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Steuerungseinrichtung für eine elektrische Punktschweißmaschine Die
Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Steuerung einer elektrischen Punktschweißmaschine,
bei der bei jedem Schweißpunkt der Elektrodendruck und der Schweißstrom nach einem
bestimmten Programm. geändert werden. Nach einem hierzu gemachten Vorschlag besitzt
die für die Änderung des Elektrodendruckes bestimmte Schaltvorrichtung mehrere die
einzelnen Phasen des Druckprogramms bestimmende Einzelelemente, deren Steuerzeitpunkte
willkürlich derart veränderbar sind, daß das Druckprogramm in seinen einzelnen Phasen
zeitlich gegenüber dem Stromprogramm verschoben werden kann. Es gelingt dadurch,
die Programmsteuerung der Punktschweißmaschine in allen Phasen des Programms den
besonderen Anforderungen anzupassen, die in jedem Falle durch Art und Abmessungen
des zu schweißenden Werkstoffes gegeben sind.
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Gegenstand der Erfindung ist eine weitere Ausgestaltung und Verbesserung,
insbesondere Vereinfachung derartiger Steuerungseinrichtungen für eine mit Programmsteuerung
arbeitende Punktschweißmaschine. Die Erfindung geht davon aus, daß in an sich bekannter
Weise für die Steuerung der einzelnen Stufen des Druckprogramms ein Fortschaltrelais
verwendet wird, d. h. ein Relais, welches bei Betätigung seiner Steuerspule jeweils
die nächstfolgende Stellung einnimmt und dadurch indirekt Ventile steuert, welche
in der Druckmittelleitung der Elektroden der Schweißmaschine liegen. Es ist dabei
für die Erfindung gleichgültig, ob das Fortschaltrelais rein elektrisch oder zum
Teil
mit Druckluft arbeitet. Gleichgültig ist es auch, ob die von dem Fortschaltrelais
aus gesteuerten Ventile in der Druckmittelleitung der Schweißelektrode elektrisch
oder mit Druckluft betätigt werden. Außer diesem Fortschaltrelais ist eine Schalteinrichtung
vorgesehen, welche den zeitlichen Ablauf des Druckprogramms und den des Stromprogramms
bestimmt. Diese Schalteinrichtung ist also maßgebend dafür, zu welchem Zeitpunkt
durch entsprechende Steuerung der Ventile in der Druckmittelleitung der Schweißelektroden
der Elektrodendruck von einem Wert auf einen anderen erhöht oder gesenkt wird. Außerdem
bestimmt diese Schalteinrichtung die relative zeitliche Phasenlage der einzelnen
Phasen des Druckprogramms untereinander und gegenüber dem zeitlich in das Druckprogramm
eingeschalteten Stromprogramm. Die Erfindung bezieht sich auf die steuerungstechnische
Verbindung zwischen dem Fortschaltrelais bzw. der Steuerspule dieses Relais und
dem Zeitschalter. Erfindungsgemäß besteht zwischen der Steuerspule des Fortschaltrelais
und der speisenden Stromquelle für die einzelnen Stufen des Druckprogramms eine
Reihenschaltung aus zwei Kontakten, die beide geschlossen sein müssen, wenn die
Steuerspule betätigt werden soll. Je einer dieser beiden Kontakte ist an dem Fortschaltrelais
angebracht und entspricht einer bestimmten Stellung dieses Relais und damit einer
bestimmten Phase des Druckprogramms. Der andere Kontakt gehört zu der Zeitschalteinrichtung
und bestimmt den Zeitpunkt des Überganges von einer Druckstufe auf die andere. Jeweils
zwei solche Kontakte sind derart in Reihenschaltung zwischen die Steuerspule und
deren Speisestromquelle geschaltet, daß der für den Übergang von einer Druckstufe
zur anderen maßgebende Kontakt des Zeitschalters mit demjenigen Kontakt des Fortschaltrelais
in Reihe geschaltet ist, der der gerade eingeschalteten Druckstufe entspricht. Für
den Übergang von der Druckstufe 2 auf die Druckstufe 3 bedeutet dies, daß der der
Stellung 2 des Fortschaltrelais entsprechende Kontakt mit dem für den Übergang von
Stufe 2 auf Stufe 3 maßgebenden Kontakt des Zeitschalters in Reihe geschaltet ist.
Der Übergang von Stufe 2 auf Stufe 3 kann wegen dieser Reihenschaltung nur dann
stattfinden, wenn gleichzeitig beide Kontakte geschlossen sind, weil nur dann die
Steuerspule des Fortschaltrelais, welche den Übergang bewerkstelligt, aus ihrer
Speisestromquelle Strom erhalten kann. Durch die erfindungsgemäße Reihenschaltung
der beiden Kontakte wird eine ganz wesentliche Vereinfachung erzielt.
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Nähere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der Erläuterung
der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsformen.
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Fig. i zeigt zunächst das Schema für eine mögliche Ausführungsform
des Fortschaltrelais F, und dessen. schaltungstechnische Verbindung mit den in der
Druckmittelleitung des Elektrodendruckzylinders liegenden Ventilen. Dem Schema der
Fig. i liegt die Annahme zugrunde, daß der Elektrodendruck bei jedem Schweißpunkt
zunächst auf einen bestimmten Höchstwert gesteigert, dann eine Zeitlang gesenkt
und in der letzten Phase wieder erhöht wird. Während der zweiten Phase der Druckabsenkung
ist der Schweißstrom eingeschaltet. Um dieses Druckprogramm durchzuführen, ist der
Elektrodendruckzylinder i mit einem Druckbehälter 2 über zwei Einiaßventile V1 und
V3 verbunden. Mit jedem der Ventile ist noch ein Druckminderventil V. in Reihe geschaltet,
um den in. der betreffenden Druckstufe gewünschten Elektrodendruck einstellen zu
können. Weiterhin sind zwei Auslaßventile V2 und V4 vorgesehen, wobei mit dem Ventil
V2 noch ein Druckminderventil V m in Reihe geschaltet ist. Ein Hilfsbehälter
3 mit einem gegenüber dem Behälter 2 verminderten Druck dient zur Rückführung der
Elektroden nach beendigtem Schweißvorgang.
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Die Ventile V1 bis V4 werden bei jedem Schweißvorgang nacheinander
betätigt und ergeben ein Druckprogramm, wie es im oberen Teil der Fig. q. dargestellt
ist. Die Ventile können entweder elektrisch oder mit Druckluft gesteuert sein. In
Fig. i sind Steuerleitungen zwischen dem Fortschaltrelais F, und den einzelnen Ventilen
V angegeben. Sie werden in der durch den eingezeichneten Pfeil bestimmten Reihenfolge
V1, V2, V3, V4 betätigt.
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Die Ausbildung des Fortschaltrelais F, ist für die Erfindung unwesentlich.
Es kommt nur darauf an, daß die zu den Ventilen V1 bis V4 gehörigen Steuerleitungen
in der angegebenen Reihenfolge betätigt werden und daß das Fortschaltrelais jeweils
von einer Stufe auf die andere umschaltet, wenn seine Steuerspule erregt wird. Werden
die Ventile V elektrisch gesteuert, so muß das Fortschaltrelais nacheinander entsprechende
elektrische Kontakte schließen oder öffnen, handelt es sich dagegen um druckluftbewegliche
Ventile, so ist das Fortschaltrelais so auszubilden, daß nacheinander die einzelnen,
den Ventilen zugeordneten Druckluftsteuerleitungen eingeschaltet bzw. an eine Druckluftleitung
angeschlossen werden.
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Wesentlich für die Erfindung ist es, daß an dem Fortschaltrelais elektrische
Kontakte angebracht sind, die den einzelnen Stellungen des Relais entsprechen. Da
im vorliegenden Fall drei Druckstufen angenommen sind, besitzt das Relais drei Kontakte,
die den Ventilstellungen V1, V2 und V3 entsprechen. Außerdem ist noch ein weiterer
Kontakt vorgesehen, der in allen drei Ventilstellungen i, 2 und 3 dauernd geschlossen
ist. Die vier Kontakte sind in Fig. i angedeutet und mit Fol, Fo2, F", und Fol,
bezeichnet. Es geht aus der Zeichnung hervor, daß der Kontakt F,1 geschlossen ist,
wenn das Ventil V1 geschlossen ist, und daß in gleicher Weise die Kontakte F,2 und
Fo3 den Ventilen V2 und V3 zugeordnet sind. Der vierte Kontakt Fol, ist, wie erwähnt,
in allen drei Stellungen des Fortschaltrelais geschlossen. In der dem Ventil V4
zugehörigen Stellung des Fortschaltrelais sind sämtliche KontakteFol, Fo2, F,3,
F,13 geöffnet.
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Der Zeitpunkt der Einschaltung der einzelnen Ventile in der Druckmittelleitung
der Schweißelektroden kann durch eine Zeitschalteinrichtung i bestimmt werden, die
im wesentlichen aus einer umlaufenden Nockenscheibe und mehreren Kontakten besteht,
welche am Umfang der Scheibe räumlich verstellbar sind und entsprechend ihrer Stellung
in bestimmter Zeitfolge nacheinander betätigt werden. In Fig. 2 der Zeichnung ist
eine andere Zeitschalteinrichtung
dargestellt. Sie besteht aus
einem Kontaktarm q, der in der Pfeilrichtung umläuft und beispielsweise durch einen
Synchronmotor angetrieben werden kann. Durch den Arm werden nacheinander fünf verschiedene
Kontakte betätigt. Die Kontakte KI, K2, K3 dienen dabei, wie im einzelnen
noch beschrieben wird, zur Steuerung des Überganges von einer Druckstufe auf die
andere, während die beiden Kontakte St" (Start) und St" (Stopp) das Stromprogramm
der Punktschweißung nach Anfang und Ende bestimmen. Die konstruktive Ausgestaltung
der Zeitschalteinrichtung ist für die Erfindung nicht entscheidend. Versuche haben
gezeigt, daß es in mehrfacher Hinsicht vorteilhaft ist, die Zeitschalteinrichtung
nach Art eines Kollektors auszubilden. Die durch einen solchen Kollektor erzielbaren
Vorteile werden an Hand der Fig. 5 noch näher erläutert.
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In der Schaltung der Fig.3 ist angegeben, wie erfindungsgemäß die
Kontakte des Fortschaltrelais einerseits und die Kontakte des Zeitschalters andererseits
in den Betätigungsstromkreis der Steuerspule des Fortschaltrelais eingeschaltet
sind. Steuerstromquelle sind die beiden Sammelschienen 5 und 6. Die Steuerspule
des Fortschaltrelais ist mit F" bezeichnet, die Kontakte des Fortschaltrelais entsprechend
Fig. i mit F"1, F"2, F"a und F"13 und die Kontakte des Zeitschalters entsprechend
Fig. 2 mit K1, K2 und K3. Zu der Steuerschaltung gehört außerdem ein Schalter D,.,
durch den der Schweißvorgang bei jedem Schweißpunkt eingeleitet wird. Es handelt
sich dabei um den vielfach als Fußschalter ausgebildeten Steuerschalter, der durch
den Bedienungsmann der Schweißmaschine betätigt wird, wenn eine Punktschweißung
ausgeführt werden soll. Weiterhin gehört zu der Steuerschaltung ein Kontakt M",
der geschlossen wird, sobald während der ersten Phase des Druckprogramms der Elektrodendruck
einen vorbestimmten Maximalwert erreicht hat. Über diesen Kontakt wird ein Relais
M,, erregt, welches einen Ruhekontakt r und zwei Arbeitskontakte r1 und y2 besitzt.
Schließlich gehören zu der Steuerschaltung noch die beiden Kontakte St" und St",
welche ebenfalls durch den Zeitschalter betätigt werden und Anfang und Ende des
Schweißstromes bestimmen. In Reihe mit den beiden Kontakten sind in Fig.3 die Spulen
von Relais eingezeichnet, welche in irgendeiner an sich gleichgültigen Form entsprechende
Steuerungsmaßnahmen im Schweißstromkreis der Schweißmaschine auslösen. Die beiden
Relais können im Steuerstromkreis von gittergesteuerten Lichtbogenentladungsgefäßen
liegen, über die der Schweißstromkreis ein- und ausgeschaltet wird. Mittelbar kann
durch das den Schweißstrom einschaltende Startrelais auch noch eine Stromprogrammsteuerung
eingeschaltet werden, welche den Schweißstrom nicht nur zu einer bestimmten Zeit
einschaltet und in einem anderen Zeitpunkt wieder ausschaltet, sondern den Strom
während der Zeit sich noch nach einem vorbestimmten Gesetz ändern läßt. Für die
Erfindung ist es jedoch nicht entscheidend, welches der bekannten Mittel angewendet
wird, um den für die Schweißung erforderlichen Strom ein- und auszuschalten. Es
kommt nur darauf an, daß Start- und Stoppkommandos für den Schweißstrom zeitlich
in der gewünschten Weise in den zeitlichen Ablauf des Druckprogramms eingeschaltet
sind, daher auch die Einfügung der beiden Kontakte SIQ und St" für Start- und Stoppkommando
in das Schaltungsschema der Fig. 3.
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Aus der Schaltung der Fig.3 ist das für die Erfindung wesentliche
Merkmal, nämlich die Reihenschaltung je eines Kontaktes des Zeitschalters und eines
Kontaktes des Fortschaltrelais, ersichtlich. Die Steuerspule des Fortschaltrelais
kann dementsprechend nur dann betätigt werden, wenn die Kontakte K1 und F"1 bzw.
K2 und F" 2 bzw. K3 und F" 3 gleichzeitig geschlossen sind. Nur wenn je zwei dieser
Kontakte gleichzeitig geschlossen sind, wenn also sowohl für das Fortschaltrelais
und damit für die Stellung der Ventile V als auch für den Zeitschalter bestimmte
Bedingungen erfüllt sind, erhält die Steuerspule des Fortschaltrelais Strom. Diese
Kontaktanordnung sorgt mit außerordentlich einfachen Mitteln für den gewünschten
Zeitablauf des Schweißvorganges und verhindert außerdem mit Sicherheit Fehlschaltungen.
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Die Wirkungsweise der Schaltung soll an Hand des in Fig. q. dargestellten
Zeitdiagramms näher erläutert werden. Im oberen Teil des Diagramms ist das Druckprogramm
P, angegeben. Zwischen den Zeitpunkten 1l und t3 wird der Druck gesteigert, zwischen
t3 und t4 gesenkt, zwischen t4 und t5 wieder erhöht und im Zeitpunkt t" schließlich
auf Null gesenkt. Das gestrichelt eingezeichnete Stromprogramm P8 ist zwischen t3
und t4 eingeschaltet. Der zeitliche Ablauf beider Programme ist nur als eine mögliche
Ausführungsform anzusehen. Unter dem Druckprogramm sind die Betätigungszeiten der
Schaltungsteile der Fig.3 angegeben. Dazu gehören in der in dem Diagramm gewählten
Reihenfolge der Druckknopfschalter D,., die Steuerspule F" des Fortschaltrelais,
der Kontakt Mk eines vom Elektrodendruck abhängigen Manometers, die Spule M,, des
Maximalrelais, die vier Kontakte F"1, F"2, F"3, F"13 des Fortschaltrelais, die Ventile
V1 bis V4 in der Druckmittelleitung des Druckzylinders der Schweißelektroden, die
Kontakte K1 bis K3 des Zeitschalters und die beiden das Ein- und Ausschalten des
Schweißstromes bestimmenden Kontakte St" und St, Die für die einzelnen Schaltungsteile
angegebenen Rechtecke zeigen an, wie lange die betreffenden Teile betätigt bzw.
eingeschaltet sind.
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Eingeleitet wird der Schweißvorgang durch Einschalten des Fußschalters
D,.. Durch Punktierung ist hier angegeben, daß es gleichgültig ist, ob dieser Schalter
kurze Zeit nach seiner Betätigung wieder geöffnet wird oder während der ganzen Schweißzeit
geschlossen bleibt. Beim Einschalten des Fußschalters D,, wird die Steuerspule des
Fortschaltrelais zum ersten Male betätigt. Das Relais schaltet von der Ventilstellung
V4 auf die Ventilstellung V1 um (bei dem Ventil V4 ist angegeben, daß dieses vor
Beginn des Schweißpunktes, also in der Ruhestellung der Steuerung, eingeschaltet
war). Durch Einschalten dieser ersten Steuerstellung des Fortschaltrelais werden
dessen Kontakte F" 1 und F", geschlossen. Der letztere überbrückt den Fußschalter
D,. und
macht den weiteren Steuerungsvorgang unabhängig davon, ob
dieser Schalter geschlossen ist oder nicht. In der ersten Steuerstellung des Fortschaltrelais
wird über das Ventil V1 die Druckluftleitung geöffnet, der Elektrodendruck steigt
an. Im Zeitpunkt t2 schließt das Druckmanometer seinen Kontakt M.., und dementsprechend
wird das :Maximalrelais M, eingeschaltet. Dieses Relais bzw. dessen Arbeitskontakte
y1 und r2 bleiben bis zum Ende des Schweißvorganges geschlossen; denn der Kontakt
F"13 des Fortschaltrelais ist während der ganzen Zeit geschlossen, und der Maximalkontakt
des Druckmanometers wird durch den Haltekontakt y2 des Relais M, überbrückt. Der
Kontakt y1 bereitet den Stromkreis der Steuerspule des Schaltrelais über einen der
Kontaktpaare K1, F"1 usw. vor.
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Der Übergang von der ersten Druckstufe auf die zweite im Zeitpunkt
t3 ist an die gleichzeitige Einschaltung der Kontakte K1 und F"1 gebunden. Sobald
daher nach dem Schließen des Maximalkontaktes M,, zum ersten Male der Kontakt K1
durch den dauernd umlaufenden Zeitschalter (Fig.2) geschlossen wird, wird auch das
Fortschaltrelais betätigt und rückt in die nächste Stellung. Dadurch wird das Ventil
V1 ausgeschaltet und das Ventil V2 eingeschaltet (Fig. x). Der Druck der Elektroden
wird gesenkt. Gleichzeitig wird der Fortschaltkontakt F" 1 geöffnet und der Kontakt
F"2 geschlossen. Die nächste Umschaltung erfolgt im Augenblick der Betätigung des
Kontaktes K2 durch den Zeitschalter (Fig. 2) ; denn von den Kontakten F,1,
F", F"3 ist nur der Kontakt F" 2 eingeschaltet, und infolge der Reihenschaltbedingung
nach der Erfindung kann in dieser Stellung nur der Kontakt K2 zum Einschalten der
Steuerspule des Fortschaltrelais führen. Der in der Zeitfolge zwischen den beiden
Kontakten K1 und K2 liegende Kontakt K3 (vgl. Fig. 2) ist unwirksam, weil der zu
ihm gehörige Kontakt F"3 des Fortschaltrelais offen ist. Beim Schließen von K2 im
Zeitpunkt 4 wird also auf die dritte Druckstufe umgeschaltet. Das Auslaßventil V2
wird geschlossen und dafür das Druckventil Tja geöffnet. Der Druck steigt wieder
an.
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Der Steuervorgang bei der darauffolgenden Betätigung des Kontaktes
K3 ist der gleiche. Die zeitlich dazwischenliegende Betätigung des Kontaktes K1
(vgl. Fig. 2) bleibt unwirksam, weil der zugehörige Kontakt F"1 des Fortschaltrelais
offen ist. Im Zeitpunkt t5 wird dementsprechend das Druckventil V3 geschlossen und
das Auslaßventii V4 geöffnet. Der Eiektrodendruck sinkt auf Null, der Schweißvorgang
ist beendet.
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Zwischen den Zeitpunkten 1, und t4 liegt noch, wie das Diagramm
der Fig. q. zeigt, das Stromprogramm. Während dieses Zeitbereichs muß der Kontakt
F"2 des Fortschaltrelais geschlossen sein. An diesen Kontakt ist daher auch die
Startleitung für das Stromprogramm angeschlossen, und das Startrelais für den Schweißstrom
kann erregt werden, wenn die beiden Kontakte F"2 und St" gleichzeitig geschlossen
werden. Durch diese Schaltanordnung wird dafür gesorgt, daß das Stromprogramm nur
in diesem einen Zeitbereich wirksam werden kann. Das Stoppkommando für den Schweißstrom
(Kontakt St") erfolgt in vorbestimmtem Zeitabstand nach dem Startkommando. Eine
Verriegelung mit der Stellung des Fortschaltrelais ist in diesem Falle nicht nötig.
Das Ende des Stromprogramms PS könnte dementsprechend auch zwischen den Zeitpunkten
t4 und t, liegen. Dieses hängt von den besonderen Arbeitsbedingungen der Punktschweißung
ab.
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Nach Beendigung des Schweißvorganges, d. h. im Zeitpunkt t5, wird
der Kontakt F"13 des Fortschaltrelais geöffnet und dadurch auch das Maximalrelais
M, abgeschaltet. Dieses öffnet seine beiden Arbeitskontakte r1 und y2 und schließt
den Ruhekontakt y. Die Schaltung ist für den nächsten Schweißvorgang vorbereitet.
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Es wurde bereits erwähnt, daß es an sich gleichgültig ist, wie der
Zeitschalter (Fig.2) konstruiert ist, daß es jedoch zweckmäßig ist, ihn nach Art
eines Kollektors aufzubauen. In Fig. 5 ist als Ausführungsform der Erfindung eine
Schaltung dargestellt, bei der ein solcher Kollektor angewendet wird. Die Bezeichnungen
der Schaltung der Fig. 5 sind die gleichen wie in den Schaltungen der Fig. 2 und
3. Der Kollektor ist in der Abwicklung dargestellt und besitzt beispielsweise, wie
angegeben, 48 Lamellen. Er wird von einem Synchronmotor angetrieben, der auch eine
in Fig. 5 nicht dargestellte Kontakteinrichtung antreibt, die zu den beiden Kontakten
St" und St" für das Stromprogramm gehört. Auf dem Kollektor schleifen mehrere Bürsten,
die den Kontakten K1, K2 und K3 in den Fig. 2 und 3 entsprechen. Das Neuartige der
Schaltung der Fig.5 gegenüber der beschriebenen Schaltung besteht darin, daß die
Kontakte K2 und K3 jeweils mehrfach vorhanden sind. So sind beispielsweise zwei
Kontakte K3 vorgesehen, die an verschiedenen Stellen des Kollektors aufliegen. Die
beiden Kontaktbürsten sind über einen Umschalter U3 mit dem Kontakt F" 3 des Färtschaltrelais
verbunden. Je nach der Stellung des Umschalters wirkt einer der beiden Kontakte
K3 in der oben an Hand der Fig.3 erläuterten Weise. Ähnlich ist es mit dem Kontakt
K2. Für diesen Kontakt sind sieben Bürsten vorgesehen und dementsprechend ein Umschalter
U2 mit sieben Kontakten. Dieser Umschalter verbindet die Kontakte wiederum mit dem
Kontakt F"2 des Fortschaltrelais. Durch die beiden Umschalter U3 wird das gleiche
erreicht wie durch Verschieben der Kontakte am Umfang einer Schalteinrichtung, wie
sie in Fig.2 dargestellt ist. Der Vorteil der neuen Anordnung liegt darin, daß die
Umstellungen, welche zur Veränderung der einzelnen Phasen des Druckprogramms gewünscht
werden, nicht an der Kontakteinrichtung selber vorgenommen werden, sondern an einem
Umschalter, der getrennt von der Kontakteinrichtung an einer Steuertafel angebracht
werden kann. Der die Schweißmaschine Bedienende kann dann mit außerordentlich einfachen
Mitteln das Programm so einstellen, wie es jeweils erforderlich ist. Selbstverständlich
kann die Kontakteinrichtung U3 für die Kontakte K3 auch ebenso wie die Kontakteinrichtung
U2 mit einer größeren Anzahl von Umstellkontakten und dementsprechend einer größeren
Anzahl von Bürsten auf dem Kollektor ausgeführt werden.
Alles übrige
ist bei der Schaltung der Fig.5 das gleiche wie bei der Schaltung der Fig. 3.