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Selbsttätige elektrische Abbrennstumpfschweißmaschine mit hydraulischem
Antrieb und elektrischer Vorsteuerung Beim selbsttätigen elektrischen Abbrennstumpfschweißen
hängen die Güte und die Gleichmäßigkeit bei Reihenschweißungen in hohem Maße von
der Steuerung des Vorwärm-, Abbrenn- und Stauchvorganges ab. Für jeden Schweißquerschnitt
müssen sich die günstigsten Werte an der Maschine genau einstellen lassen. In gleicher
Weise müssen auch die Bewegungen des Stauchschlittens für den eingestellten zeitlichen
Verlauf unabhängig von dem Einlauf der Maschine oder von der jeweils herrschenden
Raumtemperatur beibehalten werden. Diese Forderung läßt sich bei verhältnismäßig
kleinen Maschinen durch einen elektromotorisch angetriebenen und auch elektrisch
gesteuerten Stauchschlitten erreichen. Bei großen Maschinen lassen sich die zu bewegende
Masse des Stauchschlittens und der hohe Stauchdruck mechanisch beherrschen, jedoch
nicht mehr gut und wirtschaftlich. Alsdann ist der hydraulische Antrieb für den
Schweißschlitten als der gegebene anzusehen. Die bekannten selbsttätigen elektrischen
Abbrennstumpfschweißmaschinen mit hydraulischem Antrieb des Schweißschlittens haben
aber den Nachteil hoher Temperaturempfindlichkeit, was sich an nicht beabsichtigten
und schwer zu überwachenden schädlichen Änderungen der Stauchschlittengeschwindigkeit
auswirkt. In gleicher Richtung wirken die unvermeidlichen Leckverluste. Gleichmäßige
Schweißungen sind deshalb erst nach einer bestimmten Laufzeit der
Maschine,
d. h. also wenn diese sich im Gleichgewichtszustand befindet, und bei dauernder
Überwachung der Dichtheit aller Teile erreichbar.
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Es sind auch weiterhin schon elektrische Abbrennschweißmaschinen bekanntgeworden,
bei denen die Relativbewegung der zu verschweißenden Gegenstände zur Einleitung
der Schweißtemperatur und zum leichten Zusammenpressen der zu verschweißenden Gegenstände
durch eine Handradsteuerung erfolgt, bei denen jedoch für das endgültige feste Zusammenpressen
und Stauchen derWerkstücke eine hydraulische Pumpe benutzt wird. Bei diesen bekannten
Schweißmaschinen stehen die beiden verschiedenartig gestalteten Antriebe für den
Schweißschlitten in keinerlei Beziehung zueinander. Demzufolge sind auf solche Maschinen
Reihenschweißungen gleichbleibenderGüteeigenschaft nicht durchführbar.
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Es sind ferner hydraulische Antriebe mit einer Vorsteuerung für Abbrennstumpfschweißmaschinen
bekannt, bei denen ein Steuerkolben dieses hydraulischen Antriebes durch Relais
gesteuert wird. Mit solcher Anordnung ist aber keine stetige Steuerung des Stauchschlittens,
vor allem keine gemäß einer Schablone durchzuführende Folgesteuerung zu erzielen.
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Ferner ist die Steuerung des hydraulischen Antriebes von Werkzeugmaschinen
bekannt, bei der der Einfluß von Undichtigkeiten, Änderung der Wärme und damit der
Zähigkeit der Druckflüssigkeit durch eine Vorsteuerung kompensiert werden soll,
die starr mit dem Schlitten verbunden ist.
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Bei der selbsttätigen elektrischen Abbrennstumpfschweißmaschine mit
hydraulischem Antrieb des Schweißschlittens nach der Erfindung werden nun die bei
den bekannten Maschinen auftretenden Nachteile sämtlich vermieden.
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Es wird eine selbsttätige elektrische Abbrennstumpfschweißmaschine
mit hydraulischem Antrieb des Schweißschlittens und elektrisch beeinflußter Steuerung
dieses Antriebes mit Hilfe einer elektrischen Vorsteuerung, die von den den Schweißvorgang
steuernden Befehlsimpulsen beeinflußt wird, vorgeschlagen, bei der erfindungsgemäß
die Vorsteuerung in an sich bekannter Weise durch eine starre Führung mit dem Schlitten
verbunden ist, und ihr Abtriebsglied die für den Schweißvorgang verlangte zeit-weggerechte
Schweißschlittenbewegung durch integrale Verstellung auf den Schlittenantrieb überträgt.
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In vorteilhafter Weise ist der Antrieb ein mittels Druckflüssigkeit
betriebenerDruckzylinder mit Kolben, der durch einen Schieber gesteuert wird, der
seinerseits von der Vorsteuerung aus. seiner Mittellage verstellt wird. Dieser Schieber
führt zusammen mit dem Abtriebsglied der Vorsteuereinrichtung eine für den Schweißvorgang
zeit-weg-gerechte, aus der Mittellage des Schiebers herausführende Bewegungen aus,
die durch eine starre Rückführung der als Folge davon erzeugten Schlittenbewegung
wieder rückgängig gemacht werden, so daß also ein bestimmter Gleichgewichtszustand
aufrechterhalten wird.
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Es ist weiterhin vorteilhaft, die Vorsteuereinrichtung mit ihrem Abtriebsglied
direkt an dem Schweißschlitten anzuordnen, um durch diese starre Rückführung die
Bewegung des Abtriebsgliedes in der Richtung erfolgen zu lassen, daß sie der durch
sie bewirkten Stauchschlittenbewegung entgegengesetzt ist. Dabei besteht die Vorsteuereinrichtung
zweckmäßig aus einer an sich bekannten elektrischen Steuerung, die von zwei vom
Schweißstrom bzw. von der Stauchschlittenbewegung gesteuerten Motoren angetrieben
wird. Die Steuerbefehle für die beiden Motoren werden als integrale Verstellung
dem Abtriebsglied der Vorsteuereinrichtung, z. B. einer Spindel, übertragen, wobei
der eine Motor die Spindel mit Abschmelzgeschwindigkeit, der andere mit Stauchgeschwindigkeit
über einen großen Stellbereich bewegt.
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Zur Erzielung der gewünschten Kontakt- und Stauchdrücke sind weiterhin
einstellbare Überlaufventile gemäß der Erfindung vorgesehen, die die jeweils überschüssige
Druckflüssigkeit ablaufen lassen. Das den Kontaktdruck überwachende Überlaufventil
wird beim Einsetzen des Stauchvorganges durch ein Absperrventil abgeschaltet.
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Bei der Schweißmaschine nach der Erfindung ist weiterhin in der Abflußleitung
des den Schlittenantrieb bewirkenden Druckzylinders ein Überlaufventil angeordnet,
das zum Einstellen eines Gegendruckes auf der nicht druckbeaufschlagten Seite des
Kolbens dient. Weitere vorteilhafte Einzelheiten der Erfindung sind im folgenden
beschrieben.
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In der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand beispielsweise veranschaulicht,
und zwar stellt die Figur das Getriebe und den Schaltplan einer selbsttätigen elektrischen
Abbrennstumpfschweißmaschine nach der Erfindung schematisch dar.
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Am Maschinengestell = bewegt sich ixi einer Führung der Stauchschlitten
2, der von dem fest amMaschinengestell gelagerten Druckflüssigkeitszylinder 3 mit
darin beweglichem Kolben q. über die Kolbenstange 5 angetrieben wird. Am Gestell
i ist fest angeordnet die Steuerung des Kolbens q. im Zylinder 3. Sie besteht ebenfalls
aus einem Druckflüssigkeitszylinder 6 mit darin verstellbarem Steuerschieber 7.
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Zum Erzeugen der erforderlichen Druckflüssigkeit für den Antrieb dient
ein Elektromotor 8 mit Pumpe g, die die Druckflüssigkeit aus dem Sammelbehälter
io ansaugt und in die Leitung ii drückt. Von dort gelangt die Druckflüssigkeit in
den Zylinder 6 und die überflüssige Druckflüssigkeit über einen Kontaktdruckbegrenzer
12 oder über einen Stauchdruckeinsteller 13 in den Sammelbehälter zurück.
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Der Kontaktdruckbegrenzer 12 sowie der Stauchdruckeinsteller 13 stellen
Überdruckventile dar. Das eine Ventil öffnet, sobald die Druckflüssigkeit den zur
Begrenzung des Kontaktdruckes eingestelltenFlüssigkeitsdruck erreicht hat, das andere
dann, wenn der eingestellte Flüssigkeitsdruck für den Stauchvorgang erreicht ist.
Das Ventil 13 spricht auf einen wesentlich höheren Flüssigkeitsdruck als das Ventil
12 an. Damit es zur Wirkung kommen kann, ist in der Druckleitung vor dem Kontaktdruckbegrenzer
12 ein Absperrventil 14 angeordnet, das den Flüssigkeitsabfluß über den Kontaktdruckbegrenzer
i2 in den Sammelbehälter io sperrt. Dieses Absperrventil wird beispielsweise durch
einen Elektromagneten 15 betätigt. In der Ruhelage des Stauchschlittens befindet
sich der Steuerschieber 7 in der Mittellage. Seine
Steuerkanten
verdecken daher die Einlaßkanäle 16 und 17 für den Zylinder 3. Sofern der Steuerschieber
7 aus der Mittellage gebracht wird, geben die Steuerkanten des Schiebers 7 die Kanäle
16 und 17 frei. Die Druckflüssigkeit gelangt alsdann, je nach Stellung des Schiebers
7, vor oder hinter den Kolben 4 und bewegt diesen vor oder zurück. Die auf der anderen
Kolbenseite verdrängte Flüssigkeit fließt abwechselnd über einen der Kanäle 16,
17 in den Sammelbehälter io zurück. Zum Einstellen eines Gegendruckes auf der jeweils
nicht druckbeaufschlagten Seite des Kolbens 3 dient ein Überlaufventil 24, das in
der Abflußleitung des den Schlittenantrieb bewirkenden Druckflüssigkeitszylinders
3 angeordnet ist.
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Der Steuerschieber 7 wird von einer elektrischen Vorsteuereinrichtung
18 bewegt, die auf die den Schweißvorgang steuernden Befehlsimpulse anspricht. Die
erfindungsgemäße Vorsteuereinrichtung 18 ist am Stauchschlitten 2 angeordnet und
macht daher alle Bewegungen des Schlittens 2 mit. Als Vorsteuereinrichtung findet
in dem dargestellten Ausführungsbeispiel eine an sich für die direkte Bewegung des
Spannschlittens durch Elektromotore bekannte Steuerung Anwendung, die bei der Schweißmaschine
nach der Erfindung von kleiner Leistung ist, da sie nur zur Steuerung dient. Die
Vorsteuereinrichtung besteht aus dem Motor für die Abschmelzbewegung ig, der über
ein veränderliches Übersetzungsgetriebe die Spindel 20 (Abtriebsglied) vor- oder
zurückverschiebt, und aus dem Stauchmotor 21, der ebenfalls auf die Spindel 20 einwirkt,
sie jedoch mit der Stauchgeschwindigkeit verschiebt. Die Drehrichtung des Motors
ig wird vom Schweißstrom derart gesteuert, daß die Spindel 2o nach rechts läuft,
wenn der Schweißstromkreis geöffnet ist, d. h. die Schweißstücke sich nicht berühren,
und umgekehrt, wenn sich diese berühren, d. h. der Schweißstromkreis geschlossen
ist.
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Der Stauchmotor 2i wird von einem einstellbaren Anschlag 22 gesteuert,
der nach einer vorher eingestellten Abbrennlänge den Kontakt 23 betätigt. Beim Schließen
des Kontaktes 23 erfolgt das Einschalten des Motors 21. Gleichzeitig spricht auch
der Elektromagnet 15 an und schließt das Absperrventil 14. Die Spindel 2o bewegt
sich alsdann mit Stauchgeschwindigkeit nach links.
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Die in dieser Weise gesteuerte Spindel 2o ist mit dem Steuerschieber
7 verbunden und erteilt diesem die für die Bewegung des Stauchschlittens erforderlichen
Steuerbewegungen. Die Steuerbewegungen sind der dadurch bewirkten Schlittenbewegung
entgegengesetzt gerichtet und demzufolge hat der Schlitten das Bestreben, den mit
ihm verbundenen Steuerschieber stets wieder in die Mittellage zu bringen. Die Bewegungen
des Schweißschlittens sind daher Folgebewegungen der Spindel 2o (Abtriebsgliedes)
und eilen dieser nach. Wird also beim Vorwärmen und Abschmelzen die Spindel mit
der Abschmelzgeschwindigkeit bewegt, so bewegt sich auch der Schweißschlitten mit
dieser. Desgleichen wird dem Schweißschlitten während des Stauchvorganges mit Hilfe
der mit Stauchgeschwindigkeit bewegten Spindel die höhere Stauchgeschwindigkeit
erteilt. Da der Druckzylinder mit dem Steuerschieber 7 fest am Maschinengestell
angeordnet ist, entspricht so der Mittellage des Steuerschiebers und jeder Stellung
des Abtriebsgliedes 2o auch immer eine bestimmte Stellung des Schweißschlittens
z.
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Die Motore ig und 21 können zur Einstellung des Schweißschlittens
in eine gewünschte Lage auch von Hand gesteuert werden.
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Oberhalb des Stauchdruck-Einstellventils 13 befindet sich ein Kontakt
25, durch den nach Erreichen des jeweils eingestellten Stauchdruckes der Stauchmotor
21 sowie der Motor für die Abschmelzbewegung ig abgeschaltet werden. Die Wirkungsweise
der Abbrennschweißmaschine nach der Erfindung ist folgende Nach dem Einschalten
des Pumpenmotors 8 kann zusammen mit dem Motor ig der Schweißstrom eingeschaltet
werden. Berühren sich die beiden zu verschweißenden Werkstücke nicht, so wird durch
den Motor ig die Spindel 2o nach rechts bewegt. Damit verschiebt sich gleichzeitig
auch der Schieber 7. Der Einlaßkanal 16 für die Druckflüssigkeit in den Zylinder
3 wird geöffnet, die Druckflüssigkeit bewegt den Kolben 4 nach links. Gleichzeitig
wird aber auch der Kanal 17 geöffnet, so daß die verdrängte Flüssigkeit in den Sammelbehälter
zurückfließt. Zur Erzeugung eines bestimmten Gegendruckes dient das bereits beschriebene
Ventil 24 in der Abflußleitung für die Druckflüssigkeit. Die Bewegung des Schlittens
2 erfolgt so lange, bis sich die Werkstücke berühren. Die Bewegung des Kolbens 4
ist dann gehemmt und es wirkt nun auf ihn der an dem Kontaktdruckbegrenzungsventil
12 eingestellte Flüssigkeitsdruck, während die Flüssigkeit durch dieses Ventil in
den Sammelbehälter io abfließt. Durch Berührung der beiden Werkstücke miteinander
wird der Schweißstromkreis geschlossen, demzufolge wird Motor ig in seiner Drehrichtung
und Abtriebsglied 2o in seiner Bewegungsrichtung in bekannter Weise umgekehrt. Der
Steuerschieber 7 bewegt sich dabei nach links, wodurch der Kolben 4 nunmehr von
der linken Seite durch die Druckflüssigkeit beaufschlagt und nach rechts bewegt
wird. Die beiden Werkstücke trennen sich wieder. Der Schweißstrom wird unterbrochen.
Der Motor ig wird nunmehr wieder umgesteuert.
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Dieses Spiel wiederholt sich so lange, bis die Erhitzung der Werkstücke
so weit getrieben ist, daß das Abschmelzen beginnt. Ein Umsteuern des mit Abschmelzgeschwindigkeit
sich nach rechts bewegenden Abtriebsgliedes 20 erfolgt dann nicht mehr. Der Schweißschlitten
2 läuft mit Abschmelzgeschwindigkeit nach, bis die am Anschlag 22 eingestellte Abschmelzlänge
erreicht ist. Der Kontakt 23 schaltet nunmehr den Stauchmotor 21 ein und bewirkt
gleichzeitig ein Schließen des Ventils 14. Die Spindel 2o bewegt sich nunmehr mit
Stauchgeschwindigkeit nach rechts, während mit derselben Geschwindigkeit der Schweißschlitten
2 nach links zur Ausübung des Stauchdruckes auf die Werkstücke bewegt wird. Bei
Erreichen des eingestellten Stauchdruckes tritt das Stauchdruck-Einstellventil 13
in Tätigkeit. Mittels der Kontakte 25 werden die Motore ig und 21 abgeschaltet.
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Da die Schweißschlittenbewegung durch das Verschweißen der Werkstücke
gehemmt ist, die Abschaltung
des' Stauchmotors andererseits vom
Druck gesteuert wird, steht der Schieber 7 bei dem abgestellten Stauchmotor und
dem Motor für die Abschmelzbewegung nicht in Mittellage. Der Stauchdruck wirkt also
auch nach beendeter Schweißung. Der Schweißstrom wird mit dem Einsetzen des Stauchvorganges
abgeschaltet.