DE3136726A1

DE3136726A1 - Verfahren und vorrichtung zur steuerung bzw. regelung des kontaktes und der anpressung zwischen widerstandsschweisselektroden und einem zu verschweissenden werkstueck

Info

Publication number: DE3136726A1
Application number: DE19813136726
Authority: DE
Inventors: Daniel 91000 St. Germain les Corbell Lillette
Original assignee: ARO ROUTE DE LONGJUMEAU
Current assignee: ARO ROUTE DE LONGJUMEAU
Priority date: 1980-09-17
Filing date: 1981-09-16
Publication date: 1982-05-06
Also published as: DE3136726C2; FR2490129B1; FR2490129A1

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Steuerurg bzw. Regelung des Kontaktes und der Anpressung zwischen Widerstandsschweißelektroden und einem' zu verschveisenden Werkstück

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zu» Steuerung des Kontaktes zwischen den Widerstandsschwe ßelektroden und einem zu schweißenden Werkstück und zur Steuerung der Anpressung der Elektroden auf das Werks lick, wobei die Elektroden mechanisch mit einer motorbevätigten -Einrichtung, die diese dem Werkstück nähert oder sie von ihm entfernt und sie bei ihrem Kontakt eine'. Anpreßdruck unterwirft, und elektrisch mit der Sekundirseite eines spannungsherabsetzenden Schweißtransfornators verbunden sind, dessen Primärseite über die regul -erbare Impedanz eines Steuerblocks mit einer Stromverso gungsquelle verbunden ist. Die Impedanz kann unter der Wirkung eines geeigneten Eingangssignals zwischen einem hohen oder Trennwert, der den Durchgang des Schweißstro-is verbietet, und einem niedrigen Wert variieren, bei dem die Primärseite praktisch auf der Spannung der Versorgu igsquel1e 1iegt und daher der Sekundärseite die zur Sch.veiSung nötige Leistung übertragen kann.

Bevor der Durchgang des Schweißstromes in dem Transformator gesteuert werden kann, muß man sich natürlich versichern, daß es einen Kontakt zwischen den Elektroden und dem zu schweißenden Werkstück gibt, man muß sich jedoch auch vergewissern, daß der Preßdruck, den sie auf das Werkstück ausüben, optimal ist. Um dies zu tun, setzt man einen manometrischen Kontakt in Betrieb, aber dieses System ist nicht besonders zuverlässig und der Grund für Zeitverluste, übrigens muß man sich selbstverständlich ebenfalls von dem vollständigen Verschwinden des Kontaktes zwischen den Elektroden und dem Werkstück versichern, bevor man dieses entfernt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese Probleme zu lösen und schlägt zu diesem Zweck ein Verfahren vor, bei dem erfindungsgemäß das Vorhandensein einer Spannung unterhalb des Steuerblockes, wenn seine Impedanz den Trennwert aufweist, und daher einer Restspannung an der Primärseite des Transformators dazu verwendet wird, um ständig die Spannung an der Primärseite zu messen und daraus eine Information über das Vorhandensein oder das Fehlen eines Kontaktes zwischen den Elektroden und dem Werkstück und über die Größe des Anpreßdruckes, das diese auf das Werkstück ausüben, abzuleiten und den Beginn des eigentlichen Schweißvorganges und das Entfernen des Werkstückes nach der Schweißung zu steuern.

Die Erfindung wird im folgenden noch im einzelnen beschrieben werden, man sieht jedoch schon jetzt, daß ihr allgemeines Prinzip darin besteht, in der Form rein elektrischer Signale die notwendigen Informationen über das Vorhandensein oder Fehlen eines Kontaktes zwischen den Widerstandsschweißelektroden und dem zu schweißenden Werkstück und über den Druck, den sie auf das Werkstück ausüben, zu erhalten. Man vermeidet es daher, ein mechanisches Meßorgan

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verwenden zu müssen, man erhöht die Zuverlässigkeit der Regelung und Kontrolle und man verringert die Totzeiten, da eine erfindungsgemäß erhaltene Messung ein augenblickliches und leicht verwertbares Resultat ergibt.

Man bemerkt übrigens, daß die ständige Messung der Restspannung an der Primärseite des Transformators den Wert der Impedanz in die Sekundärseite des Transformators übersetzt, da seine Änderungen auf die Primärseite zurückgeführt werden, was den Wert der genannten Restspannung modifiziert: Eine Verringerung dieser Spannung übersetzt daher eine Verringerung der Impedanz in der Sekundärseite des Transformators und die Kontaktherstellung der Elektroden mit dem Werkstück und anschließend die Erhöhung ihres Anpreßdruckes. Eine Erhöhung der genannten Restspannung übersetzt dagegen eine Verringerung dieses Druckes.

Man kann daher einfach durch Beobachtung dieser Spannung fehlerfrei eine Information über das Vorhandensein oder Fehlen und über die Qualität der Kontakte zwischen den Elektroden und dem Werkstück erhalten und zu geeigneten Zeitpunkten den Beginn des eigentlichen Schweißvorganges und das Entfernen des Werkstückes nach der Schweißung steuern.

Selbstverständlich setzt man vorzugsweise zur Erreichung dieser Resultate automatische Einrichtungen ein.

Ein erfindungsgemäßes Verfahren kann daher weiter dadurch gekennzeichnet sein, daß man die Information in einer Kontroll schleife zur Herleitung des geeigneten Steuereingangssignals für die Größe der steuerbaren Impedanz und zur automatischen Steuerung der Einrichtungen verwendet, die das Werkstück wegtransportieren.

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Nach einer bevorzugten Ausführungsform kann ein derartiges Verfahren des weiteren dadurch gekennzeichnet sein, daß der Steuer'lock mit regulierbarer Impedanz in an sich bekannter Art hyristoren oder ähnliche gesteuerte Unterbrecher enthäl , und zur Erzeugung der Restspannung das Vorhandensein !ines Ableitstromes verwendet wird, der aufgrund des V irhandenseins einer Schutzschaltung für die Thyristoren ο - -ig 1. auftritt.

Es müssen dahe in diesem Fall zur Erzeugung der genannten Restspannu g keine speziellen Maßnahmen ergriffen werden.

Die Erfindung etrifft ebenfalls eine Vorrichtung zum Widerstandsschwe Ben, insbesondere zur Durchführung des beschriebenen Verfahrens, die Widerstandsschweißelektroden, Einrichtungen .:um Heranführen und/oder Entfernen der zu schweißenden Wirkstücke zwischen den Elektroden sowie einen Schweißt;ansformator aufweist, dessen Sekundärseite mit den Elektroden und dessen Primärseite über die steuerbare Impfdanz eines insbesondere Thyristoren o.dgl. aufweisenden S'euerblocks mit einer Stromversorgungsquelle verbund η sind, wobei die Elektroden mechanisch mit einer moto> ischen Einrichtung zu ihrer Bewegung und Druckanlegung verbunden sind.

Erfindungsgemä; ist eine derartige Anlage dadurch gekennzeichnet, daß 'ie eine elektronische Schaltung aufweist, deren Eingänge der Spannung der Stromversorgungsquelle und der Spannurg an der Primärseite des Transformators entsprechende Signale empfangen und deren Ausgänge Signale zur Steuerung von das Ablaufen der verschiedenen bekannten Phas<ι einer Widerstandsschweißung bestimmenden Organen, iisbesondere des Steuerblocks und der Einrichtungen zur Bewegung der Werkstücke, zu vorbestimmten Zeiten und nach einer vorbestimmten Funktionsfolge

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liefern, wobei der Steuerblock mit regulierbarer Impedanz derart ausgebildet ist, daß er vor und nach der eigentlichen Schweißung von einem Ableit- oder Ruhestrom durchflossen wird.

Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorzüge der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform sowie anhand der Zeichnung. Hiei— bei zeigen:

Fig. 1 eine schematische Dar stell .ing einer Anlage zur Durchführung des arfindungsgemäßen Verfahrens, und

Fig. 2 ein Diagramm der unterschiedlichen Funktionsphasen einer derartigen Vorrichtung bei einem Schweißvorgang.

In Fig. 1 sind bei 1, zwei Widerstandsschweißelektroden und ein von schematisch dargestellten An- und Abtransporteinrichtungen 3 gehaltertes zu schweißendes Werkstück 2 dargestellt. Die Elektroden 1 sind mechanisch, über eine schematisierte Verbindung 4, mit einer Einrichtung.verbunden, die sie bewegt und unter Druck setzt, und beispielsweise einen Hydraulikzylinder 5 aufweisen kann, der mit einer mit einem Elektroventil 7 zur Steuerung des Durchflusses versehenen Versorgungsleitung 6 für unter Druck stehendes Fluid verbunden ist.

Die beiden Elektroden 1 sind elektrisch mit der Sekundärseite 8 eines Spannungserniedrigenden Schweißtransformators 9 verbunden, dessen Primärseite 10 mit einer Stromversorgungsquelle 11, beispielsweise den· Netz, über einen Steuerblock 12 mit steuerbarer Impedanz verbunden ist.

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Es kann sich insbesondere in an sich bekannter Art um eine Schaltung mit Thyristoren handeln, deren mit den Auslöseelektroden des Thyristors verbundener Steuereingang mit 13 bezeichnet ist.

Daher bestimmt der Zustand der bei 13 anliegenden Signale das Umschalten des Steuerblockes in den leitenden Zustand (schwache Impedanz) oder in den blockierenden Zustand (hohe Impedanz).

Wie weiter oben dargestellt, ist die Anordnung des Steuerblockes derart, daß -ein Ableitstrom ihn selbst dann durchfließt, wenn er blockiert ist, was eine maximale Restspannung Uj_R0 an der Primärseite 10 des Schweißtransformators auftreten läßt (Maximal spannung bei geöffneter Sekundärsei te).

Die Vorrichtung enthält schließlich eine' elektronische Schaltung 14, deren Eingänge 15 und 16 ein der Spannung U des Netzes entsprechendes Signal bzw. ein der Spannung υ.™ an der Primärseite 10 entsprechendes Signal empfangen. Die Schaltung 14 enthält einen mit dem Eingang 13 des Steuerblockes 12 verbundenen Ausgang 17, der an den Steuerblock das zum Auslösen der Thyristoren geeignete · Signal liefert, des weiteren einen mit dem Elektroventil 7 verbundenen Ausgang 18 und einen mit den Transporteinrichtungen 3 verbundenen Ausgang 19. Selbstverständlich ist die Schaltung 14 ebenfalls derart ausgebildet, daß zu den gewünschten Zeitpunkten an den Ausgängen 18 und 19 elektrische Signale auftreten, die das Funktionieren des Elektroventiles 7 und der Transporteinrichtung 3 steuern.

Wenn Zp die zu einem gegebenen Augenblick herrschende Impedanz des Steuerblockes 12 und Z_TR die Impedanz des

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Schweißtransformators 9 darstellt, hat nan die Beziehung

^ZTR
U_Tn = U χ ^IK

^{TR Z}TR ⁺ ¹C

Z-pn hängt von der eigenen Impedanz der I-ri mär sei te "und ebenfalls von der Impedanz f_ der Sekundärseite 8, "auf die Primärseite des Transformators 9 zurückgeführt, ab. Diese Impedanz ψ variiert zwischen *P , dem Wert der Impedanz der Sekundärseite bei geöffneter Schaltung (Fehlen des Kontaktes zwischen den Elektroden 1 und dem zu schweißenden Werkstück 2), und ψ~, dem Wert der Impedanz der Sekundärseite bei geschlosser er Schaltung, wenn es einen Kontakt gibt und wenn die Anpressung der Elektroden auf das zu schweißende Werkstück optimal ist. Daher stellt f schließlich den-Anpreßüruck der Elektroden dar.

Also ist, wie dies schon aus den weiter oben gegebenen Erklärungen hervorgeht, Z~ nicht unendlich, selbst wenn der Steuerblock 12 im blockierten oder rieht leitendenden Zustand ist.

Infolgedessen sieht man, daß die Beobachtung des Wertes der Restspannung an der Primärseite 10 eine Anzeige sowohl bzgl. des Vorhandenseins oder Fehlens eines Kontaktes zwischen dem Werkstück und den Elektroden als auch bzgl. des Wertes des Druckes gibt, den die Elektroden auf das Werkstück ausüben. Ausgehend von dieser Beobachtung leitet man Steuer- und/oder Regelsignale der verschiedenen Phasen eines Schweißvorganges ab, wie dies schematisch in dem Diagramm der Fig. 2 dargestellt ist.

In diesem Diagramm stellt die Abszisse die Zeit t dar, die Kurve 20 stellt die Entwicklung des Druckes.P der

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Schweißelektroden 1 im Verlaufe des Schweißvorganges und die Kurve 21 die entsprechende Entwicklung der Spannung Ujn an den Primärklemmen des Transformators 10 dar. Der Balken 22 stellt die Erregung des Elektroventiles 7 und die Balken 23, 24 und 25 die Dauer des Kontaktes der Elektroden und des Werkstückes mit gleichzeitiger Druckausübung vor dem Durchgang des Schweißstromes, die Dauer der eigentlichen Schweißung bzw. die Dauer der Aufrechterhaltüng des Kontaktes und des Anpreßdruckes der Elektroden auf dem Werkstück nach der Unterbrechung des Durchganges des Schweißstromes dar.

Zwischen O und t ist das Elektroventi1 7 nicht erregt, es gibt keinen Kontakt zwischen den Elektroden 1 und dem Werkstück 2 und da tier Sekundärkreis des Transformators 9 geöffnet ist, ist die bei 16 gemessene Restspannung Uj-n maximal und entspricht Uj_R0·

Bei t läßt eine entsprechende Zeitsteuerung der elektroa

nischen Schaltung 14 diese bei 18 ein Ausgangssignal erzeugen, das geeignet ist, das Elektroventi1 7 zu erregen, der Hydraulikzylinder 5 der Bewegungs- und Anpreßeinrichtung wird versorgt und^: die Elektroden 1 gelangen in Kontakt mit dem zu schweißenden Werkstück.

Zwischen t und t. wächst der Anpreßdruck an (Kurvenaba ο

schnitt 20a) und die Restspannung Uj_R nimmt ab (Kurvenabschnitt 21a), aufgrund der zunehmenden Verringerung der Impedanz ψ und daher der Impedanz Zxj,.

Bei t. ist diese Impedanz bis auf Cp^ abgesunken und die Restspannung an der Primärseite 10 des Transformators 8 erreicht einen sehr kleinen Wert Uy«* im Bereich von Null. Dieses Signal, das dem Wert eines optimalen Anpreßdruckes entspricht, liegt an der elektronischen Schaltung 14 an und läßt diese an ihrem Ausgang 17 zum Zeitpunkt t ein

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: t ι * ι

Auslösesignal der Thyristoren des Steuerblockes 12 erzeugen, was die eigentliche Schweißung beginnen läßt, die

von t bis t, dauert. -cd,

Während des Verstreichens dieser Zeit ist die Impedanz Z-des Steuerblockes sehr klein und die Spannung U_TR an den Klemmen der Primärseite des Transformators ist praktisch gleich U, nämlich der Spannung des Netzes.

Bei t. steuert die Schaltung 14 das Abbrechen des Schweißstromes, erhält jedoch die Erregung des Elektroventiles 7 und daher die Versorgung des Hydraulikzylinders 5 bis zu der Zwischenzeit t; aufrecht (Schmieden).

Zu diesem Zeitpunkt wird das Elektroventil 7 aberregt und der Anpreßdruck der Elektroden 1 auf dem Werkstück 2 beginnt abzunehmen (Kurvenverlauf 20b), aber erst zum Zeitpunkt t beginnt die Restspannung U_TD, sich zu vergrößern (Kurve 21b), da die Spannung an den Klemmen der Primärseite des Transformators von t. bis t praktisch Null geworden ist aufgrund der Aufrechterhaltung des Anpressens nach dem Schweißen.

Bei t_f ist der Anpreßdruck der Elektroden wieder Null geworden und da die Restspannung an den Klemmen der Primärseite des Transformators ihren maximalen Wert U-™« erreicht hat, übersetzt dies das Verschwinden jedes Kontaktes zwischen den Elektroden 1 und dem Werkstück 2 (öffnen des Sekundärkreises).

Daraufhin empfängt die elektronische Schaltung 14 diese Information über die Verbindung 16 und kann über den Ausgang 19 die Transporteinrichtungen 3 des geschweißten Werkstückes 2 steuern," so daß ein neuer Schweißzyklus auf die gleiche Art von neuem beginnen kann.

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Man sieht, daß eine derartige Anlage es ermöglicht, automatisch und durch Erzeugung eines entsprechenden elektrischen Signales den Augenblick festzustellen, an dem der Anpreßdruck der Elektroden einen optimalen Wert erreicht und von dem, anschließend, die eigentliche Schweißung beginnen kann, und ebenso, automatisch den Augenblick festzustellen, bei dem nach Unterdrückung der Anpressung der Elektroden ihr Kontakt mit dem Werkstück effektiv verschwunden ist und vom dem an anschließend das Werkstück wegtransportiert werden und der Zyklus von neuem beginnen kann.

Leerseite

Claims

Verfahren urd Vorrichtung zur Steuerung bzw. Regelung des Kontakt! s und der Anpressung zwischen Widerstandsschweißelek roden und einem zu verschweißenden Werkstück

Ansprüche

( 1 .^Verfahren zir Steuerung bzw. Regelung des Kontaktes und der Anpressung zwischen Widerstandsschweißelektroden und einem zu verschweißenden Werkstück, bei dem die Elektroaan mechanisch mit einer Motoreinrichtung, . die sie dem Werkstück nähert oder sie von ihm entfernt und sie bei ihrem Kontakt einem Anpreßsruck unterwirft, und elektrisch mit der Sekundärseite eines spannungsherabsetzenden Schweißtransformators verbunden sind, dessen Primärseite über die regulierbare Impedanz eines Steuerblocks mit einer Stromversorgungsquelle verbunden ist, wobei die Impedanz unter dem Einfluß eines geeigneten Eingangssignales zwischen einem hohen

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oder Trennwert, der den Durchgang des Schweißstroms verbietet, und einem niedrigen Wert variieren kann, bei dem die Primärseite praktisch auf der Spannung der Versorgungsquelle liegt und der Sakundärseite die zur Schweißung nötige Leistung übertragen kann, dadurch gekennzeichnet, daß das Vorhandensein eines Ableitstroms in dem Steuerblock bei dem Trennwert seiner Impedanz und daher einer Rests~>annung an der Primärseite des Transformators dazu verwendet wird, um ständig die Spannung an der Primärseite zu messen, daraus eine Information über das Vorhandensein oder Fehlen eines Kontaktes zwischen den Elektroden und dem Werkstück und über die Größe des Anpreßdrucks abzuleiten, die sie auf dieses ausüben, und Jen Beginn des eigentlichen Schweißens und das Entfernen des Werkstücks nach dem Schweißen zu steuern.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Information in einer Regelschleife verwendet wird, um das geeignete Eingangssteuerungssignal für den Wert der regulierbaren Impedanz herzuleiten und automatisch die Abtransporteinrichtungen für das Werkstück zu steuern.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dacurch gekennzeichnet, daß als Steuerblock mit regulie barer Impedanz in an sich bekannter Art ein Typ mit Thyristoren oder ähnlichen gesteuerten Unterbrechern verwendet wird und zur Erzeugung der Restspannung das Vorhandensein eines aufgrund der Anwesenheit einer Schutzschaltung der Thyristoren o.dgl. auftretenden Ableitstromes verwendet wird.

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Vorrichtung zum Widerstandsschweißen, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit Widerstandsschweißelektroden (1), Einrichtungen (3) zum Heranführen und/oder Entfernen der zu schweißenden Werkstücke (2) zwischen den Elektroden (1), einem Schweißtransformator (9), dessen Sekundärseite (8) mit den Elektroden (1) und dessen Primärseite (10) über die regulierbare Impedanz eines insbesondere mit Thyristoren o.dgl. versehenen Steuerblocks (12) mit einer Stromversorgungsquelle (11) verbunden ist, wobei die Elektroden (1) mechanisch mit einer motorbetriebenen Einrichtung zur Druckanlegung verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine elektronische Schaltung (14) aufweist, deren Eingänge (15, 16) der Spannung der Stromversorgungsquelle (11) und der Spannung an der Primärseite (10) des Transformators (9). entsprechende Signale empfangen und deren Ausgänge (17, 18, 19) Signale zur Steuerung von das Ablaufen der verschiedenen bekannten Phasen einer Widerstandsschweißung bestimmenden Organen, insbesondere des Steuerblocks (12) und der Einrichtung (3) zur Bewegung der Werkstücke (2), zu vorbestimmten Zeiten und nach einer vorbestimmten Funktionsfolge liefern, wobei der Steuerblock (12) mit regulierbarer Impedanz derart ausgebildet ist, da3 er vor und nach der eigentlichen Schweißung von einem Ableit- oder Ruhestrom durchflossen wird.