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Anordnung zum überwachen des Schweißstromes bei elektrischer Widerstandsschweißung
unter Messung des die Größe des Schweißstromes bedingenden Widerstandes an der Schweißstelle
Zur Regelung der Ströme bei der elektrischen Schweißung sind Gittersteuerungen,
Höchststromsteuerungen und andere Steuerungen bekannt, die das Ziel verfolgen, die
Schweißstelle vor dem Verbrennen und den Schweißtransformator vor Schädigungen zu
schützen, aber' andererseits doch richtige Durchschweißung zu ergeben. Das Ziel
wird nicht restlos vollkommen erreicht, weil verschieden dicke Schweißstücke, verschiedenartige
Werkstoffe und verschiedenartige äußere Abkühlungsverhältnisse und die dadurch bedingten
Änderungen durch jene Verfahren nicht genügend berücksichtigt werden können.
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Es ist auch bereits bekannt, eine Widerstandsschweißmaschine mit einer
Vorrichtung zum Überwachen des Schweißvorganges auszustatten, die durch ein bewegliches
Eisenstück im magnetischen Feld des Schweißstromes beim Eintritt der Schw eißung
anspricht und den Primärstromkreis der Schweißmaschine abschaltet. Dieses Ansprechen
geschieht plötzlich, und das allmähliche Ansteigen des Schweißstromes wird nicht
angezeigt, so daß ein dem Schweißzustand entsprechendes Nachregeln des Stromes während
der Schweißung nicht möglich ist.
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Bei einer ähnlichen bekannten Ausführungsform bildet das bewegliche
Eisenstück das Schlußstück eines im übrigen nur in Luft unmittelbar um den Schweißstromleiter
oder überwiegend in Eisen um den Schweißstromleiter verlaufenden magnetischen Kreises.
Hierbei ist zwar eine Anzeigevorrichtung für die Stellung des beweglichen Eisenstückes
vorgesehen, aber diese .ermöglicht nicht die genaue Anzeige eines :allmählichen
Ansteigens des Schweißstromes, sondern spricht nur plötzlich auf stärkere Stromschwankungen
im Sekundärstromkreis an oder dient überhaupt nur zurr Einstellen des Ansprechwertes,
bei dem der Strom selbsttätig abgeschaltet oder ein Zeichen zurr Abschalten gegeben
werden soll.
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Bei anderen Widerstandssclhweißmaschinen ist es auch bekannt, einen
Hilfsstromkreis an den sekundären Schweißstromkreis über
einen magnetisch
gekoppelten Stromwandler induktiv zu koppeln und durch diesen selbsttätig den Primärstrom
der Schweißvorrichtung bei Erreichen des Höchststromes abzuschalten. Eine Anzeigevorrichtung
zur überwachung des allmählichen Ansteigens des Schweißstromes ist hierbei nicht
vorgesehen, sondern nur eine Einstellvorrichtung zum Einstellen des gewünschten
Höchststromes.
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Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zum Überwachen des Schweißstromes
bei elektrischer Widerstandsschweißung unter Messung des die Größe des Schweißstromes
bedingenden Widerstandes an der Schweißstelle, und das Wesentliche besteht darin,
daß ein Hilfsstromkreis, der an den sekundären Schweißstromkreis durch induktive,
kapazitive, galvanische oder Widerstandskopplung angeschlossen ist, zur Widerstandsmessung
ein den jeweiligen Schweißzustand bzw. die Schweißstromstärke anzeigendes Meßgerät
mit Höchststromabschalter enthält. Bei dieser Anordnung ist es möglich, in den Hilfsstromkreis
ein die jeweilige Stromstärke und damit den Schweißzustand genau anzeigendes Meßgerät
zu legen, durch dessen Beobachtung der an der Schweißstelle herrschende Durchgangswiderstand
in jedem Augenblick gut beurteilt werden kann, so daß der Strom während der Schweißung
entsprechend dem Schweißzustand nachgeregelt werden kann. Das anzeigende Meßgerät
ermöglicht ferner auch kurz hintereinander Bleche verschiedener Stärke zu verschweißen,
ohne daß der Höchststromabsehalter jedesmal entsprechend der gerade zu verschweißenden
Blechstärke verstellt wird; denn das Meßgerät kann mit einer bei anderen Anordnungen
an sich bekannten Einteilung nach Blechstärken versehen sein, die es dem Schweißer
ermöglicht, nach Erreichen des höchst zugelassenen Schweißstromes den Strom von
Hand abzuschalten. Der zweckmäßig verstellbare Höchststromabschalter verhindert
dabei in jedem Fall ein übermäßig starkes Ansteigen des Schweißstromes. Das anzeigende
Meßgerät gibt andererseits die Gewähr, daß die Überwachungseinrichtung und damit
der Höchststromabschalter auch sicher arbeitet, da etwaige Beschädigungen der Überwachungsvorrichtung
an der Stellung (bei fehlender Anzeige) des Zeigers des Meßgerätes sofort erkennbar
sind und bei Beschädigungen des Höchststromabschalters der Zeiger den Sollwert überschreiten
würde, so daß auch Beschädigungen des Höchststromabschalters erkennbar sind und
der Schweißer den Strom rechtzeitig von Hand abschalten kann.
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Im Hilfsstromkreis kann eine eigene Stromquelle, und zwar vorzugsweise
eine Gleichstromquelle, wie ein Sammler oder ein Umformer und Gleichrichter, und
ein den Schweißstrom aussparendes Glied vorhanden sein. Als steuerndes Glied kann
ein Kontaktstromanzeiger und in dem Hilfsstromkreis ein Regelwiderstand vorgesehen
sein. Als steuerndes Glied kann auch ein Bimetallthermometer in Verbindung mit einem
Spiegelgerät, einer Lichtquelle und einer Lichtzelle vorgesehen sein.
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Die Zeichnung veranschaulicht die Erlindung an einer Reihe von Ausführun=gsbeispielen,
und . zwar in vereinfachten Schaltbildern. Es sind Abb. i bis 4. Schaltbilder mit
Widerstandsmessung als Regelungsgrundlage, Abb.5 Schaltbild mit Wärmewirkung als
Regelungsgrundlage.
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Nach Abb. i wird eine Primärspule i des Schweißtransformators in üblicher
Weise vorn einem Netz oder etwa einem Hochfrequenzerzeuger gespeist, und seine Sekundärspule
a sendee durch hier als einander gegenüberstehende Punktschweil3elektroden dargestellte
Elektroden 3 den Strom in zu verschweiL',ende Bleche oder sonstige Werkstücke .l.
Es ändert sich nichts, wenn die Elektroden Rollenelektroden sind oder wenn sie etwa
als Doppelpunktelektroden von gleicher Seite her die Schweißstücke berühren. Dieser
Zusammenhang gilt für sämtliche Ausfiihrungsforinen.
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In Abb. i ist weiter durch einen 11e1.> transformator mit Primärspule
5 und Sekundärspule G und Zwischenschaltung eines Regelwiderstandes 7 ein Stromzeiger
8 induktiv an den Schweißkreis gekoppelt, er kann ebenso auch kapazitiv durch Kondensatoren
an ihn gekoppelt sein. In jedem Falle zeigt der Stromzeiger S in jedem Augenblick
eine dein Schweißstrom verhältnisgleiche Stromstärke an und ermöglicht somit eine
Beurteilung des in jedem Augenblick an der Schweil:tstel.le herrschenden Durchgangswiderstandes
und ein entsprechendes Nachregeln des Stromes. Indem der Stromzeiger 8 als Kontaktstromzeiger
ausgebildet ist, steuert er durch Relais unmittelbar die Stärke des Sch«-eilistromes,
beispielsweise indem der Sch«-eiVitransformator i, a als Anzapftransformator umgeschaltet
wird, odt r indem durch Verschieben der Transformatorspulen gegeneinander oder durch
Ändern ihrer Eisenfüllung die Kopplung verändert wird, oder durch Regeln des Primärstromes
oder auf irgendeine sonstige übliche Art. Der Regelwiderstand 7 ermöglicht dabei
ein Einstellen des Kontaktströmzeigers 8 auf Kontaktgebung bei verschieden starken
Schweißströmen, also erl Anpassen an lerschiedene Schweißstücke.
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Nach Abb. a ist der Stromzeiger 8 nebst seinem Regelwiderstand 7 durch
eine Widerstandskopplung
an den Schweißkreis geschaltet, indem
er an die Enden eines in diesen eingeschalteten Widerstandes 9 gelegt ist.
Die Wirkung bleibt im übrigen sehr ähnlich der vorbeschriebenen.
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Nach Abb. 3 ist der Stromzeiger 8 und sein Regelwiderstand 7 durch
eine galvanische Kopplung an den Heizkreis geschaltet, indem er an dessen Schweißelektroden
g angeschlossen ist, und zwar unter Zwischenschaltungeiner Drosselspule i o, die
eine für den Stromzeiger 8 geeignete Stromstärke abzunehmen erlaubt.
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Während in allen genannten Fällen die Stärke des Schweißstromes als
Maß für den Widerstand der Schweißstelle benutzt ist, kann nach Abb. q. auch eine
genauere Widerstandsbestimmung die Regelungsgrundlage bilden, indem ein Hilfsstromkreis
zu förmlicher Widerstandsmessung benutzt ist. Dazu dient hier eine Gleichstromquelle
i i, die -wieder über einen Stromzeiger 8 nebst Regelwiderstand 7 und über eine
den Wechselstrom sperrende Drosselspule 12 an die Schweißelektroden 3 angeschlossen
ist. -An Stelle der Batterie i i kann auch ein Gleichrichter treten. In einer solchen
Anordnung gemäß Abb. q. gibt die Anzeige des Stromzeigers 8 den genauen jeweiligen
Widerstand der Schweißstelle ohne jede Beeinflussung durch die etwa sich ändernden
Widerstände im übrigen Schweißkreis. Der Kontaktstromzeiger steuert hier, wie dargestellt,
über einen Endkontakt 13 ein Relais 14, das einen Schalter 15 im Primärkreis des
Schweißtransformators öffnet, sobald der Höchststrom überschritten wird.
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Soll der Stromzeiger 8 entlastet werden, so kann er in allen Fällen
als Spiegelgerät ausgebildet sein, das einen Lichtstrahl etwa auf eine Selenzelle
oder sonstige Photozelle wirft, die dann ihrerseits als Relais wirkend den Schalter
steuert.
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Selbstverständlich kann auch zu besonders genauer Messung des Schweißstellenwider-Standes
eine Wheatstone-Brückenschaltung verwendet werden.
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Der Stromzeiger 8 kann statt mit einer Einteilung in Stromwerten auch
mit einer solchen über die zu schweißenden Metalle, Blechstärken und sonstigen Kennzeichen
der Werkstücke versehen sein, so daß man mittels des Regelwiderstandes 7 den Stromzeiger
unmittelbar auf die jeweils zu verarbeitenden Werkstücke einstellen kann. Beim Schweißen
von Eisenblechen, deren Widerstand hoch At, wird wenig von dem Regelwiderstand 7
einzuschalten sein, beim Schweißen von Aluminiumblechen dagegen viel.
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Nach Abb. 5 ist als Wärmefühler ein Metallthermometer i g, etwa ein
spiralig gewundener Bimetallstreifen, mit angesetztem Spiegel verwendet, der von
einer Lichtquelle 2o her belichtet wird und bei Erreichen der höchst zulässigen
Erwärmung eine Photozelle 21 trifft, die dann über einen Verstärker 22 den Stromschalter
1q., 15 öffnet.