DE3528721C2 - Nahtschweißvorrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Nahtschweißvorrichtung zur kontinuierlichen Nahtschweißung von sich überlappenden Rändern von zu schweißenden Teilen, während dieselben zwischen einer oberen und unteren Rollenelektrode hindurchtreten, wodurch eine Schweißung mittels Joule'scher Erwärmung erfolgt.

Bei der Herstellung von Konservendosen für Fruchtsaft oder Bier und dergleichen werden dünne Bleche in zylindrische Form gebogen und die einander überlappenden Abschnitte dieser Teile überlappen sich in Längsrichtung. Die überlappenden Teile werden dann unter Anwendung einer Joule'schen Erwärmung geschweißt. Die Teile werden gemäß Fig. 4 gefördert, d. h. mit ihren Stirnseiten einander zugewandt in einer durch einen Pfeil gezeigten Richtung A.

Im allgemeinen wird Gleichstrom zum Schweißen der Nähte von Teilen 7 verwendet, während diese kontinuierlich in ihrer Axialrichtung weiterbewegt werden. Bei der üblichen Gleichstrom-Schweißvorrichtung wird Gleichstrom durch eine Einphasen- oder Dreiphasen- Vollweg-Gleichrichtung oder eine Sechsphasen-Halbweg- Gleichrichtung der verfügbaren Netzleistung erzeugt. Der erhaltene Gleichstrom wird unmittelbar zwischen der oberen und unteren Rollenelektrode zugeführt. Jedoch ist es unvermeidlich, daß der Schweißstrom Scheitelwerte und Absenkungen aufweist, deren Auftreten durch die Frequenz der verfügbaren Leistungsquelle bestimmt wird, wobei die relativen Größen der Scheitelwerte und Absenkungen durch die Zeitkonstante (L/R) der Sekundärschaltung der Schweißvorrichtung bestimmt werden. Entsprechend ist es nicht möglich gewesen, die Wellenform des Schweißstroms augenblicklich zu verändern. Falls ein Scheitelwert des Schweißstroms auftritt, wenn sich Endabschnitte der zu schweißenden Teile durch die Schweißelektroden bewegen, so besteht die Neigung zu einer Überschweißung in diesen Bereichen, wodurch eine im wesentlichen geringe Schweißqualität erhalten wird.

Aus US 3 584 178 ist eine Einrichtung zum Ermitteln des Vorliegens von Endbereichen der zu schweißenden Gegenstände bekannt. Diese Endbereiche sind in der Nähe von Elektroden angeordnet. Eine derartige Erfassungseinrichtung dient zum Starten bzw. Stoppen von Schweißstrom. Die Erfassungseinrichtung ist jedoch nicht zur Reduzierung der Größe eines Ausganges geeignet. Diese Anordnung ist somit nicht in der Lage, die Auswirkungen von unvermeidlichen Schwankungen des Schweißstromes auf die Endabschnitte der Schweißnähte zu verringern. Diese Einrichtung umfaßt zwar Rollenelektroden und eine Fühleranordnung zum Erfassen der Endabschnitte, jedoch ist hier das Problem von Stromspitzen und deren Auswirkung auf die Schweißnähte, insbesondere auf den der Endabschnitte nicht erkannt.

Die Zeitschrift "Schweißen und Schneiden", 33 (1981), Heft 8, S. 368-371, befaßt sich mit Schweißumrichtungen für Punktschweißröhren. Bei Punktschweißröhren besteht das Problem, daß sie keine kontinuierliche Schweißnaht durchführen können.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Nahtschweißvorrichtung der im Oberbegriff des Anspruches 1 angegebenen Art zu schaffen, mit der es möglich ist, eine gleichförmige Schweißraupenqualität entlang der geschweißten Nähte in einer Produktionslinie zu erzeugen, die mit hoher Geschwindigkeit arbeitet.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch die Merkmale des Anspruches 1. Die Unteransprüche stellen vorteilhafte Ausgestaltungen dar.

Die Erfindung stellt eine Nahtschweißvorrichtung zur Verfügung, bei welcher der Schweißstrom durch eine hochfrequente Leistungsquelle über einen Transformator geliefert wird, der eine Sekundärwicklung mit Mittelanzapfung aufweist. Dabei ist ein Fühler vorgesehen, um den Durchtritt der Endabschnitte von zu schweißenden Teilen an den Elektroden der Vorrichtung zu ermitteln und eine Torschaltung verringert die Größe des Schweißstroms, wenn die Endabschnitte der Teile durch die Schweißelektroden hindurchtreten.

Die Erfindung wird anschließend anhand der Zeichnungen erläutert. Es zeigt

Fig. 1A eine schematische Darstellung einer Verarbeitungsfolge bei der Herstellung eines zylindrischen Teils,

Fig. 1B und 1C einen Querschnitt und eine Draufsicht auf ein Blech, welches eine zylindrische Gestalt erhalten soll,

Fig. 2 ein Schaltbild einer bevorzugten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Nahtschweißvorrichtung,

Fig. 3 ein Detailschaltbild des Fühlers 8 und der Torschaltung 1d gemäß Fig. 2,

Fig. 4 eine Seitenansicht einer Reihe von zu schweißenden Teilen,

Fig. 5 die Wellenform des Schweißstroms, der in der erfindungsgemäßen Nahtschweißvorrichtung verwendet wird, und

Fig. 6 die Wellenform des Stroms einer hochfrequenten Stromquelle, welche bei der erfindungsgemäßen Nahtschweißvorrichtung eingesetzt wird.

Fig. 1A zeigt eine schematische Darstellung zur Illustration der Bearbeitungsfolge bei der Herstellung eines zylindrischen Teils, ausgehend von einem Einzelblech. Das Blech wird in zylindrische Form gebogen, indem es mit einem unteren Arm umfaßt wird, der einen kreisförmigen Querschnitt aufweist. Das Blech wird in einer durch einen Pfeil angezeigten Richtung gegen die Rollenelektroden gefördert.

Fig. 2 zeigt eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Nahtschweißvorrichtung. Gemäß Fig. 2 wird eine hochfrequente Stromquelle 1 verwendet, welche eine aus Dioden bestehende Brückenschaltung 1a zur Umwandlung des Netzstroms in einen gleichgerichteten Strom umfaßt. In diesem Falle wurde eine Dreiphasen- Stromquelle verwendet. Die Dioden der Brückenschaltung 1a sind in einer Vollweg-Anordnung verbunden. Die Stromquelle 1 enthält ferner einen Wechselrichter 1c zur Umwandlung des erhaltenen Gleichstroms in einen verhältnismäßig hochfrequenten Wechselstrom, beispielsweise mit etwa 600 Hz. Der Wechselrichter 1c besteht aus vier Transistoren 1b, deren Basiselektroden durch eine Torschaltung 1d gesteuert werden. Die Ausgangsgröße des Wechselrichters 1c wird der Primärwicklung eines Transformators 2 zugeführt, dessen Sekundärwicklung eine Mittelanzapfung aufweist. Dioden 3 sind vorgesehen, um eine Vollweg-Gleichrichtung der an der Sekundärwicklung des Transformators 3 erhaltenen Spannung durchzuführen. Eine Induktivität 4 liegt in Reihe mit der positiven Ausgangsklemme der Gleichrichterschaltung 3 und ein Glättungskondensator 5 ist parallel zu den Rollenelektroden 6 geschaltet, wobei die innere Elektrode mit der Mittelanzapfung des Transformators 3 verbunden ist. Ein Fühler 8 dient dazu, die Anwesenheit eines Endabschnittes eines der Teile 7 in der Nachbarschaft der Elektroden 6 zu erfassen.

Fig. 3 stellt ein Einzelschaltbild des Fühlers 8 und der in Fig. 2 gezeigten Torschaltung 1d dar. Gemäß Fig. 3 umfaßt der Fühler 8 einen Fotosensor 81, einen Verstärker 82 und vier Widerstände 83. Die Torschaltung 1d steuert die vier Stromrichter 1b des Wechselrichters 1c, die in Verbindung mit den vier Widerständen 83 vorliegen. Die Torschaltung 1d ist mit einer Kombination von UND- Gattern, ODER-Gattern ausgestattet, so daß sie entweder den Ausgangswert des Fotosensors 81 oder einen Grundwert führt, der durch einen Oszillator und einen Stromeinstellteil bestimmt wird. Der Oszillator erzeugt Impulse mit einer vorgegebenen Frequenz und seine Ausgangsgröße wird jeweils an eine Eingangsklemme der Torschaltung 1d und deren Ausgangsgröße jeweils einem der Stromrichter 1b des Wechselrichters 1c zugeführt. Das Stromeinstellteil besteht aus einem Regelwiderstand und seine Ausgangsgröße wird einer anderen Eingangsklemme eines jeden Gatters der Torschaltung 1d zugeführt, damit der Pegel der vom Oszillator erzeugten Impulse eingestellt wird.

Beim Betrieb laufen die Teile 7 aufeinanderfolgend an den Rollenelektroden 6 mit einer Geschwindigkeit von beispielsweise 60 m/min vorbei. Erfaßt der Fühler 8 einen Endabschnitt eines der Teile 7, verringert die Torschaltung 1d, die Amplitude der Ausgangsgröße der Leistungsquelle 1. Diese Ausgangsgröße ist in Fig. 6 dargestellt. Erfaßt andererseits der Fühler 8 keinen Endabschnitt eines Teils 7, so wird eine Ausgangsgröße von der Torschaltung 1d im Einklang mit den vom Oszillator erzeugten und von dem Stromeinstellteil eingestellten Impulsen geliefert. Die gleichgerichtete Ausgangsgröße, welche von der Gleichrichterschaltung 3 geliefert wird, ist in Fig. 5 dargestellt. Gemäß Fig. 5 sind infolge der Anordnung der Induktivität 4 und des Kondensators 5 im wesentlichen keine Scheitel oder Absenkungen im Schweißstrom vorhanden. Hierdurch ist der Schweißstrom I_w im Gleichgewichtszustand sehr konstant, es sei denn, die Endabschnitte der Teile 7 nähern sich der Elektroden 6. In diesem Fall wird der Schweißstrom auf einen Wert I_b verringert, welcher ein Überschweißen an den Endabschnitten der Teile 7 verhindert. Typischerweise fließt der Strom I_w während einer Zeitspanne von etwa 0,1 Sekunden, während die Dauer des Stroms I_b typischerweise 0,005 Sekunden beträgt. Ist die Frequenz des Ausgangsstroms der Stromquelle 1 etwa 600 Hz, so kann die Umschaltung zwischen den Werten I_w und I_b schnell und glatt erfolgen.

Durch die vorausgehend beschriebene Erfindung kann ein Überschweißen an den Endabschnitten der zu schweißenden Teile verhindert werden. Somit wird eine glatte und gleichförmige Schweißnaht erreicht und es werden die Betriebsbedingungen für ein Schweißen mit hoher Qualität aufrechterhalten.

Claims (4)

1. Nahtschweißvorrichtung

• - mit einer Dioden-Brückenschaltung (1a), deren Eingang mit einer Dreiphasen-Wechselstromquelle verbunden ist;
• - mit einem Wechselrichter (1c), dessen Eingang an den Ausgang der Dioden-Brückenschaltung (1a) angeschlossen ist;
• - mit einem Transformator (2), dessen Primärwicklung an den Ausgang des Wechselrichters (1c) angeschlossen ist, und dessen Sekundärwicklung eine Mittelanzapfung aufweist;
• - mit einem an die Sekundärwicklung des Transformators angeschlossenen Vollweg-Dioden-Gleichrichter (3), an dessen Ausgang eine Induktivität (4) und eine Kapazität (5) zum Glätten der Gleichspannung angeschlossen sind, wobei die sich ergebende geglättete Gleichspannung an ein Paar Rollenelektroden (6) angelegt wird;
• - mit einem Photosensor (81) zum Erkennen der Endabschnitte der zugeführten Werkstücke (7);
• - mit einem Verstärker (82), dessen Eingang an einen Ausgang des Photosensors (81) angeschlossen ist;
• - mit mehreren Widerständen (83), deren erster Anschluß jeweils an den Ausgang des Verstärkers (82) angeschlossen ist;
• - mit einem Oszillator zum Erzeugen eines Oszillatorsignals, das eine Frequenz aufweist, die höher ist als diejenige der Dreiphasen-Wechselstromquelle; und
• - mit einem Stromeinstellteil;
  dadurch gekennzeichnet,
• - daß eine Torschaltung (1d) mit verschiedenen Eingängen vorgesehen ist, wobei erste Eingänge jeweils an die zweiten Anschlüsse der entsprechenden Widerstände (83) angeschlossen sind und zweite sowie dritte Eingänge, von denen die einen an entsprechende Ausgänge des Stromeinstellteils und die anderen an den Ausgang des Oszillators angeschlossen sind, wobei die Torschaltung (1d) ein Oszillatorsignal liefert, das von dem Oszillator entsprechend eines ersten Sollwerts erzeugt wird, der vom Stromeinstellteil eingestellt wird, wenn der Ausgang des Photosensors (81) keinen Endbereich der Werkstücke (7) anzeigt, und wobei ein Oszillatorsignal entsprechend eines zweiten Sollwerts geliefert wird, das niedriger ist als der erste, wenn der Ausgang des Photosensors (81) auf einem Potential liegt, das Endbereiche der Gegenstände (7) anzeigt, wobei die Ausgänge der Torschaltung (1d) den Wechselrichter (1c) ansteuern, um durch Impulsbreitenmodulation die Schweißstrom-Amplitude des Ausgangs des Wechselrichters (1c) entsprechend des ersten und zweiten Sollwerts zu steuern.

2. Nahtschweißvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenz des Ausgangswertes der Stromquelle näherungsweise 600 Hz beträgt.

3. Nahtschweißvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleichrichterschaltung (3) eine erste und eine zweite Diode aufweist, die jeweils in Reihe mit einer ausgangsseitigen Klemme der Sekundärwicklung liegen.

4. Nahtschweißvorrichtung nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch einen parallel zu den Elektroden angeschlossenen Kondensator (5).