Teile fließenden Strom durchsetzten Fläche (durchgehende Linien) bzw. des Durchmessers der entstehenden Schweißstelle (unterbrochene Linien) von der Schweißzeit. Die Schweißbedingungen für De, P und I sind in Fig. 3 für die Strompfaddurchmesserkurve a-1 und die Schweißstellendurchmesserkurve a-2 oben und für die zweite Strompfaddurchmesserkurve c-1 und die zweite Schweißstellendurchmesserkurve c-2 unten angegeben. Fig. 3 läßt erkennen, daß der Strompfaddurchmesser und damit der Elektrodenspitzendurchmesser großen Einfluß auf den Schweißstellendurchmesser hat.

Fig. 4 zeigt die Beziehung zwischen dem Elektrodenan­ druck und dem Strompfaddurchmesser beim Fließen des Anfangsschweißstroms (1. Periode). Fig. 4 läßt erken­ nen, daß über den Elektrodendruck die Strompfadfläche, durch die der Anfangsstrom fließt, reguliert werden.

Fig. 5 zeigt für verschiedene Schweißbedingungen wie bezüglich Form und Größe der Elektrodenspitze, Elek­ trodendruck, Elektrodenstrom und dgl. zeitliche Ände­ rungen der Beziehung zwischen dem Elektrodenwiderstand und der Kehrwert der Strompfadfläche 1/S. Die Pfeil­ richtungen der Kurven in Fig. 5 geben an, in welcher Richtung sich der Elektrodenwiderstand im Verlauf des Schweißprozesses laufend verschiebt. Gemäß Fig. 5 verhält sich der Elektrodenwiderstand nach Überschrei­ tung des Maximalwertes etwa proportional zum Kehrwert der Strompfadfläche, und zwar unter allen Schweißbe­ dingungen, was in Fig. 5 durch die unterbrochene Linie angedeutet ist.

Fig. 6 zeigt in diesem Zusammenhang noch einmal die ungefähre Abhängigkeit zwischen dem Elektrodenwiderstand bei Anfangsschweißstrom und dem Kehrwert der Strompfad­ fläche 1/S unter verschiedenen Schweißbedingungen. Diese Abhängigkeit ist nachweisbar, denn der Elektroden­ widerstand R errechnet sich aus R = ρ · l/S, worin der spezifische Widerstand der zu verschweißenden Teile, l der Elektrodenabstand und S der durch die zu ver­ schweißenden Teile fließende Strom ist.

Nach diesen Erkenntnissen ist es möglich, durch Messung des Elektrodenwiderstands während des Schweißvorgangs die Strompfadfläche in den verschweißten Teilen zu be­ stimmen.

Dabei ist es abhängig vom Elektrodenwiderstand fast mit der gleichen Sicherheit möglich, die Strompfad­ fläche auch dann zu bestimmen, wenn neben der betref­ fenden Schweißstelle sich ein anderer Schweißpunkt be­ findet.

Die Werte für Spannung und Widerstand zwischen den Schweißelektroden setzen sich zusammen aus diesen bei­ den Werten für die zu verschweißenden Teile und den beiden Werten für die Elektroden. Spannung und Wider­ stand der Elektroden betragen nur 20 bis 30% des Ge­ samtwerts und sind über die Schweißzeit relativ kon­ stant, so daß es genügt nur die Spannungs- und Wider­ standswerte zwischen den beiden zu verschweißenden Tei­ len zu berücksichtigen und die anderen Werte zu ver­ nachlässigen. Diese Angaben gelten für alle Formen und Größen von Elektrodenspitzen oder von zu verschweißen­ den Teilen. Auch bei wesentlichen Abweichungen bezüg­ lich Dicke oder Anzahl der zu verschweißenden Teile wird keine wesentliche Änderung eintreten.

Daher kann der Querschnitt, den der Schweißstrom in den zu verschweißenden Materialien durchläuft, beim Schweißprozeß aus dem Widerstand zwischen den Elek­ troden ermittelt werden. Da der Strompfadquerschnitt in enger Beziehung zur Größe der gebildeten Schweiß­ stelle steht, hat der gewünschte Schweißstellendurch­ messer zunächst durch die Auswahl einer passenden Be­ zugswiderstandskurve für den gewünschten Strompfad­ querschnitt, und danach durch entweder laufende oder auf einen bestimmten Zeitpunkt abgestimmte Kontrolle des Elektrodenandrucks so einreguliert werden, daß der Elektrodenwiderstand während des Stromdurchgangs mit dem Widerstandswert auf der Bezugskurve übereinstimmt. In diesem Fall kann der Strompfadquerschnitt selbst bei stark verformter Elektrodenspitze durch Änderung des Elektrodenandrucks kontrolliert bzw. reguliert werden. Auf diese Weise kann der Strompfadquerschnitt auch bei nicht-stabilen Schweißbedingungen sicher kon­ trolliert werden; wie sie sich beispielsweise dann er­ geben, wenn die zu verschweißenden Teile durch Pressen hergestellt wurden.

Wenn außer der zuvor erläuterten Elektrodenandruck- Regulierung während des Schweißstromdurchflusses kön­ nen die Wärmebedingungen zwischen den zu verschweißen­ den Teilen und damit der Umfang der Schweißstellenbil­ dung über die Elektrodenspannung beeinflußt werden. Dabei wird eine zuverlässige gewünschte Schweißqualität durch Regulierung des Schweißstroms in der Weise er­ reicht, daß die Elektrodenspannung oder die Differenz des Integrals der über einer gegebenen Grundspannung liegenden Elektrodenspannung einer Bezugsspannungs­ kurve folgt, welche einer gewünschten Schweißstellen­ bildung entspricht.

Zur genauen Einhaltung der Schweißzeit bzw. der Schweiß­ stromflußzeit kann der Strom nach Ablauf einer gewählten Schweißzeit unterbrochen werden. Es empfiehlt sich, den Schweißstrom dann abzuschalten, wenn das Integral der Dif­ ferenz der Elektrodenspannung zu der gegebenen Grundspan­ nung Null erreicht hat.

Bei dem in Fig. 7 dargestellten ersten Ausführungsbei­ spiel der Erfindung wird außer der Regulierung des Elek­ trodenwiderstands über die Kontrolle des Andrucks zwischen Elektroden 2 a und 2 b auch noch der Elektrodenstrom durch Beeinflussung der Elektrodenspannung reguliert.

Eine Stromregelstufe 17 umfaßt SCR-Bauelemente wie Thyristoren, Triacs und dgl. zur Stromregulierung bei der Elektrodenspannung. Den Zündphasenwinkel für die Stromregelstufe 17 errechnet eine Zündwinkelrechenein­ heit 18 aufgrund von Eingangssignalen eines weiter unten beschriebenen Differenzverstärkers 22 und eines Speichers 19 und gibt ein entsprechendes Ausgangssignal an die Stufe 17 ab. Für den ersten oder die beiden ersten Anfangsperioden des Schweißstroms sind Zündphasenwinkel in dem Speicher 19 vorgespeichert, der danach die Spitzen­ spannungshalteschaltung aktiviert. Ein Sensor 7 mißt je­ weils den fließenden Elektrodenstrom, und bei jeder Periode wird der Phasenwinkel der letzten Halbwelle ge­ speichert. Eine Spitzenspannungshalteschaltung 20 speichert den Spitzen­ wert jeder Halbwelle der vom Sensor 5 gemessenen Elektroden­ spannung einer Halbwelle oder in einem gegebenen Zeitraum.

In einem Bezugsspannungsgenerator 21 ist eine zur Er­ zielung einer gewünschten Schweißqualität vorgegebene Be­ zugsspannungskurve in Form einer Funktion der Elektroden­ spannung über die Zeit gespeichert. Synchron mit dem Takt­ signal TP der Stromzeitreguliereinheit 16 gibt der Gene­ rator 21 Bezugsspannungswerte nach dieser Funktion aus, nachdem der Schweißstrom durchgeflossen ist. Der Differenz­ verstärker 22 vergleicht die Ausgangsspannung der Halte­ schaltung 20 mit der Ausgangsspannung des Bezugsspannungs­ generators 21 und erzeugt ein der ermittelten Differenz entsprechendes Ausgangssignal.

Bei dem Ausführungsbeispiel von Fig. 7 wird der Anfangs­ elektrodenstrom in der Stromregelstufe 17 über die Zünd­ winkelrecheneinheit 18 zunächst nach dem in Speicher 19 gespeicherten Zündphasenwinkel bestimmt, der Ausgang des Differenzverstärkers 22 bleibt zunächst unberücksichtigt, damit Anfangsschwankungen des Kontaktwiderstands an der Schweißstelle nicht zu falschen Elektrodenspannungs­ werten in Verbindung mit Oberflächenblitzerscheinungen führen. Danach steuert der Differenzverstärker 22 die Zündwinkelrecheneinheit 18 jeweils nach den im Speicher 19 gespeicherten Zündphasenwinkeldaten für die letzte Halbwelle so an, daß durch entsprechende Veränderung des Zündphasenwinkels der Ausgang des Differenzverstärkers 22 Null wird. Die Stromregelstufe 17 veranlaßt das Steigen oder Fallen der Elektrodenspannung mit dem Elektroden­ strom. Damit ändert sich auch bei gleicher Temperatur­ verteilung in einem zu schweißenden Teil die Elektroden­ spannung mit dem Zündphasenwinkel des Schweißstroms.

Folglich muß die in Generator 21 gespeicherte Bezugs­ spannungskurve nach dem Zündphasenwinkel geändert werden. Zu diesem Zweck wird der in Speicher 19 gespeicherte tat­ sächliche Schweißstrom über die Recheneinheit 18 in den Bezugsspannungsgenerator 21 übertragen, um die Bezugs­ spannungskurve nach dem Phasenwinkel zu ändern.

Ferner wird bei diesem ersten Ausführungsbeispiel der Elektrodenandruck nach dem ermit­ telten Widerstand reguliert. Somit wird durch gleich­ zeitiges Regulieren des Schweißstroms und des Elektroden­ andrucks in Abhängigkeit von der Bezugsspannungskurve und von der Bezugswiderstandskurve an den gewünschten Stellen eine ausgezeichnete Schweißqualität erreicht. Erfindungs­ gemäß wird ferner jederzeit ein breiterer Kontrollumfang und eine gute Schweißkontrolle unter Berücksichtigung des Zustands der zu verschweißenden Teile erreicht. Dies ist besonders wichtig bei unterschiedlichen Kontaktbe­ dingungen beim Widerstandschweißen zwischen den Elektroden 2 a, 2 b und/oder den zu schweißenden Teilen 1 a und 1 b. Dies gilt besonders für geschmiedete oder aus hochfestem Stahl hergestellte Teile. Durch die automatische Regu­ lierung des Strompfadquerschnitts zwischen den Elektroden und den zu schweißenden Teilen finden auch gequetschte Elektrodenspitzen automatisch Berücksichtigung. Die Entstehung unzulässig großer Schweißstellen oder ein zu hoher Energieverbrauch werden damit verhindert.

Statt den Elektrodenwiderstand ständig zu messen und mit der Bezugswiderstandskurve zu vergleichen, kann die Ermittlung des Elektrodenwiderstands auch nur am Anfang, bei der zweiten Halbwelle, in der Mitte oder zu bestimmten Zeitpunkten durchgeführt werden. In diesem Fall genügt statt der Verwendung eines mit etwa 50 Hz ansprechenden empfindlichen hydraulischen Servosystems ein pneuma­ tisches Servosystem zur Erzeugung des Elektrodenandrucks, welches langsamer anspricht als eine Hydraulik.

Das in Fig. 8 schematisch dargestellte zweite Aus­ führungsbeispiel der Erfindung unterscheidet sich von dem Ausführungsbeispiel in Fig. 7 durch eine zusätzliche Integrier/Additionsstufe 23, eine Grundspannungsvorgabe­ schaltung 24 und einen Bezugsspannungsgenerator 25, in dem eine Bezugsspannungsintegrationskurve gespeichert ist und der zur Gewährleistung einer gewünschten Schweiß­ qualität zu bestimmten Zeiten das Bezugsspannungsintegral ausgibt. Bei diesem Ausführungsbeispiel integriert oder addiert die Integrier/Additionsstufe 23 eine Spannungs­ differenz (V _c - V _o ) nur dann, wenn der von der Spitzen­ spannungshalteschaltung 20 abgegebene Elektrodenspan­ nungsmaximalwert V _c den durch die Vorgabeschaltung 24 vorgegebenen Grundspannungswert V _o überschreitet. Der Differenzverstärker 22 vergleicht das von der Stufe 23 ausgegebene Integral mit dem Bezugsspannungsintegral aus dem Bezugsspannungsgenerator 25 und steuert die Recheneinheit 18 durch sein auf dieser Differenz be­ ruhendes Ausgangssignal Vd an, so daß der Strom wie bei der Ausführung von Fig. 7 geregelt wird. Falls das erwähnte Integral von der Bezugsspannungsintegrations­ kurve abweicht, erfolgt in der nächsten Halbwelle die Korrektur nach der Integrationskurve. So wird auch bei Spannungsschwankungen eine gute Schweißqualität er­ reicht.

Das in Fig. 9 schematisch dargestellte dritte Aus­ führungsbeispiel der Erfindung unterscheidet sich von dem Ausführungsbeispiel in Fig. 8 durch einen Inte­ gralkomparator 26 und einen Bezugsintegralkomparator 27.

Der Integralkomparator 26 vergleicht das Integral der Spannungsdifferenz (V _c - V _o ) falls V _c größer als die Grundspannung V _o ist mit einem von dem Bezugsintegral­ komparator 27 abgegebenen Bezugswert, um so eine ge­ wünschte Schweißqualität zu erzielen. Sobald das Differenz­ integral (V _c - V _o ) Null wird, veranlaßt der Integral­ komparator 26 durch Abgabe eines Signals an die Strom­ zeitreguliereinheit 16 den Abbruch des Schweißstroms.

Da bei dieser Ausführung automatisch der Zeitraum, über den der Schweißstrom fließt, besonders genau kontrolliert wird, kann auch eine besonders gute Schweißqualität er­ zielt werden.

Bei gequetschten Elektrodenspitzen kann es vorkommen, daß die Schweißanlage die für die Anpassung der Elek­ trodenspannung an die Bezugsspannung oder das Bezugs­ spannungsintegral erforderliche erhöhte Stromstärke nicht aufbringen kann. Aus diesem Grund wird vorzugs­ weise eine Differenz zwischen einem abgebbaren höchsten Schweißstrom und einem erforderlichen Schweißstrom ermittelt und gegebenenfalls ein entsprechendes Signal abgegeben, um die Kontrolloperation des Systems zu unterbrechen oder auf den abnormalen Zustand hinzuweisen.

Das in Fig. 10 dargestellte vierte Ausführungsbeispiel der Erfindung enthält das Grundkonzept der Ausführung von Fig. 7 in bezug auf die Schweißstromregulierung. Außerdem enthält Fig. 10 folgende Stufen: eine Normal­ spannungsvorgabeschaltung 23 enthält einen gegebenen Normalwert für die Schweißversorgungsspannung. Wenn die vorhandene mit der normalen Schweißversorgungsspannung übereinstimmt, dann wird der Schweißstrom durch eine Bezugsstromvorgabeschaltung 24 bestimmt. Ein Differenz­ verstärker 25 vergleicht die von der Wechselstromquelle 14 gelieferte Schweißversorgungsspannung mit dem durch die Vorgabeschaltung 23 gegebenen Normalspannungswert und gibt je nach der zwischen den beiden Werten er­ mittelten Differenz ein positives oder negatives Signal Sf an eine Additions/Verstärkerstufe 26 weiter, welche dieses Signal Sf einem von der Bezugsstromvorgabeschal­ tung 24 kommenden anderen Signal Sr addiert, das Er­ gebnis verstärkt und in Form eines Signals Sr′ an den Speicher 19 weitergibt. Dieses Signal Sr′ wird über die Zündwinkelreguliereinheit 18 die Schweißstromregel­ stufe 17 so angesteuert, daß eine oder zwei Perioden nach Strombeginn der Bezugsschweißstrom fließt.

Solange das Signal des Differenzverstärkers 22 nicht vorhanden ist, arbeitet die Stromregelstufe 17 mit einem auf Speicherdaten im Speicher 19 beruhenden Zünd­ phasenwinkel.

Bei dieser Ausführung wird der durch die Primärwicklung des Transformators 4 fließende Bezugsschweißstrom auch bei Schwankungen der Versorgungsspannung eingehalten. Durch die Korrektur des Signals Sr durch das Ausgangs­ signal Sf des Differenzverstärkers 25 wird stets eine konstante Bezugsschweißspannung erhalten.

Das in Fig. 11 dargestellte fünfte Ausführungsbeispiel der Erfindung enthält zusätzlich zu dem Umfang der Ausführung in Fig. 10 noch die Integrier/Additionsstufe 23, die Grundspannungsvorgabeschaltung 24 und den Be­ zugsspannungsgenerator 25 aus dem Ausführungsbeispiel von Fig. 8, auf das hiermit verwiesen wird.

Deshalb integriert oder addiert in Fig. 13 die Integrier/ Additionstufe 23 nur dann, wenn der Maximalwert jeder Halbwellenspannung V _c aus der Spitzenspannungshalte­ schaltung 20 den in der Vorgabeschaltung 24 enthaltenen Grundspannungswert V _o überschreitet (V _c - V _o ). Der Differenzverstärker 22 vergleicht das Ausgangsintegral der Stufe 23 mit dem Ausgangssignal des Bezugsspannungs­ generators 25 und steuert wie bei dem Ausführungsbeispiel von Fig. 10 mit seinem Ausgangssignal Vd die Zündwinkel­ recheneinheit 18 an. Falls das erwähnte Integral von der Bezugsspannungsintegrationskurve abweicht, erfolgt bei der nächsten Halbwelle die entsprechende Korrektur, so daß auch bei Spannungsschwankungen eine sehr gute Schweiß­ qualität erzielt wird.

Das in Fig. 12 dargestellte sechste Ausführungsbeispiel der Erfindung arbeitet auf der Grundlage der Ausführung von Fig. 9 sowie von Fig. 11 und enthält daher zusätz­ lich zu Fig. 11 den Integralkomparator 26 und einen Bezugsintegralgenerator 27. Der Integralkomparator 26 vergleicht das von der Integrier/Additionsstufe 23 ausgegebene Integral der Spannungsdifferenz (V _c - V _o ) mit einem Bezugswert aus dem Generator 27, um die ge­ wünschte Schweißqualität herzustellen. Sobald die Dif­ ferenz (V _c - V _o ) Null wird unterbricht die Zeitregulier­ einheit 16 den Schweißstrom durch ein Signal des Kom­ parators 26.

Bei dieser Ausführung wird der Stromfluß ständig auto­ matisch kontrolliert und damit eine gute Schweißquali­ tät erreicht. Falls bei beschädigter Elektrodenspitze der Strompfadquerschnitt zwischen den Elektroden und den zu verschweißenden Teilen oder zwischen den Teilen selbst stark vergrößert ist und die Schweißanlage den erhöhten Schweißstrombedarf nicht liefern kann, sollte vorzugsweise die Differenz zwischen dem maximal liefer­ baren Schweißstrom und dem eigentlich erforderlichen Schweißstrom ermittelt und in diesem Fall der Betrieb der Schweißanlage durch ein entsprechendes Signal unter­ brochen werden oder zumindest durch ein Signal auf den Ausnahmezustand hingewiesen werden.

Das in Fig. 13 dargestellte siebente Ausführungsbeispiel enthält ebenso wie die Ausführung von Fig. 10 eine Integrier/Additionsstufe 23, Grundspannungsvorgabe­ schaltung 24, einen Integralkomparator 26 sowie Be­ zugsintegralgenerator 27 und entspricht im übrigen der Ausführung von Fig. 12, so daß auf eine Wieder­ holung der Schaltungsbeschreibung verzichtet werden kann.

Beim Punktschweißen hat die Form der Elektrodenspitze großen Einfluß auf den Strompfadquerschnitt und deshalb auf den proportional gehaltenen Elektrodenandruck. Von den möglichen Elektrodenspitzenformen sind in bezug auf die Strompfadquerschnittbeeinflussung runde oder kuppel­ förmige Spitzen zu bevorzugen.

Wenn bei dieser Ausführung die Elektrodenspitzenspannung von der Bezugsspannung abweicht, wird der Schweißstrom zum Ausgleich der Abweichung durch Änderung des Zünd­ phasenwinkels der Thyristoren in der Stromregelstufe 17 entsprechend nachgesteuert.

Normalerweise besteht eine feste Beziehung zwischen der Spannungsdifferenz und dem Thyristor-Zündwinkel. Wenn jedoch wie in einer Fabrik starke Versorgungsspannungs­ schwankungen auftreten, muß mitunter das Verhältnis zwischen der Spannungsänderung und dem Thyristor-Zünd­ phasenwinkel verändert werden.

Meist wird der Elektrodenstrom auf der Primärseite des Schweißtransformators 4 gemessen; bei einer Mehr­ punktschweißung oder Reihenpunktschweißung sollte der Elektrodenstrom jedoch vorzugsweise auf der Sekundär­ seite gemessen werden.

Bei allen zuvor beschriebenen Ausführungsbeispielen wurde eine Wechselstromquelle als Energiequelle benutzt, und zur Regulierung repräsentative Halbwellenspitzen­ werte ausgewählt. Alternativ ist aber auch das Schweißen mit Gleichstrom bei fortlaufender Steuerung möglich.

Ferner ist die Erfindung nicht nur für das Punktschweißen sondern auch auf andere Widerstandsschweißarten wie das Vorsprungsschweißen, Nahtschweißen, Widerstands­ abschmelzschweißen, Stumpfschweißen und dgl. anwendbar, wie der Fachmann erkennen wird.

Ferner ist die Erfindung auch beim Mehrpunkt- oder Reihenpunktschweißen mit gutem Erfolg und unter Ein­ haltung einer gewünschten Schweißqualität möglich. Dabei wird der entsprechende Elektrodenandruck an jeder Schweißstelle unter Ermittlung des entsprechenden Elektrodenwiderstands kontrolliert.

Durch die Regulierung des Andrucks der Elektroden an die zu verschweißenden Teile oder durch Regulierung des Schweißdrucks und des Schweiß­ stroms während des Schweißprozesses wird eine gewünschte gleichmäßige Schweißqualität erzielt und Ausschuß sowie Nachbesserungen vermieden, so daß die Effektivität des gesamten Schweißprozesses wesentlich angehoben werden kann. Da ferner durch die Andruckkontrolle der Elek­ troden Oberflächenblitze oder Brennerscheinungen an der Schweißstelle vermieden werden, wird auch die Sicherheit und das Aussehen der Schweißstellen erhöht.

Da ferner das Integral einer Differenz der Elektroden­ spannung über einer Grundspannung nach einer für die Erzielung einer guten Schweißqualität optimalen Be­ zugsspannungsintegrationskurve kontrolliert wird, ist selbst bei beträchtlichen Versorgungsspannungsschwan­ kungen stets eine gute Schweißqualität erzielbar.

Claims (13)

1. Vorrichtung zum Regeln von Widerstandsschweißvorgängen, bei der während des Schweißvorganges Ist-Werte des Wi­ derstands an der Schweißstelle gemessen und mit Soll- Werten einer Bezugs-Widerstandskurve auf eine Wider­ standsabweichung hin verglichen wird, und der Elektro­ denandruck in Abhängigkeit von der Widerstandsabwei­ chung so geregelt wird, daß die Ist- und Soll-Werte des Widerstands in Übereinstimmung gebracht werden, gekennzeichnet durch

• - einen Spannungssensor (5) zum Messen der Ist-Werte der Spannung,
• - einen Bezugsspannungsgenerator (21),
• - einen Vergleicher (22), der die Ist-Werte der Span­ nung mit vom Bezugsspannungsgenerator gelieferten Soll-Werten vergleicht, und
• - einen Stromregler (17), der den Schweißstrom so regelt, daß die Ist-Werte mit den Soll-Werten der Spannung in Übereinstimmung gebracht werden.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch

• - eine Integrieradditionsstufe (23), die zwischen der gemessenen Elektrodenspannung und einer gegebenen Elektrodengrundspannung integriert, und
• - einen Integralkomparator (26), der die integrierte Elektrodenspannung mit einem auf einer gegebenen Bezugs-Spannungsintegrationskurve, von einem Bezugs­ integralgenerator (27) gelieferten Integral ver­ gleicht,
• - wobei der durch die Schweißelektroden fließende Strom in Abhängigkeit von der integrierten Differenz zwischen dem Meßwert und dem Bezugswert geregelt wird.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Integralkomparator (26) zum Einhalten eines optima­ len Schweißzeitraums das Integral der Differenz zwi­ schen dem Meßwert und dem Bezugswert ermittelt und der Stromregler (17) den Elektrodenstrom abschaltet, sobald das auf der Bezugsspannungsintegrationskurve beruhende Elektrodenspannungsintegral erreicht ist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch eine Zündwinkelrecheneinheit (18), die abhängig von der Differenz zwischen dem Ist-Wert und dem Soll-Wert der Spannung den Zündwinkel für die Stromregelung einstellt regelstufe entsprechend nachgesteuert wird.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß sie vor der Ermittlung des Elektrodenwiderstands sowie vor der Regulierung des Elektrodenandrucks unter Vergleich des ermittelten Elektrodenwiderstands mit dem Bezugs­ wert im Verlauf von mehreren Stromperioden einen ge­ ringeren Anfangsstrom als für den eigentlichen Schweiß­ vorgang nötig durch die Elektroden schickt und erst danach einen ausreichenden Elektrodenstrom erzeugt, um damit das Entstehen von Oberflächenblitzen zwischen den Elektroden und/oder den zu verschweißenden Teilen zu verhindern.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß sie die Elektrodenspannung und den Elektrodenstrom unter Entnahme von Probedaten von einer Wechselstromversor­ gung ermittelt.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß sie die Elektrodenspannung und den Elektrodenstrom unter ständiger Überwachung einer Gleichstromversorgung er­ mittelt.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß sie die Elektrodenspannung und den Elektrodenstrom von den Halbwellenspitzenwerten des Wechselstromsignals ableitet.

9. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie ferner den fließenden Elektrodenstrom mit einem maximal möglichen Elektrodenstrom vergleicht und für den Fall, daß die Differenz zwischen den beiden Werten Null wird, ein Signal abgibt; und daß sie in Abhängigkeit von dem Signal den Schweißstrom abschaltet und/oder einen durch diesen Betriebszustand gegebenen Ausnahmezustand meldet.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch eine Alarmeinrichtung zum Melden des Ausnahmezustandes.

11. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie den Elektrodenstrom über den Zündwinkel eines Thyristors ändert.

12. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie die Bezugselektrodenspannung entweder durch eine durchgehende sich ändernde Kurve, oder durch mehrere unterbrochene Abschnitte, oder nur durch einen bestimmten Wert festlegt.

13. Vorrichtung nach Anspruch 2 und einem der Ansprüche 3 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß sie die integrierte Bezugs-Elektrodenspannung durch entweder eine durchgehende sich ändernde Kurve, oder durch mehrere unterbrochene Abschnitte, oder nur durch einen bestimmten Wert festlegt.