DE4307325C2

DE4307325C2 - Verfahren zum Betrieb einer Bolzenschweißanlage und Anlage dafür

Info

Publication number: DE4307325C2
Application number: DE19934307325
Authority: DE
Inventors: Axel Tillmann; Rainer Trillmich
Original assignee: Koester and Co GmbH
Current assignee: Koester and Co GmbH
Priority date: 1993-03-09
Filing date: 1993-03-09
Publication date: 1996-06-05
Anticipated expiration: 2013-03-10
Also published as: DE4307325A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer Bolzenschweißan lage und eine zu seiner Durchführung geeignete Anlage.

Eine Bolzenschweißanlage umfaßt bekanntlich ein Bolzenschweißgerät oder eine Bolzenschweiß"pistole" und ein zugehöriges Steuergerät. Übliche Bol zenschweißpistolen umfassen eine Bolzenhalterung, die mit dem Anker eines Hubmagneten koppelbar ist. Nach dem Aufsetzen des Bolzens auf das Materi al, an das der Bolzen anzuschweißen ist, läßt man einen Pilotstrom über den Bolzen fließen, der Hubmagnet wird erregt und hebt den Bolzen ab, wo bei ein Lichtbogen gezündet wird. Nun wird der eigentliche Schweißstrom aufgeschaltet, und nach einer vorgegebenen Zeit wird der Hubmagnet abge schaltet, so daß eine beim Abheben komprimierte Feder den Bolzen in das Schweißbad eintauchen kann. Das Steuergerät liefert dabei die Steuer signale und Schweißströme. Mittels einstellbarer Anschläge kann die Lichtbogenlänge festgelegt werden.

Diese in vielfachem Gebrauch befindlichen Anlagen haben einige Nachteile.

Die anzuschweißenden Bolzen haben aufgrund der Fertigungstoleranzen un terschiedliche Längen, so daß wegen der durch die Anschläge festgelegten Hübe entsprechend unterschiedliche Lichtbogenlängen entstehen würden und damit unterschiedliche Qualität der Schweißverbindungen. Um dem zu begeg nen, ist der Bolzenhalter nicht fest mit dem Anker des Hubmagneten gekop pelt, sondern über eine Reibungskupplung, die jedoch ungenau und ver schleißanfällig ist.

Ferner sollen mit einundderselben Pistole Bolzen verschiedener Typen und Gewichte verschweißt werden können, so daß sowohl der Hubmagnet als auch die Feder für maximales Bolzengewicht ausgelegt werden müssen; aus diesem Grunde werden für die Eintauchbewegung unter der Wirkung der Feder komplizierte und störungsanfällige Dämpfer vorgesehen. Eine Beeinflussung des Schweißergebnisses ist nur über die Parameter Schweißstrom, Schweißzeit und Lichtbogenlänge möglich, gegebenenfalls noch durch Veränderung der Charakteristik der Dämpfung.

DE 38 03 416 C1 schlägt vor, nach Beendigung der Verweilzeit, während wel cher der Lichtbogen das Schweißbad aufheizt, den Hubmagneten nicht schlagartig abzuschalten, sondern den Strom langsam zu verringern. Dies soll mechanische oder hydraulische Dämpfungselemente überflüssig machen.

DE 39 29 669 A1 offenbart eine Schweißpistole, bei der der Bolzenhalter fest mit dem Hubanker verbunden ist. Dieser dient sowohl der Abhebe- als auch der Eintauchbewegung, so daß eine Feder entfällt. Mit dem Anker ist ein Weggeber verbunden, der IST-Werte der Ankerposition an ein Steuergerät liefert, das diese mit SOLL-Werten vergleicht und den Ankerstrom in nicht weiter erläuterter Weise abgleicht. Ein reversibler Hubmagnet setzt not wendigerweise voraus, daß der Anker permanent magnetisiert ist, was die Herstellungskosten erhöht und bipolare Stromversorgung der Spule erfor dert. Da auf das offenbar frei bewegliche System Bolzenhalter/Anker neben den Magnetkräften nur noch die Schwerkraft wirkt, dürfte der Betrieb einer solchen Anlage wohl recht unsicher sein, weil ja bei Erreichen einer vorgegebenen Position - etwa der abgehobenen Position während des Brennens des Lichtbogens - je nachdem, in welcher Position die Pistole jeweils gehalten wird, der Spulenstrom abgeschaltet, positiv gemacht oder negativ gemacht werden muß.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zum Bolzen schweißen nach dem Hubzündungsprinzip zu schaffen, das die Vereinfachung der Schweißpistole ermöglicht und die Qualität und Sicherheit der Schwei ßungen verbessert. Auch eine für die Durchführung des Verfahrens geeigne te Anlage ist Gegenstand der Erfindung.

Die erfindungsgemäß vorgesehene Lösung dieser Aufgabe ergibt sich aus dem Patentanspruch 1. Bevorzugte Details sind in den von ihm abhängenden An sprüchen definiert.

Die Erfindung soll nachstehend anhand der beigefügten Zeichnung erläutert werden, die schematisch die erfindungswesentlichen Elemente einer Bolzen schweißanlage darstellt.

Der Bolzenhalter 1 ist starr mit dem Anker 2 des Hubmagneten verbunden, und der Anker 2 stützt sich über eine Feder 3 am nur angedeuteten Gehäuse 4 der Schweißpistole ab. Mit dem Anker 2 ist ferner ein Positionsgeber 5 verbunden, dessen Ausgangssignal die Lage des Ankers relativ zum Gehäuse repräsentiert. Dieses Signal wird einem Regler 6 - beispielsweise einem PID-Regler - zugeführt, dem als Führungsgröße von einem Sollwertgeber 7 ein vorgebbarer Weg-Zeit-Verlauf aufgeschaltet ist.

Das Ausgangssignal des Reglers 6 stellt die Differenz zwischen der je weils vom Geber 5 erfaßten Position des Bolzenhalters 1 und der Soll position für jeden Zeitpunkt des Schweißvorgangs, vorgegeben vom Soll wertgeber 7, dar. Mit diesem Ausgangssignal wird ein Stromsteuergerät 8 beaufschlagt, das aus einer Spannungsquelle 9 den Strom für die Hubspule 10 derart erzeugt, daß der Anker 2 und damit der Bolzenhalter 1 dem vor gegebenen Bewegungsablauf folgen. Die Schweißstromquelle und deren An schluß an den Bolzenhalter sind der Einfachheit halber nicht dargestellt, da sie konventionell ausgebildet sein können.

Beim Aufsetzen des Bolzens wird zunächst mittels des Gebers 5 die je nach Bolzenlänge unterschiedliche Ausgangsposition des Bolzenhalters erfaßt und an den Regler gemeldet. Dieser addiert die vorgegebene Lichtbogen länge und sorgt dafür, daß dem Hubmagneten ein Strom entsprechend dem da für benötigten Hub zugeführt wird und damit der Anker und der mit ihm verbundene, mit einem Bolzen bestückte Bolzenhalter gegen die Kraft der Feder 3 abgehoben wird. Nach Ablauf der Verweilzeit wird die Stromhöhe derart abgesenkt, daß die Feder 3 den Anker und damit den Bolzenhalter entsprechend dem vorgegebenen Weg-Zeit-Verhalten beschleunigt. Mit ande ren Worten dient der Hubmagnet als gesteuerte Bremse, wodurch andere Dämpfungseinrichtungen überflüssig werden. Anders als bei dem Verfahren gemäß DE 38 03 416 C1 ist jedoch nicht der Verlauf des Stroms über der Zeit fest vorgegeben, sondern der Verlauf des Ankerweges über der Zeit. Das hat zur Folge, daß je nach Bolzengewicht die Hubspulenströme unter schiedlich sein werden. Von der Vorrichtung nach DE 39 29 669 A1 unter scheidet sich die Erfindung dadurch, daß auf die teuren Gleichstrom- Regelmagnete verzichtet wird, so daß der Hubmagnet den Anker nicht be schleunigt, sondern den von der Feder beschleunigten Anker abbremst.

Claims

1. Verfahren zum Betrieb einer Bolzenschweißanlage, die umfaßt:

(a) ein Bolzenschweißgerät, umfassend einen mit einem Hubmag netanker (2) fest verbundenen, an eine Schweißstromquelle anschließbaren Bolzenhalter (1) und eine den Anker in seine Schweißposition vorspannende Feder (3), und
(b) ein den Erregerstrom der Hubmagnetspule (10) lieferndes Steuergerät,

bei welchem Verfahren die Augenblicksposition des Bolzenhalters relativ zu einem Gehäuse (4) mittels eines Positionsgebers erfaßt und an das Steuergerät (6, 8) rückgemeldet wird, welches den Erregerstrom zum Brem sen des von der Feder beschleunigten Bolzenhalters gemäß einem vorgeb baren Weg-Zeit-Verhalten regelt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem vor dem Abheben des Bolzens zum Zünden des Schweißlichtbogens die Position des Bolzenhalters bestimmt wird, das Steuergerät eine vorgebbare Lichtbogenlänge addiert und den Hubmagneten mit dem zum Erreichen der so bestimmten Verweilposition er forderlichen Strom beaufschlagt.

3. Anlage zum Durchführen des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2, umfassend:

- ein Bolzenschweißgerät mit einem Bolzenhalter (1), der starr mit dem Anker (2) eines Hubmagneten verbunden ist, welcher Anker sich über eine Feder (3) an einem Gehäuse (4) abstützt und mit einem Positi onsgeber (5) verbunden ist,
- ein Steuergerät mit einem Regler (6), dessen IST-Eingang mit dem Ausgang des Positionsgebers verbunden ist, dessen SOLL-Eingang mit dem Ausgang eines während des Schweißbetriebs zeitabhängig Positions- SOLL-Werte liefernden Führungsgrößen-Gebers (7) verbunden ist, und dessen Ausgang mit einem Steuereingang eines Hubmagnetstrom-Steuergeräts (8) verbunden ist.