DE3742461C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung geht aus von einer Schalt- und Kontrollein­ richtung an elektrischen Widerstandsschweißmaschinen, die in Abhängigkeit vom Kontakt der zu verschweißenden Werkstücke und der Schweißelektroden den von einer Schweißablaufsteuerung über einen Thyristorsteller gesteuerten Schweißstrom freigibt.

Bei Schalt- und Kontrolleinrichtungen dieser Art wird ein ausreichender Kontakt der Schweißelektroden und der Werk­ stücke über ein Druckmeßgerät gemeldet, das auf den Schließ­ druck der Schweißelektroden anspricht. Um sicher zu sein, daß auch unter ungünstigen Bedingungen ein guter Kontakt nach Schließen der Schweißelektroden erreicht ist, wird der Schließdruck, bei dem der Schweißstrom freigegeben wird, höher eingestellt als notwendig. Dies kann bei empfindlichen Werkstücken zu Störungen führen. Wird jedoch der Schließdruck, bei dem der Schweißstrom freigegeben wird, nicht so hoch gesetzt, dann besteht die Gefahr, daß trotz Erreichen der Schließkraft die Werkstücke und die Schweißelektroden keinen ausreichenden Kontakt haben, beispielsweise infolge von Verunreinigungen, Rost oder Zunder.

Aus der DE 35 04 159 C2 ist eine Steuerschaltung für den Strom eines Schweißtransformators bekannt, bei der eine von einem HF-Generator (500 kHz) erzeugte Spannung in den Schweißkreis eingespeist und diese HF-Spannung als Indikator für den Kontakt zwischen den zu verschweißenden Werkstücken und den Schweißelektroden benutzt wird, wobei der bei voller Kontaktierung bewirkte Abfall der hochfrequenten Spannung unter einem bestimmten Schwellwert dazu benutzt wird, das Verschweißen durch Einschalten des Schweißstromes auszulösen. Bei dieser Steuerschaltung wird Schweißstrom eingeschaltet, sobald die Schweißelektroden mit den zu verbindenden Werkstücken und die Werkstücke untereinander einen ausreichenden elektrischen Kontakt haben. Diese Steuerschaltung benötigt einen HF-Generator sowie einen Impedanzmesser zur hochfrequenten Impedanzmessung.

Aus der nicht vorveröffentlichten DE 37 28 329 A1 ist ein Widerstandsschweißverfahren bekannt, bei welchem den Elektroden durch Verändern des Phasenanschnittwinkels der Netzwechselspannung oder durch Auslassen von Schweißstromimpulsen dosiert Energie zugeführt wird und bei dem die Energiezufuhr verringert wird, wenn die Elektrodenspannung während einer Phasenanschnittpause einen Schwellwert, z. B. 10 Millivolt, überschreitet, wobei die bei Verlust des elektrischen Kontaktes die innerhalb einer Phasenanschnittpause meßbare, aus dem Netz stammende Brummspannung gemessen wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schalt- und Kontrolleinrichtung an Widerstandsschweißmaschinen zu schaf­ fen, die mit geringem Aufwand herstellbar ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Schalt- und Kontrolleinrichtung einen auf die bei offenem Sekundärstromkreis des Schweißtransformators an den Schweiß­ elektroden auftretende Brummspannung ansprechenden Spannungs­ sensor aufweist, der das Zünden der Thyristoren des Thyristo­ renstellers so lange blockiert, bis die Brummspannung infolge des erreichten Kontaktes zwischen den Werkstücken und den Schweißelektroden zusammenbricht.

Diese Schalt- und Kontrolleinrichtung ist sehr feinfühlig und zuverlässig und sie kann den Schweißstrom bereits freigeben, bevor die hydraulische, pneumatische oder mechanische Zustellvor­ richtung der oberen Schweißelektrode bzw. der beiden Schweiß­ elektroden die größte Druckkraft auf die zu verbindenden Werkstücke ausübt.

Der Erfindung liegt die weitere Aufgabe zugrunde, eine Schalt- und Kontrolleinrichtung an Widerstandsschweißmaschinen zu schaffen, die nach Wirksamwerden des Rückstellantriebes für die Schweißelektroden das richtige Öffnen der Schweißelek­ troden meldet und den Schweißablauf unterbricht, wenn die Schweißelektroden an den Werkstücken hängenbleiben. Bei den bekannten Einrichtungen dieser Art spricht der Sensor, der das richtige Öffnen der Schweißelektroden meldet, auf die Lageveränderung der Elektroden an.

Bei einer Schalt- und Kontrolleinrichtung an elektrischen Widerstandsschweißmaschinen mit mindestens einer nach jeder Schweißung insbesondere pneumatisch rückstellbaren Schweiß­ elektrode und einer Schweißablaufsteuerung, die in Abhängig­ keit von der Stellung der Schweißelektroden den Schweißab­ lauf unterbricht, wenn ein Sensor feststellt, daß die Schweißelektroden nach einer Schweißung trotz ansprechenden Rückstellantriebes nicht auseinandergefahren sind, wird die­ se Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Sensor ein auf die bei offenem Sekundärstromkreis des Schweißtransfor­ mators an den Schweißelektroden auftretende Brummspannung ansprechender Spannungssensor ist, der den Schweißablauf aufrechterhält, wenn eine Brummspannung festgestellt wird, und der den Schweißablauf unterbricht, wenn trotz Wirksam­ werdens des Rückstellantriebes infolge Hängenbleibens der Schweißelektroden und des dadurch aufrechterhaltenen Kon­ taktes der Schweißelektroden mit den Werkstücken eine Brumm­ spannung nicht feststellbar ist.

Diese Schalt- und Kontrolleinrichtung hat den Vorteil, daß sie ebenfalls sehr feinfühlig und zuverlässig ist und das Lösen der Schweißelektroden von den Werkstücken sehr früh­ zeitig innerhalb von 20 Millisekunden meldet.

In der folgenden Beschreibung wird unter Bezugnahme auf die Zeichnung ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläu­ tert. Es zeigen

Fig. 1 eine Prinzipskizze einer elektrischen Widerstands­ schweißmaschine mit Schweißablaufsteuerung,

Fig. 2 den Verlauf der Elektrodenspannung vor, während und nach einer Schweißperiode,

Fig. 3 einen auf die Brummspannung ansprechenden Spannungs­ sensor.

In Fig. 1 ist schematisch eine elektrische Widerstandspunkt­ schweißmaschine dargestellt, die zum Verbinden von zwei Werk­ stücken 1 und 2 dient. Die insbesondere von Stahlblechen ge­ bildeten Werkstücke 1 und 2 befinden sich zwischen zwei Schweißelektroden 3 und 4. Die Schweißelektroden 3 und 4 be­ stehen aus gutleitenden Materialien, insbesondere Kupferle­ gierungen und haben somit einen kleinen elektrischen Wider­ stand. Sie leiten einen starken Strom zu einem örtlich begrenzten Bereich der Werkstücke 1 und 2, so daß diese in ihrem Kontaktbereich schmelzen. Damit die beiden Werkstücke 1 und 2 einen guten elektrischen Kontakt zueinander und zu den Schweißelektroden 3 und 4 erhalten, werden die Schweiß­ elektroden mit großer Kraft gegen die zu verbindenden Werk­ stücke 1 und 2 gedrückt. Dieser Elektrodendruck muß so stark sein, daß an den Kontaktflächen örtliche Verformungen auf­ treten und die Schweißelektroden 3, 4 und die Werkstücke 1, 2 trotz Unebenheiten und Verunreinigungen flächig zur Anlage gelangen.

Der elektrische Widerstand des Systems setzt sich zusammen aus den Werkstoffwiderständen der Schweißelektroden 3, 4 und Werkstücke 1, 2 sowie aus den drei Oberflächenkontaktwider­ ständen. Unebenheiten, Öl- und Fettfilme, Verunreinigungen, Oxide und dergleichen an den Kontaktflächen vergrößern den Oberflächenkontaktwiderstand.

Eine große Elektrodenanpreßkraft verbessert den elektrischen Kontakt und verringert den Oberflächenwiderstand. Weil so­ wohl der Werkstoffwiderstand als auch der Oberflächenwider­ stand an den Schweißelektroden erheblich kleiner ist als der Werkstoffwiderstand der Werkstücke 1 und 2 und der Oberflä­ chenwiderstand zwischen den Werkstücken 1 und 2, ist der Erhitzungseffekt an der Kontaktfläche der Werkstücke 3 und 4 am größten. Dort wird auch zuerst die Schmelztemperatur er­ reicht. Es entsteht eine Schmelze, die nach Abkühlung die Werkstücke 1 und 2 miteinander verbindet.

Die Schweißmaschine weist einen Transformator 5 auf, dessen Primärwicklung 6 über einen Thyristorsteller 8 mit dem Strom­ netz verbunden ist. Der Thyristorsteller 8 ist mit zwei anti­ parallelen Thyristoren versehen, die in Reihe mit der Primär­ wicklung 6 des Transformators 5 geschaltet sind. Die Thyristo­ ren sind phasenanschnittgesteuert und steuern die Anzahl und die Größe der Schweißimpulse, die den Schweißelektroden 3 und 4 zugeführt werden.

Der Thyristorsteller 8 ist mit einer Schweißablaufsteuerung 9 verbunden, welche unter anderem für die Zündung des im Thyristorsteller 8 jeweils in Durchlaßrichtung gepolten Thyristors sorgt und den Phasenanschnittswinkel für die be­ treffende Halbperiode vorgibt.

Bei offenem Sekundärstromkreis 7 des Transformators 5, d.h. bei noch nicht oder nicht genügend zugestellten Schweiß­ elektroden 3, 4 entsteht an den Schweißelektroden 3, 4 eine Brummspannung, die aus dem Wechsel- oder Drehstromnetz stammt und über den Netzanschlußteil in die Schweißmaschine gelangt. Die Grundfrequenz dieser Brummspannung stimmt mit der Netzfrequenz überein.

Die Fig. 2 zeigt die an den Schweißelektroden 3, 4 über die Leitungen 13, 14 abgegriffene Elektrodenspannung V vor, wäh­ rend und nach einer Schweißperiode. Die Zeit vor Schließen der Schweißelektroden ist mit a, die Zeit nach Schließen der Schweißelektroden ist mit b und die Zeit nach Öffnen der Schweißelektroden ist mit c bezeichnet. Bei offenen Schweiß­ elektroden in den Bereichen a und c ist die Brummspannung von beispielsweise 500 Millivolt meßbar. Bei geschlossenen Schweißelektroden 3, 4 bricht die Brummspannung zusammen, und es ist die größere Elektrodenspannung der Schweißimpulse erkennbar.

Die aus Fig. 3 ersichtliche Schalt- und Kontrolleinrichtung, welche in die Schweißablaufsteuerung integriert ist, greift über die Leitungen 13, 14 die Spannung der Schweißelektroden 3 und 4 ab. Über einen Verstärker 10 wird die abgegriffene Spannung einem Komparator 11 zugeführt, der bei Unterschrei­ ten eines Schwellwertes über das Monoflop 12 die Zündung der Thyristoren des Thyristorstellers 8 freigibt. Der Schweiß­ strom wird also erst dann eingeschaltet, wenn durch Zusammen­ bruch der Brummspannung angezeigt ist, daß die Schweiß­ elektroden 3, 4 und die zu verbindenden Werkstücke 1, 2 Kontakt haben.

Die gleiche Schalt- und Kontrolleinrichtung kann auch einge­ setzt werden, um den Schweißablauf zu unterbrechen, wenn trotz versuchter Rückstellung die Schweißelektroden 3, 4 nach Vollendung einer Schweißung nicht in ihre Ausgangsstellung zurückfahren, weil sie an den Werkstücken 1, 2 hängenbleiben. In diesem Falle wird das Nichtvorhandensein einer Brumm­ spannung an den Schweißelektroden 3, 4 als Signal verstanden, daß trotz Wirksamwerdens eines pneumatischen, hydraulischen oder mechanischen Rückstellantriebes für die Schweißelektro­ den 3, 4 diese in ihrer Kontaktstellung verblieben sind. Das Monoflop 12 ist so mit der Schweißablaufsteuerung verknüpft, daß der Schweißablauf unterbrochen wird, wenn das Monoflop 12 nach beabsichtigtem Öffnen der Schweißelektroden 3, 4 keine Brummspannung meldet.

Bezugszeichenliste:

 1 Werkstück
 2 Werkstück
 3 Schweißelektrode
 4 Schweißelektrode
 5 Schweißtransformator
 6 Primärwicklung
 7 Sekundärseite
 8 Thyristorsteller
 9 Schweißablaufsteuerung
10 Verstärker
11 Vergleichseinheit bzw. Komparator
12 nachtriggerbares Monoflop
13 Leitung
14 Leitung

Claims (4)

1. Schalt- und Kontrolleinrichtung an elektrischen Wider­ standsschweißmaschinen, die in Abhängigkeit vom Kontakt der zu verschweißenden Werkstücke (1, 2) und der Schweißelektro­ den (3, 4) den von einer Schweißablaufsteuerung (9) über einen Thyristorsteller (8) gesteuerten Schweißstrom freigibt, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen auf die bei offenem Sekundärstromkreis (7) des Schweißtransformators (5) an den Schweißelektroden (3, 4) auftretende Brummspannung ansprechenden Spannungssensor (10, 11, 12) aufweist, der das Zünden der Thyristoren des Thyristorstellers (8) so lange blockiert, bis die Brumm­ spannung infolge des erreichten Kontaktes zwischen den Werk­ stücken (1 und 2) und den Schweißelektroden (3 und 4) zu­ sammenbricht.

2. Schalt- und Kontrolleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der auf die Brummspannung an den Schweiß­ elektroden (3, 4) ansprechende Spannungssensor sich zusammen­ setzt aus einem Verstärker (10), einem Komparator (11) und einem nachtriggerbaren Monoflop (12), das an die Schweißab­ laufsteuerung (9) oder an den Thyristorsteller (9) ange­ schlossen ist.

3. Schalt- und Kontrolleinrichtung an elektrischen Wider­ standsschweißmaschinen mit mindestens einer nach jeder Schweißung insbesondere pneumatisch rückstellbaren Schweiß­ elektrode (3, 4) und einer Schweißablaufsteuerung, die in Abhängigkeit von der Stellung der Schweißelektroden (3, 4) den Schweißablauf unterbricht, wenn ein Sensor feststellt, daß die Schweißelektroden (3, 4) nach einer Schweißung trotz entsprechenden Rückstellantriebs nicht auseinandergefahren sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor ein auf die bei offenem Sekundärstromkreis (7) des Schweißtransformators (5) an den Schweißelektroden auftretende Brummspannung anspre­ chender Spannungssensor (10, 11, 12) ist, der den Schweißab­ lauf aufrechterhält, wenn eine Brummspannung festgestellt wird und der den Schweißablauf unterbricht, wenn trotz Wirksamwerdens des Rückstellantriebes infolge Hängenblei­ bens der Schweißelektroden (3, 4) und des dadurch aufrecht­ erhaltenen Kontaktes der Schweißelektroden (3, 4) mit den Werkstücken (1, 2) eine Brummspannung nicht feststellbar ist.

4. Schalt- und Kontrolleinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der auf die Brummspannung an den Schweißelektroden (3, 4) ansprechende und bei Entfallen die­ ser Brummspannung reagierende Sensor sich zusammensetzt aus einem an die Schweißelektroden (3, 4) angeschlossenen Ver­ stärker (10), einem Komparator (11) und einem nachtriggerba­ ren Monoflop (12), das an die Schweißablaufsteuerung (9) angeschlossen ist.