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Kraftabhängige Steuerungseinrichtung für Widerstandsschweißmaschinen
Bei der Widerstandsschweißung ist erfahrungsgemäß das Schweißergebnis schr stark
von :der Größe und dem zeitlichen Verlauf der Kraft abhängig, mit der die beiden
zu verschweißenden Teile durch die bewegliche Elektrode gegenefnandergedrücktwerden.
Dies gilt insbesondere für die Versch-,veißung von Leichtmetallen mit ihrem engen
plastischen Bereich und den sich hieraus ergebenden kurzen Schweißzeiten. Die Anpreßkraft
wirkt sich ferner auf die Erwärmungsvorgänge im Schweißpunkt insofern aus, als die
Übergangswiderstände @drueleabhängig sind. Die Erfahrung zeigt, @daß die Streuung
in der statischen und dynamischen Festigkeit von Schweißverbindungen zum großen
Teil darauf zurückzuführen ist, daß die von der Elektrode ausgeübte Kraft nicht
in der gewünschten Höhe wirksam wurde. Die Festigkeit wird außerdem dann beeinträchtigt,
wenn der Schweißstrom zu einem Zeitpunkt einsgeschaltet wird, bevor die von der
Elektrode ausgeübte Kraft ihre volle Höhe erreicht hat.
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Aus der Erkenntnis des Zusammenhanges zwischen der von der Elektrode
ausgeübten Anpreßkraft und der Festigkeit der Schweißverbindung hat man Steuerungen
entwickelt, welche die Einschaltung des Schweißstromes erst bei, Erreichen einer
bestimmten Anpreßkraft zulassen. So wird beispielsweise bei preßluftgesteuerten
Maschinen der Schweißstrom erst dann eingeschaltet, wenn im Zylinder ein vorbestimmter
Preßluftdruck erreicht ist. Bei Maschinen mit Federantrieb wird die Zusammendrückungder
Feder als Maß für die
Elektrodenkr:aftbenutzt und der Schweißstrom
erst eingeschaltet, wenn eine bestimmte Federzusammendrückung erreicht ist. Man
geht bei diesen Steuerungen von der stillschweigenden Voraussetzurig aus, @daß zwischen
der eingeleiteten Kraft und dem tatsächlich erzielten Anpreßdruck volle Übereinstimmung
besteht. Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, däß diese Voraussetzung unzutreffend
ist. Der Kraftweg zwischen Antrieb und Elektrode ist, wie sich herausgestellt hat,
nicht so eindeutig; @daß man von der eingeleiteten Kraft ohne weiteres Schlüsse
auf die an der Elektrode abgegebene Kraft ziehen kann.
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Aus dieser Erkenntnis heraus wird gemäß ,der Erfindung vorgeschlagen,
.zur Schaltung des Schweißstromes eineMeßeinrichtung zu verwenden, die unmittelbar
die an der Schweißelektrode herrschende Kraft mißt. Das bedeutet eine Abkehr von
den bisherigen Vorschlägen insofern, als die einleitende Kraft gewissermaßen übergangen
wird. Maßgeblich ist also lediglich die tatsächlich an der Elektrode auf die zu
verschweißenden Werkstücke ausgeübte Anpreßkraft.
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Welche Art von Kraftmeßeinrichturigen man zur Durchführung der Erfindung
anwendet, ist an sich nicht von ausschlaggebender Bedeutung. Schaltungsmäßig am
einfachsten gestaltet sich jedoch -die Schweißeinrichtung; wenn man ein Gerät verwendet,
in dem die gemessenen Kraftwerte in Änderungen einer' elektrischen Größe umgesetzt
werden; denn dann läßt sich der Zusammenhang zwischen Anpreßkraft und Schaltvorgang
am einfachsten schaltungsmäßig verwirklichen. Vor allem in der magnetoelastischen
Kräftmeß,dose steht ein sehr geeignetes Gerät für die Durchführung der Erfindung
zur Verfügung.
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Ein Ausführungsbeispiel einer Anordnung gemäß der Erfindung ist in
der Fig. i dargestellt. Die Elektrode i sitzt in einem Elehtrodenhalter 2, der von
der hohlen Kolbenstange 3 getragen wird. jedoch besteht zwischen dem Elektrodenhalter
2 und der Kolbenstange 3 keine starre Verbindung, sondern es ist die magnetoelastische
Druckmeßdose g. zwischengeschaltet, die sich gegen den Zwischenflansch 5 abstützt.
Der Zusammenhang zwischen :dem Elektrodenhalter 2 und dem Zwischenflansoh 5 wird
lediglich,durch Führungsbolzen gewährleistet. Der Zwischenflansch 5 ist durch Schrauben
6 mit der hohlen Kolbenstange 3 verbunden. 7 ist ein Schlauch zur Kühlwasserzufuhr,
8 ein Schlauch zur Kühlwasserabfuhr. Die den Schweißstrom führenden Kabel 9 sind
an den Zwischenflansch 5 angeschlossen und bestehen aus einer sehr hoch biegsamen
Litze; so daß sie keine merklichen Kräfte auf die Druckmeß,dose übertragen, welche
die Messung fälschen könnten. Der Kraftfluß geht also von der Elektrode i über den
Elektrodenhalter 2 zur Druckmeßdose4, von dieser zum' Zwischenflansch 5 und dann
erst auf die Kolbenstange 3, so daß :die vom Antrieb ausgeübte Kraftihren Weg über
die Drnzckmeßdose zur Elektrode nehmen muß. Diese mißt also im Gegensatz zu den
beschriebenen bekannten Anordnungen nicht die am Antrieb eingeleitete Kraft, sondern
unmittelbar die an der Schweißelektrode herrschende Kraft.
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Die Kraftmeßdose ist im feldschwachen Gebiet innerhalb des Leiterringes
eingebaut, um :die Störbeeinflussung durch Iden Schweißstrom weitestgenerid herabzusetzen.
Zur Abschirmung des Restfeldes dienen zwei durch Luftspalt getrennte Zylinder io
mit einem :dazwischenliegenden Kupferzvlinder ii. Außerdem ist,die Auflageplatte
12 der Meß-dose aus Stahl hergestellt. Die Kabelableitungen der Dose sind idurch
die hohle Kolbenstange 3 geführt, die ebenfalls .abschirmend wirkt.
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Fig. 2 zeigt schaubildlich die Gesamtanordnung. 2o ist eine Wderstandsschweißmaschine
beliebiger Bauart, in deren Elektro:derrhalter 21 die Kraftmeßdose 22 eingebaut
ist. Zur Gewinnung eines Steuerstromes wind zweckmäßig eine Brücke23 verwendet.
Die Brücke kann etwa von der Bauart sein, daß1 die mit der Änderung der elastischen
Spannung verbundene Änderung .des Scheinwiderstandes der Dose an einem im Diagonalzweig
der Brücke liegenden-Meßinstrument ausgewertet wird,. an dem man nach entsprechender
Eichung urmittelbar -die Elektrodenkraft ablesen kann. Das Meßinstrument 2q. erhält
einen Oberwertkontakt, der ,zweckmäßig einstellbar ist und von dem aus man dann
:die eigentliche Schalteinrichtung 25 für den Schweißstrom, etwa einen Schweißtakter,
steuert. Welcher Art die Schweißeinrichtung ist, ist für die vorliegende Erfindung
unmaßgeblich.
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Das Gerät hat noch eine weitere wertvolle Eigenschaft. Es kannbeispielsweise
der Fall eintreten, daß sich durch den Schweißvorgang die Blechdicke zwischen den
Elektroden plötzlich ändert. Damit verringert sich die von der Elektrode ausgeübte
Kraft. Kann sie nun etwa wegen erhöhter Reibung nicht unmittelbar folgen, so tritt
infolge des vergrößerten Übergangswiderstandes eine erhöhte Wärmeentwicklung ein,
die leicht zum Durchbrennen der Werkstücke führt. Da nun bei der beschriebenen Anordnung
eine Verringerung der Elektrodenkraft zu einem Öffnen des Kontaktes im Meßinstrument
führt so wird in dem Augenblick, wo eine schädliche Verringerung,der Anpreßkraft
eintritt, auch der Schweißstrom abgeschaltet und somit eine Beschädigung (der Schweißstelle
vermieden. Man ,kann naturgemäß die Steuerung auch mit einem Kontakt für einen unteren
Wert ,der Anpreß'kraft ausrüsten, der bei: Erreichen den Schweißstrom abschaltet.
Weiterhin kann daran gedacht werden, die Änderung des Diagonalstromes in -der Brücke,
welche der Kraftänderung proportional ist; zu benutzen, um den Schweißstrom über
:den Schweißteller -zu ändern. Zu Elektrodenkraftprogrammen können also auf einfache
Weise Stromprogramme erzeugt werden.