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Einrichtung zur Punktschweißung mit Hilfe von steuerbaren Entladungsstrecken
Das Hauptpatent 7o2 o83 bezieht sieh auf Punktschweißanordnungen, bei denen der
Schweißstrom. mit Hilfe von steuerbaren Entladungsgefäßen, vorzugsweise gittergesteuerten
Quecksilberdampfentladungsgefäßen,geregelt wird. Nach dem Hauptpatent ist in den
Steuerstromkreis der im. Schweißstromkreis liegenden Entladungsstrecken eine Unterbrechervorrichtung
bzw. eine Schaltvorrichtung geschaltet, die bei jedem-Schweißpunkt nacheinander
eine im, Gitterkreis wirksame Sperrung aufhebt, darauf den Zündzeitpunkt der Entladungsstrecken
nach einem vorgegebenen Programm, im. Sinne einer Vergrößerung und Wiederverkleinerung
des Stromes verändert und schließlich die Sperrung der Entladungsgefäße wieder zurWirkung
bringt. Weiterhin wird in- dem Hauptpatent vorgeschlagen, mit der auf den Steuerkreis
der Entladungsgefäße einwirkenden Unterbrechervorrichteng eine weitere Steuervorrichtung
zu verbinden, durch die während des Schweißvorganges der Elektrodendruck nach einem
vorbestimmten Programm. geändert wird, Nach Vorschlägen von Bollenrath sind derartige
Steuerungsanordnungen von besonderer Bedeutung, wenn das Elektrodendruckprogramm
und das Stromprogramm sowie die gegenseitige zeitliche Lage der beiden Programme
zueinander derart gewählt werden, daß beim Elektrodendruck zu beiden Seiten einer
Druckabsenkung eine Druckerhöhung liegt und daß in den Bereich der Druckabsenkung
das Stromprogramm, d. h. die Zeit gelegt ist, in der der Schweißstrom die Schweißstelle
durchfließt.
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Für die Steuerungsmittel, welche einerseits den Elektrodendruck bzw.
die zeitliche Änderung dieses Druckes bestimmen und andererseits den zeitlichen
Verlauf des Schweißstromes und
dessen relative Zeitlage gegenüber
dem Druckprogramm steuern, sind bereits im Hauptpatent Steuerungsanordnungen angegeben
worden, die im wesentlichen mit elektrisch gesteuerten Druckluftventilen für den
Elektrodendruck und mit steuerbaren Entladungsgefäßen für die Ein-und Ausschaltung
dieser Ventile arbeiten.
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Gegenstand der Erfindung ist eine weitere Verbesserung und Ausgestaltung
der Erfindung des Hauptpatentes. Erfindungsgemäß ist außer der von der ersten Drucksteigerung
abhängigen, den Zeitpunkt für den Anfang des Stromprogramms bestimmenden Steuervorrichtung
in der Steuerungsanordnung eine Sperrvorrichtung, vorzugsweise in Form eines Hilfskontaktes,
angeordnet, welche den Ablauf des weiteren Druckprogramms von dem `Wert der ersten
Drucksteigerung unabhängig macht. Durch die Erfindung wird erreicht, daß das Druckprogramm
noch mehr als bei den bisher vorgeschlagenen Steuerungsanordnungen den besonderen
Bedingungen der zu verschweißenden Werkstoffe angepaßt werden kann. Mit einer Steuerungseinrichtung
nach der Erfindung kann beispielsweise ein Druckprogramm eingestellt werden, bei
dem der Elektrodendruck, der nach der Druckabsenkung, also nach Einschaltung des
Schweißstromes einsetzt, größer ist als der Elektrodendruck, der zeitlich vor dem
Stromprogramm liegt. Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden
Beschreibung des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsb°ispiels der Erfindung.
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In der Zeichnung bedeutet i einen Druckluftzylinder, dessen Kolben
die obere Schweißelektrode 2 gegen die untere Elektrode 3 preßt. Die Druckluft wird
einer Leitung 4. entnommen, die mit irgendeinem Druckluftbehälter bzw. Drucklufterzeuger
in Verbindung steht. Ein in dieser Leitung liegendes Ventil 5 wird vor Inbetriebnahme
der Anlage geöffnet. Hinter diesem Ventil liegt eine Abzweigung, über die die Druckluft
einem Behälter 6 zugeführt wird, wobei durch eine Einstellvorrichtung 7 der in dem
Behälter 6 herrschende Druck konstant gehalten wird. Der Druckbehälter 6 ist über
eine Leitung 8 mit dem Druckluftzylinder i verbunden, und zwar derart, daß die aus
dem Behälter 6 in den Zylinder i gelangende Luft die obere Elektrode anzuheben bestrebt
ist.
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Die andere Abzweigung hinter dem Ventil 5 führt zunächst zu einem-
Umschaltventil 9, welches zwei Umschaltstellungen besitzt. In der in der Zeichnung
dargestellten Schaltstellung, bei der die Erregerspule des Ventils nicht erregt
ist und bei der das Ventil beispielsweise durch eine Feder in der gezeichneten Lage
gehalten wird, verbindet das Ventil 9 den oberen Teil des Druckluftzylinders i über
die Leitung io mit der Außenluft, so daß die obere Schweißelektrode 2 durch die
Druckluft des Druckbehälters 6 nach oben bewegt werden kann.' In der anderen Stellung
des Umschaltventils 9, in die das Ventil bei eingeschalteter Erregerspule gebracht
wird, ist die Entlüftungsleitung io geschlossen, und dafür wird der Druckluftzvlinderi
über ein Umschaltventil ii und die beiden Druckluftregleri2 und 13 mit derDruckleitung4
verbunden. Das Ventil ii wird ebenfalls durch einen Elektromagneten gesteuert. Es
ist so ausgebildet, daß es jeweils beim Einschalten des Elektromagneten indieentgegengesetzteStellung
umgelegt wird. Zwischen dem Ventil i i und dem Druckluftzvlinder i liegen zwei Druckluftregler
12 und 13, die je nach dem gewünschten Druckprogramm auf verschiedene Werte des
Luftdruckes eingestellt werden können. Wie in der Zeichnung angegeben, sei angenommen,
daß das Ventil ii vor Beginn des Schweißvorganges die Leitung des Druckreglers 13
verschließt und dementsprechend den Weg zwischen dem Ventil 9 und dem Regler 12
freigibt.
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hlit dem Druckluftzylinder i ist noch ein weiteres Auslaßventil 14
verbunden, welches durch eine Feder bei ausgeschalteter 'Magneterregung in geschlossener
Stellung gehalten wird. Durch dieses Ventil kann der Zvlinder i über einen Druckluftregler
15 entlüftet werden, d. b. bei geöffnetem Ventil 14 wird der Luftdruck im oberen
Teil des Zylinders i auf einen Werteherabgesetzt, der von der Stellung des Reglers
15 abhängig ist.
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Für die Steuerung der beiden Ventile i i und 14 sind zwei steuerbare
Lichtbogenentladungsgefäße 16 und 17 vorgesehen, die zweckmäßig als quecksilberdampfgefüllte
Glühkathodenentladungsgefäße mit Gittersteuerung ausgebildet sind. Die beiden Entladungsgefäße
sind über einen Kondensator 18 und zwei in Reihe ge- i schaltete Widerstände i9
und 2o derart miteinander verbunden, daß sie eine Art Wechselrichterschaltung bilden.
Als Stromquelle für diesen Wechselrichter dient die die gesamte Steuerungsanordnung
speisende Gleichstromquelle 21. Parallel zu dem ZViderstand i9 liegen ein Kondensator
22 und ein regelbarer Widerstand 23. Der Verbindungspunkt beider ist über einen
Gleichrichter 24 mit dem Widerstand i9 und außerdem über eine Sperrspannungsquelle
25 mit dem Steuergitter des Entladungsgefäßes 17 verbunden. Das Steuergitter
des Entladungsgefäßes 16 ist ebenfalls unter Zwischenschaltung einer Sperrspannungsquelle
26 an den Verbindungspunkt der beiden Widerstände i9 und 20 angeschlossen.
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Von wesentlicher Bedeutung ist für die Erfindung das Relais A, dessen
Erregerspule A1 an den Widerstand i9 angeschlossen ist. Das Relais besitzt eine
zweite Wicklung A z, die als Haltewicklung dient. Die Relaiskontakte sind mit al,
r,.., und ea, bezeichnet. Die Kontakte a. und a3
sind in - ausgeschaltetem
Zustande des Relais geschlossen, der Kontakt a1 (Haltekontakt) dagegen im eingeschalteten
Zustande des Relais geschlossen. Wie sich bei der Beschreibung der Wirkungsweise
der Schweißeinrichtung im einzelnen noch ergeben wird, dient das Relais A dazu,
die Einstellung der vor und hinter der Druckabsenkung liegenden Elektrodendrücke
voneinander unabhängig zu machen.
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Das Stromprogramm wird, genau wie bei der im Hauptpatent an Hand der
dort mit Fig. i bezeichneten Schaltung ausführlich erläutert ist, mit Hilfe einer
Nockenscheibe 27 gesteuert, von der während des Umlaufs jeweils nacheinander ein
Vorkontakt 28 und zwei Steuerkontakte 29 und 3o betätigt werden. Die beiden Kontakte
liegen in zwei Erregerstromkreisen eines polarisierten Relais 31, welches die Verbindung
mit dem Steuerkreis der im Schweißstromkreis liegenden Entladungsgefäße herstellt.
Je nachdem eine der beiden Wicklungen des Relais 31 eingeschaltet ist, wird beispielsweise
eine Speirschaltung im Steuerkreis dieser Entladungsgefäße aufgehoben oder wieder
in die Sperrstellung gebracht. Die Wirkungsweise dieser mit dem Kontakt 32 des Relais
31 in Verbindung stehenden Sperrschaltung ergibt sich im einzelnen aus der Beschreibung
des Hauptpatentes. Wesentlich ist nur, daß durch den Kontakt 30 der Noekenscheibe
27 das Startkommando und durch den Kontakt 29 der gleichen Nockenscheibe das Stoppkommando
für das Stromprogramm gegeben wird.
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Zum Einschalten der Gesamtanordnung dient ein beispielsweise als Fußschalter
ausgebildeter Kommandoschalter 33. Dieser schaltet ein Relais B ein, das
mit Kontakten b1, b2 und b3 ausgerüstet ist. Der Kontakt b1 ist Haltekontakt für
die Spule B und macht deren Steuerstromkreis von dem Kommandoschalter 33 unabhängig.
Der Kontakt b2 schaltet die Hauptsteuerleitung für die Entladungsgefäße 16 und 17
sowie die Ventile g, 11 und 14 ein. Durch den Kontakt b3 wird schließlich ein Kondensator
34 im Stromkreis einer der beiden Erregerspulen des polarisierten Relais 31 kurzgeschlossen.
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Durch den Kommandoschalter 33 bzw. den Haltekontakt b1 des Relais
B wird außerdem noch ein Zeitrelais Z eingeschaltet, welches einen Ruhekontakt z1
um eine bestimmte Zeit nach der Betätigung des Kommandoschalters 33 ausschaltet.
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Die Wirkungsweise der Steuerungseinrichtung ist folgende: Beim Einlegen
des Kommandoschalters 33 wird über den Kontakt b2 die Erregerwicklung des Druckluftventils
9 eingeschaltet. Dieses Ventil schließt die Entlüftungsleitung 1o und verbindet
die Druckluftleitung q. mit dem Umschaltventil ii. Über dieses Ventil und den dahinterliegenden
Regler 12 tritt Druckluft in den oberen Teil des Elektrodenzylinders i. Der Druck
wird auf den durch dieses. Ventil eingestellten Wert gesteiget. Sobald dieser Wert
erreicht ist, schließt das mit dem Zylinder i in Verbindung stehende Manometer 35
seinen Kontakt und zündet das Entladungsgefäß 16. Dieses Entladungsgefäß war vorher
gesperrt, da seine Kathode über die Sperrspannungsqu-#lle 26 mit dem. Gitter verbunden
war. Das Manometer 35 schließt diese Sperrspannungsquelle kurz. In der Verbindungsleitung
zu dem Manometer 35 liegt noch der durch die Nockenscheibe 27 gesteuerte Vorkontakt28,
der dafür sorgt, daß der Zeitpunkt der Einschaltung des Entladungsgefäßes z6 und
damit der Zeitpunkt der durch diese Einschaltung bewirkten Steuervorgänge einen
vorbestimmten zeitlichen Abstand gegenüber der Betätigung des Startkontaktes 3o
erlangt.
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Im Augenblick der Einschaltung des Entladungsgefäßes 16 erhält der
SViderstand ig Spannung, und es wird die Erregerspule des Auslaßventils 14. eingeschaltet.
Der Druck des Elektrodenzylinders i wird dadurch auf den durch den Regler 15 eingestellten
Wert gesenkt. Etwa gleichzeitig damit erfolgt die Einschaltung des Stromprogramms
in der im Hauptpatent im einzelnen erläuterten Form. Diese zeitliche Aufeinanderfolge
zwischen Druckabsenkung und Stromprogramm ist zwar für viele Werkstoffe besonders
zweckmäßig, sie ist aber für die Erfindung nicht unbedingt notwendig; denn durch
entsprechende Einstellung der Schalter, die von der Nockenscheibe 27 betätigt werden,
kann auch eine andere gegenseitige Lage von Strom-und Druckprogramm. erreicht werden.
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Da zu dem Widerstand ig auch die Relaiswicklung A1 parallel geschaltet
wird, wird gleichzeitig mit der Betätigung des Ventils 14 auch dieses Relais eingeschaltet.
Außer der Schließung des Haltekontaktes a1 und der damit verbundenen Einschaltung
der Haltewicklung A. öffnet dieses Relais seine Kontakte a, und a3. Besonders wesentlich
ist der Kontakt a3; denn dieser Kontakt unterbricht für den gesamten weiteren Steuervorgang
die Zuleitung zu dem Kontakt des Manometers 35, macht also den weiteren Steuervorgang
von der Stellung dieses Manometers unabhängig. Selbst wenn bei einer Steigerung
des Elektrodendruckes im weiteren Verlauf des Programms der Kontakt des Manometers
35 geschlossen wird, kann dadurch das Entladungsgefäß 16 nicht wieder gezündet werden,
da die diesem Zweck dienende Steuerleitung durch den Kontakt a3 unterbrochen wurde.
Der Kontakt cc, wird erst nach Beendigung des gesamten Schweißprogramms, d. h. nach
Ablauf sowohl des Druckprogramms als auch des Stromprogramms unterbrochen.
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Im Augenblick der Einschaltung des Ventils 16 beginnt die Aufladung
des Kondensators 22 über den Widerstand 23, von dessen Größe die
Zeit
dieser Aufladung abhängig ist. Sobald die Spannung des Kondensators 22 einen bestimmten
Wert erreicht hat, wird die Sperrung des Entladungsgefäßes 17 aufgehoben und dieses
Gefäß gezündet. Zur gleichen Zeit wird auf Grund der bekannten Wechselrichterwirkung
vermittels des Kondensators x8 das Entladungsgefäß 16 g?löscht.
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Der nunmehr durch das Entladungsgefäß 17 eingeschaltete Widerstand
2o bzw. die an ihm dadurch auftretende Spannung schaltet die Wicklung des Umschaltrelais
ix in der Druckluftleitung des Zylinders i ein. Dieses Ventil wird umgelegt und
verbindet die Druckluftleitungq. über den Regler 13 mit dem Zylinder i. Vorher war
wegen der Abschaltung des Entladungsgefäßes 16 die Erregerwicklung des Auslaßventils1q.abgeschaltet.
DerDruck imZylinderi steigt jetzt wieder an, jedoch auf einen neuen Wert, der durch
den Regler 13 bestimmt wird. Dieser Druckwert ist wegen der erfindungsgemäß vorgesehenen
Verriegelungseinrichtung unabhängig von dem bei der ersten Drucksteigerung eintretenden
Druckwert und kann vor allem größer sein als der Elektrodendruck, der an dem Regler
12 eingestellt ist.
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Die gegenseitige Steuerung der Zündzeitpunkte der beiden Entladungsgefäße
16 und 17 ist für die Erfindung von wesentlicher Bedeutung, weil dadurch der Zeitabstand
zwischen der Druckabsenkung und der darauffolgenden Drucksteigerung beliebig eingestellt
werden kann, und zwar unabhängig von der Nockenscheibe 27 und dem damit in Verbindung
stehenden Stromprogramm. Dieser Vorteil wird dadurch erreicht, daß die beiden Entladungsgefäße
auf rein elektrischem Wege, d. h. durch ein elektrisch wirkendes Zeitelement, wie
es der Kondensatorwiderstandskreis 22, 23 darstellt, gesteuert werden. Es sei noch
bemerkt, daß die für die Entladungsgefäße 16 und 17 in der Zeichnung angegebene
Gittersteuerung nur ein Ausführungsbeispiel ist. Es können für den gleichen Zweck
naturgemäß auch andere an sich bekannte Zeitsteuerungen für die Entladungsgefäße
verwendet werden.
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Das Ende des Gesamtprogramms wird durch das Zeitrelais Z bestimmt;
denn durch dieses Relais wird nach Ablauf einer bestimmten Gesamtzeit der Kontakt
z1 unterbrochen und dadurch der Hauptsteuerkontakt b2 abgeschaltet. Durch diese
Kontaktunterbrechung wird der Haltestromkreis des Relais A unterbrochen, und es
werden die beiden Relaiskontakte a2 und a3 wieder in die Schließstellung zurückbewegt.
Der Relaiskontakt a2 hat dabei die Aufgabe, den Stromkreis des Umschaltventils ii
in der Druckluftleitung des Zylinders i derart vorzubereiten, daß zu Beginn des
nächstfolgenden Gesamtprogramms das Ventil ii aus derjenigen Stellung, die es am
Schluß des Programms eingenommen hatte, in die entgegengesetzte Stellung umgelegt
wird, daß also zu Beginn des neuen Druckprogramms die Druckluftleitung q. wiederum
über den Regler 12 mit dem Zylinder i verbunden ist.