CH335210A - Vorrichtung zum Überwachen bzw. Steuern des Schweissvorganges beim elektrischen Schweissen - Google Patents

Vorrichtung zum Überwachen bzw. Steuern des Schweissvorganges beim elektrischen Schweissen

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CH335210A
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Palic Petar
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Philips Nv
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K11/00Resistance welding; Severing by resistance heating
    • B23K11/24Electric supply or control circuits therefor
    • B23K11/26Storage discharge welding

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Resistance Welding (AREA)

Description


  Vorrichtung zum Überwachen bzw. Steuern des Schweissvorganges  beim elektrischen Schweissen    Beim elektrischen Widerstandsschweissen  wird die Schweisszeit im allgemeinen durch  Versuche ermittelt. Bei zu kurzen Schweiss  zeiten wird die Schweissstelle ungenügend er  wärmt und dass Material kommt kaum zum  Fliessen. Bei zu langen Schweisszeiten ver  brennt, die Schweissstelle, so dass unter Um  ständen das Werkstück     Schaden    nimmt.  



  Die zulässige Toleranz für die Schweiss  leistung ist bei den verschiedenen zu ver  schweissenden     Werkstoffen    verschieden, was  eine weitere Schwierigkeit, beim Einstellen des  Schweissgerätes bedeutet. Man ist bisher in  der Weise vorgegangen, dass man auf Grund  von Erfahrungswerten die Schweissdauer und  Schweissstromstärke von Fall zu Fall ent  sprechend wählte.

   Dabei war man naturge  mäss von der Erfahrung der Bedienungsper  son weitgehend abhängig, und auch die grösste       Erfahrung    konnte in den Fällen nicht helfen,  wo     Unregelmässigkeiten    im     Werkstoff    vor  lagen, sei es, dass Walzrisse, Lunker oder  dergleichen im Innern des     Werkstückes    vor  lranden waren, sei es, dass die chemische Zu  sammensetzung zu verschweissender Legie  rungen etwa auf Grund von Unregelmässig  keiten in der Fabrikation von den Sollwerten  abwich. Die Vorrichtung gemäss der Erfin  dung soll diese Schwierigkeiten vermeiden.

         Man        gellt    dabei von der Überlegung aus, dass  während     des    Schweissvorganges physikalische       Gefügeänderungen    in der Schweissstelle auf-    treten, die zur Steuerung des Schweissvorgan  ges ausgenutzt werden. Sollen z. B. zwei  Bleche miteinander verschweisst werden, so  befindet sich anfangs zwischen den beiden  Blechen eine Trennfuge, die in dem Augen  blick verschwindet, wo der Schweissstrom den  Werkstoff des Bleches lokal zum Fliessen  bringt. Kann man für das Verschwinden  dieser Trennfuge eine Anzeige erhalten, so  stellt diese ein Signal dafür dar, dass nun  mehr der Schweissstrom abgeschaltet werden  kann. Eine solche Anzeige ist z. B. mit Hilfe  von Ultraschall möglich, mit dem man das  Werkstück durchstrahlt..  



  Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung  zum Überwachen bzw. Steuern des Schweiss  vorganges beim elektrischen Schweissen, ins  besondere     Widerstandsschweissen,    die dadurch  gekennzeichnet ist, dass ein Schall- oder  Ultraschallgeber und     -empfänger    derart an  der Schweissstelle angebracht sind, dass diese  mit der Schallenergie durchstrahlt     wird,    und  dass am Empfängerausgang Mittel     vorgesehen     sind, die auf eine     Schallwiderstandsänderung     ansprechen und die     Steuerung    des Schweiss  vorganges, durch Ein- und Ausschaltung des  Schweissstromes, ermöglichen.

   Metalle sind be  kanntlich verhältnismässig gute Leiter für  Schallschwingungen, und es ist ebenfalls be  kannt, dass quer zum Schallstrahl verlaufende  Unterbrechungen des Gefüges eine erhebliche  Heraufsetzung des     Schallwiderstandes    zur      Folge haben. Diese Tatsache wird z. B. dazu  ausgenutzt, um eine Anzeige zu erhalten, so  bald die Trennfuge zwischen den zu verbin  denden Werkstückteilen beim Schweissvor  gang verschwindet, so dass der Schweissstrom  daraufhin von Hand oder selbsttätig ausge  schaltet werden kann.  



  Grundsätzlich kann der Schall mit Hilfe  eines magnetostriktiven oder elektrostriktiven  Schwingers unmittelbar neben der Schweiss  elektrode derart in die Werkstücke einge  führt bzw. aus ihnen abgeführt werden, dass  der Schall im Werkstück die Bahn des       Schweissstromes    kreuzt. Vorteilhaft aber er  folgt die Schalleinstrahlung bzw. -abnahme  über die Schweisselektroden oder eine von  ihnen. Dies ist ohne weiteres möglich, und es  ist dabei die Gewähr gegeben, dass die  Schweissstelle exakt von den Schallstrahlen er  fasst wird. Ausserdem werden hierbei Schwie  rigkeiten vermieden, die durch die     Wärme-          entwicklung    des Schweissvorganges in den un  mittelbar neben den Schweisselektroden auf  gesetzten Schwingern entstehen könnten.

   Um  hierbei möglichst grosse Schallwiderstands  änderungen zu erzielen und die Anzeige bzw.  die Steuerung möglichst sicher zu gestalten,  kann     man    die verwendete Schweisselektrode  derart formen, dass Schallreflexionen in ihrem  Innern weitgehend vermieden sind, sie also       insbesondere    bei reichlichem Querschnitt keine  ins Gewicht fallenden plötzlichen Quer  schnittsänderungen, bezogen auf die Schall  fortpflanzungsrichtung, aufweist.  



  Eine Vorrichtung nach der Erfindung  kann ausserdem gleichzeitig dazu dienen, dass  beim Andrücken der Schweisselektroden an  das     Werkstück    das Einschalten des Schweiss  stromes erst dann erfolgt, wenn der Druck  eine genügende Höhe erreicht hat., Es liegt  auf der Hand, dass sich ungleichmässige  Schweissstellen, insbesondere beim Punkt  schweissen,     ergeben,    müssen, wenn diesem  Gesichtspunkt nicht die nötige Aufmerksam  keit geschenkt. wird. Bei beispielsweise zu  kleinem Schweissdreck wird sich anfangs die  Erhitzung durch den Schweissstrom auf die  äussere Oberfläche der Werkstücke konzen-    trieren, so dass dort unter Umständen Ver  brennungen auftreten können, ehe der eigent  liche Schweissvorgang beginnt..

   Es ist daher  von Vorteil, wenn     man    die Vorrichtung nach  der Erfindung derart ausbildet, dass die am       Empfängerausgang    vorgesehenen Mittel beim  Andrücken der Schweisselektrode an das  Werkzstück die Einschaltung des Schweiss  stromes dann auslösen, wenn ein für den  Schweissstrom ausreichender, mit einer Schall  widerstandsänderung verbundener Kontakt  zwischen     Werkstück    und Elektrode bzw. Elek  troden erzielt ist.  



  Die Vorrichtung nach der Erfindung  kann zweckmässig derart. ausgebildet sein, dass  die Durchstrahlung des Werkstückes mit ge  gebenenfalls sinusförmig moduliertem Ultra  schall erfolgt und die     empfangsseitig    aufge  nommenen Schwingungen nach angemesse  ner Verstärkung demoduliert und -einer  Sehweh- und Begrenzervorrichtung zugeführt  werden, deren Ausgangsspannungen beim  Überschreiten des Schwellwertes die Einschal  tung des Schweissstromes, beim Erreichen des  Grenzwertes jedoch dessen Ausschaltung be  wirken. Dabei kann eine     Signaleinrichtung     z. B. eine aus Signallämpchen bestehende Vor  richtung vorgesehen sein, die von den Aus  gangsspannungen der Schwell- und Begren  zervorrichtung gesteuert wird und. nach deren  Anzeige eine Bedienungsperson das Schweiss  gerät ein- bzw. ausschaltet.

   Zweckmässig aber  wird man eine Schweissstromsteuerung ver  wenden, bei der z. B. mit Hilfe gittergesteuer  ter Gasentladungsröhren der Schweissstrom  unmittelbar ein- bzw. ausgeschaltet. wird, da  hierbei die     Ausgangsspannungen    der     Sehwell-          iand    Begrenzervorrichtung eine selbsttätige       Steuerung    des Schweissstromes ermöglichen.  



  Grundsätzlich kann die Durchstrahlung  des     Werkstückes    auch mit.     Ultrasehallimpirlsen     nach dem     Rüekstrahlverfahren    geschehen.  Hierbei braucht.     nur    auf die eine Schweiss  elektrode ein Schwingquarz oder dergleichen       aufgesetzt    zu werden, der sowohl zum Senden  als auch zum Empfangen der Ultraschall  impulse dient..

   Der     ausgestrahlte    Ultraschall  impuls wird dann an der ersten Trennfuge      ?wischen der Schweisselektrode und dem  B'ech, ferner auch an der Trennfuge zwischen  den beiden aufeinanderliegenden Blechen, wo  sich der     Schweissvorgang    abspielt, und schliess  lieb noch an der Trennfuge zwischen dem  zweiten Blech und der Unterlage bzw. der  zweiten Schweisselektrode reflektiert. Die ein  zelnen reflektierten Spannungen erreichen in  folge ihrer verschiedenen Laufzeiten den  Empfänger nacheinander und werden dort  zur Steuerung des Schweissvorganges weiter  verarbeitet. Ihre Unterscheidung ist also bei  spielsweise auf Grund der verschiedenen       Kaufzeiten    der reflektierten Impulse möglich.  



  Zweckmässig werden hierbei die reflektier  ten Impulse empfangsseitig einer Steuerein  richtung zugeführt, die beim Auftreten eines  Rückstrahlungsimpulses an der Schweissstelle  ein Signal für die Einschaltung und beim  Verschwinden dieses Schweissstellenimpulses  ein Signal für die Abschaltung des Schweiss  stromes liefert.  



  Dabei kann als Steuereinrichtung eine  Zählschaltung für die während einem Impuls  folgezyklus auftretenden reflektierten Impulse  dienen, die die erforderlichen Schweissstrom  schaltsignale abgibt, wenn ausser dem Werk  stückvorderflächen- und gegebenenfalls dem  Werkstückrückwandimpuls ein Schweissstellen  iinpuls auftritt. bzw. verschwindet. Als Zähl  schaltung kann ein Treppenspannungsgenera  tor dienen, dessen Ausgangsspannung von  jedem je     Impulszyklus    empfangenen Reflex  impuls unabhängig von dessen Amplitude um  eine Stufe abgehoben und nach Ablauf eines  Impulsfolgezyklus auf den Wert Null ge  steuert wird.

   Dabei wird von der Tatsache       Gebrauch    gemacht, dass bei der üblichen  Werkstückeinspannung zwischen den Schweiss  elektroden praktisch nur drei Trennfugen  vorhanden sind, so dass sich bei genügendem  Anpressdruck der Elektroden drei ausgeprägte  Refleximpulse ausbilden, von denen der eine       verschwindet,    wenn beim Durchführen der  Schweissung die mittlere Trennfuge infolge  des Zusammenfliessens der Metalle verschwin  det.  



       Hierbei    ist es vorteilhaft, die reflektierten    Impulse dem Treppenspannungsgenerator  über einen Amplitudenbegrenzer, insbeson- s  dere eine übersteuerte Verstärkerstufe, zuzu  führen.  



  Die Ausgangsspannung des     Treppenspan-          nungsgenerators    liegt zweckmässig an einer  Potentialschwelle, die erst nach Erreichen des  Treppenspannungswertes, der sich beim Auf  treten des Schweissstellenimpulses ergibt, eine  die Schweissstromsteuerung auslösende Span  nung liefert.  



  Schliesslich kann es von Vorteil sein, die c  Anordnung nach der Erfindung derart auszu  bilden, dass die Ausgangsspannung der Poten  tialschwelle am Steuerorgan eines monostabi  len Multivibrators liegt, dem ein Ausgangs  impuls negative Polarität entnommen     und    an c  die Steuerelektrode eines Gas- oder Dampf  entladungsrohres angelegt wird, das an der  nicht vorgespannten Steuerelektrode mit einer  Speichervorrichtung, zweckmässig einem     RC-          Glied.    ausgerüstet ist und den Schweissstrom     #,     bei gezündeter Entladung unterbricht, bei er  loseliener Entladung hingegen freigibt.  



  In der beiliegenden Zeichnung sind einige  beispielsweise Ausführungsformen der Erfin  dung schematisch dargestellt, und zwar zeigt:  Fig. 1 das Schaltschema eines Sehweiss  autom.ates, bei dem     dass    Werkstück mit kon  stanter Ultraschallamplitude durchstrahlt  wird,  Fig. 2 einen Schweissautomaten, bei dem i  das Werkstück mit einer sinusförmig modu  lierten Ultraschallschwingung durchstrahlt  wird,  Fig. 3 das Blockschema eines     Schweissauto-          inaten    mit Impuls-Rückstrahldurchschallung  des Werkstückes.  



       Fig.    4 das genauer dargestellte Schaltbild  eines Teils der Einrichtung nach     Fig.    3, und       r,        #g.    5 das Diagramm einiger     Spannungen     in der Vorrichtung gemäss     Fig.    3 bzw. 4.  



  Bei dem in     Fig.    1     dargestellten    Schweiss  automaten ist ein mit der Röhre 1 bestückter       Hochfrequenzgenerator    vorgesehen, der seine  Ausgangsspannung an einen     Quarzschwinger          \?    liefert.     Dle    erzeugten     Ultraschallschwingun-          gen        werden    durch die     Schweisselektrode    3 dem      Werkstück 4 zugeleitet und gelangen über  die zweite Schweisselektrode 5 in einen zweiten  Quarzschwinger 6, wo sie wieder in elektrische       Schwingungen    zurückverwandelt werden.

    Hierbei handelt es sich um Ultraschallschwin  gungen von konstanter Amplitude, da eine  Modulation der im Generator 1 erzeugten       hochfrequenten    Schwingungen nicht stattfin  det. Die Amplitude der vom Quarzschwinger  6 abgegebenen Spannung hängt dabei vom  Ultraschallwiderstand der Schweissanordnung,  und damit in hohem Masse von den im Schall  wellenweg vorhandenen Trennfugen ab.  



  Drückt man die Schweisselektroden all  mählich zusammen, so wird demnach der Ul  traschallwiderstand des Werkstückes kleiner.  Proportional dazu wächst die Ultraschallam  plitude am Quarzschwinger 6 und die von  diesem an den Empfänger abgegebene     HF-          Spannung.    Die letztere wird in der Röhre 7  verstärkt und mit Hilfe der Diode 8 gleich  gerichtet. Die letztere besitzt eine einstellbare  Vorspannung, die am Potentiometer 9 abge  griffen werden kann. Dabei wird dieses Po  tentiometer so eingestellt, dass die Diode 8  erst dann eine Richtspannung zu liefern im  stande ist, wenn der Anpressdruck der       Schweisselektroden    3,5 den für eine saubere  Schweissung erforderlichen Wert erreicht hat.

    Ist letzteres der Fall, dann wird von der Diode  8 über den Koppelkondensator 10 ein     Signal     an die aus den Röhren 11, 12 bestehende  monostabile Kippschaltung gegeben.  



  Während des Schweissvorganges sinkt der  Schallwellenwiderstand im Werkstück und  erreicht beim Zusammenfliessen des Materials  in der Schweissstelle seinen kleinsten Wert.  Damit ergibt sich eine grössere Amplitude am  Gitter der Röhre und auch eine grössere     Richt-          spannung,    die an der Diode 13 wirksam ist.  Diese zweite Diode ist mit Hilfe des Potentio  meters 1.1 noch höher vorgespannt als die  Diode B. Es bedarf also einer höheren     Richt-          spannung,    um einen Strom durch die Diode  1 3 zu treiben.

   Erreicht der Schallwellenwider  stand der Schweissstelle seinen kleinsten Wert,  so fliesst ein Strom durch die Diode 13, und  es gelangt ein Steuerimpuls an die zweite,    aus den Röhren 15 und 16 bestehende unselb  ständige     Kippschaltung,    so dass letztere um  kippt.  



  Die beiden unselbständig kippenden Röh  renschaltungen mit den Röhren 11, 12 und  15, 16 liefern bei ihrem Umkippen einen       Spannungsimpuls    an eine dritte unselbständig  kippende Schaltung mit den Röhren 17, 18.  Die Anode der Röhre 18 ist dabei über die  Leitung 19 mit einem Elektronenschalter 20  verbunden, der dazu dient, den Schweisstrans  formator 21 ein- bzw. auszuschalten.  



  Gelangt in der bereits beschriebenen Weise  die Modulationsspannung von der Diode 8  auf die     Kippschaltung    11, 12, so liefert die  Röhre 1.2 einen Impuls an das Gitter der  Röhre 18, und die Kippschaltung 17, 18 kippt  in jene Lage, bei der ein Startimpuls über  die Leitung 7.9 an den Elektronenschalter 20  gelangt. Bei Erreichen     genügenden    Kontakt  druckes wird demnach     auf    die beschriebene  Weise der Schweissstrom eingeschaltet.

   Wird  sodann unter der     Einwirkung    des Schweiss  stromes das Metall an der Schweissstelle flüs  sig, so kippt unter der Einwirkung des von  der Diode 13 gelieferten und über die     Kipp-          schaltung    15, 16 weitergegebenen Impulses die       Kippschaltung    17, 18 wieder in ihren ur  sprünglichen Zustand zurück. Damit gelangt  dann     gleichzeitig    ein weiterer Steuerimpuls  über die Leitung 19 an den Elektronenschal  ter 20, auf Grund dessen der Schweissstrom  abgeschaltet wird.  



  Eine wichtige Rolle spielt bei dieser An  ordnung die jeweils eingestellte Vorspannung  der Diode 8 bzw. 13, da die eine Vorspan  nung massgeblich ist für den Elektroden  anpressdruck, bei dem der Schweissstrom ein  geschaltet wird, und die andere Vorspannung  so     oewähl.t    sein muss, dass die Abschaltung  erst bei     ausreichender    Erwärmung des Werk  stückes erfolgt. Die Einstellung der beiden       Potentiometer    9 und 11 ist in erster Linie  von der Stärke des Werkstückes abhängig,       Lind    die     Potentiometer    können daher mit einer  Einstellskala versehen werden. die eine Ein  stellung unmittelbar auf die Abmessungen der  zu v     ersehweissenden    Teile erlaubt.

        Eine andere Ausführungsform der Erfin  dung ist. in Fig. \3 dargestellt. Der     HF-Gene-          rator    l ist; in diesem Falle mit. einer     50-Hz-          Sinus-Spannung    dadurch moduliert, dass seine       Anodenspannung    ständig zwischen Null. und  ihrem Maximalwert sinusförmig schwankt. Die  Anordnung der Quarzschwinger 2 und 6, der  Schweisselektroden 3 und 5, des Werkstückes  4 und des Schweisstransformators 21 ist die  gleiche wie im Falle der Fig. 1.

   Nach. entspre  chender Verstärkung in der Röhre 7 wird die  vom     Empfangsquarz    6 abgegebene Spannung  der Diode 8 zugeführt, die wie bei Fig. 1 eine  Vorspannung aus dem Potentiometer 9     er-          hiiIt.    Bei ausreichendem Anpressdruck liefert.  die Diode 8 ein etwa sinusförmiges Signal  über die Leitung 23 in das Steuergerät 22  für den Schweisstransformator, das auf nicht  näher dargestellte Weise die Anschaltung des  chweisstransformators 21 an das Wechsel  stromnetz bewirkt. Beispielsweise kann hier  für eine bis in das Sättigungsgebiet ge  steuerte Drossel dienen, die die     50-Hz-Schwin-          gungen    in Steuerimpulse für einen Elektro  nenschalter umformt.  



  Überschreitet die von der Diode 8 gelie  ferte Wechselspannung einen bestimmten  Wert, so wird auch die Diode 13 leitend.  Dabei ist der Ansprechpunkt dieser Diode  wie im Falle der Fig. 1 mit Hilfe des Poten  tiometers 74 einstellbar. Von der Diode 13  gelangt dann eine Steuerspannung auf das  Steuerorgan     einer    aus den Röhren 15 und 16  bestehenden monostabilen Kippschaltung, die  ihrerseits einen Sperrimpuls über die an der  Anode des Rohres     7.6    liegende Leitung     2.1    zum       Steuergerät    22 sendet. Dort wirkt er sieh in  der Weise aus, dass die von der Diode 8 ge  lieferten Zündimpulse unterdrückt werden,  der     Schweisstransformator        2l.    also vom Netz  abgeschaltet wird.

    



  Ein von Ultraschallrückstrahlimpulsen ge  steuerter Schweissautomat ist in Fig. 3 im  Blockschema dargestellt. In dieser Figur  haben die Schweisselektroden, das Werkstück  und der Schweisstransformator die gleichen  Bezugszeichen wie bisher erhalten.. Für die  Sehallein- bzw. -auskopplung ist jedoch nur    ein einziger Quarzschwinger 25 vorgesehen,  der in     Simultanschaltung    mit der Steuerein  richtung verbunden ist.  



  Ein als Taktgeber dienender Wechsel  stromgenerator 26, dessen Frequenz einige  1000 Hz betragen kann, speist ein Verzer  rungsglied 2.7, das in an sich bekannter Weise  aus der etwa sinusförmigen Spannung des       Generators    26 positive Spannungsimpulse er  zeugt. Diese modulieren einen Hochfrequenz  generator 28, und die von letzterem erzeugten  Hochfrequenzimpulse gelangen über eine  Weiche 29 an den Quarzschwinger 25. Über  die Schweisselektrode 3 werden also     hochfre-          quente    Schallimpulse in das Werkstück 4 hin  eingeleitet, und die an den hier bestehenden  Trennfugen entstehenden Rückstrahlimpulse       gelangen    über den Quarzschwinger 25 und  die Weiche 29 in einen Empfänger 30, wo  sie verstärkt und demoduliert werden.

   Die       Ausgangsspannungen    des Empfängers wer  den einem Treppenspannungsgenerator 31 zu  geführt, der beim Eintreffen eines jeden re  flektierten Impulses seine Ausgangsspannung  um     einen    bestimmten konstanten Betrag er  höht, bis nach Ablauf einer Taktgeberperiode  die Treppenspannung wieder auf den Wert  Null zurückgeführt, wird. An den Ausgang  des Treppenspannungsgenerators ist eine  monostabile Kippschaltung 32 angeschlossen,  die über eine mit einer gittergesteuerten Gas  entladungsröhre bestückte Schaltstufe 33 die  Ein- bzw. Ausschaltung des Schweisstrans  formators vornimmt.

   Hierfür ist in     Fig.    3  schematisch ein Relais 34 vorgesehen, das in  der Praxis im allgemeinen die Form eines  elektronischen Schalters erhält, das heisst die  Form zweier antiparallel geschalteter steuer  barer Gas- oder     Dampfentladungsstrecken.     



  Beim Betrieb dieser Vorrichtung wird  demnach ständig durch den impulsgetasteten  Ultraschallsender dem Empfänger ein     Impuls-          gemi8ch    zugeführt, das aus verschiedenen re  flektierten Impulsen besteht, die man nach  ihrer Laufzeit eindeutig den verschiedenen  Trennfugen zwischen den Schweisselektroden  und den miteinander zu verschweissenden       Werkstüekteilen        zuordnen,    kann. Beim Ein-      schalten des Schweissstromes erhitzt sich die  Schweissstelle bis zum     Zusammenfliessen    der  mittleren Trennfuge. In diesem Augenblick  verändert sich das Reflexionsbild, indem der  dieser Trennfuge     zugehörige    Refleximpuls  verschwindet.

   Das     Verschwinden    dieses Im  pulses wird in das Abschaltsignal für den  Schweissstrom umgewandelt. Ausserdem wird  hierbei das Einschalten des Schweissstromes  erst bewirkt, wenn der Anpressdruck der  Schweisselektroden einen genügend hohen  Wert erreicht hat. Erst wenn dies der Fall  ist, kann sich nämlich der Rückstrahlimpuls  richtig ausbilden, der der Trennfuge zwischen  den zu verbindenden Werkstückteilen ent  spricht. Das Auftreten dieses Impulses ist  also ein Kriterium dafür, dass nunmehr der  Schweissstrom eingeschaltet werden kann.  



  Als Impulsfolgerfrequenz, das heisst als  Frequenz des     Generators    26, kann. beispiels  weise eine solche von 5000     Hz    verwendet  werden. Die Arbeitsfrequenz des Ultraschall  senders liegt z. B. um 5 MHz. Bei der kon  struktiven Ausführung der Befestigung des       Quarzschwingers    25 an der Schweisselektrode  3 sollen die üblichen ultraschalltechnischen  Vorkehrungen getroffen werden, die Refle  xionsfreiheit und einen guten Wirkungsgrad  der Anordnung ermöglichen. Die Form der  Schweisselektrode 3 ist zweckmässig so zu  wählen, dass neben guten schweisstechnischen  Eigenschaften möglichst wenig störende Ul  traschallnebenreflexe an bzw. in der Elek  trode selbst entstehen können.  



  Die Schaltung des     Treppenspannungsgene-          rators    31 und der nachgeschalteten Stufen  32 und 33 ist in Fig. 4 in einer beispiel  haften     Ausführungsform    näher dargestellt.  Die Schaltung ist so gewählt, dass beim Ver  schwinden bzw. erheblichen Verkleinern des  der Wirkstücktrennfuge entsprechenden  Rückstrahlimpulses ein Steuervorgang ent  steht, der das Unterbrechen des Schweissstro  mes bewirkt. Das ist der Fall, wenn die bei  den Metalle in der Schweissstelle beim  Schweissprozess zusammengeflossen sind.  



  In Fig. 5a und 4b sind Spannungsdia  gramme dargestellt., die die während einer    Impulsfolgeperiode auftretenden Ultraschall  impulse eine     Abhängigkeit    von der Zeit zeigen,  und zwar stellt Fig. 5a, den Fall dar, dass  nach dem. Ausstrahlen des Senderimpulses A  drei Rückstrahlimpulse B, C und D vorhan  den sind. Dabei entspricht B der Trennfuge  zwischen der Elektrode 3 und dem obern Teil  des Werkstückes 4, C der Trennfuge zwischen  den beiden Werkstückteilen und D der Trenn  fuge zwischen dem untern Werkstückteil und  der Schweisselektrode 5.

   Im allgemeinen wird  zeitlich nach dem Rückstrahlimpuls D noch  ein weiterer Rückstrahlimpuls auftreten, der  dem untern Ende der Schweisselektrode 5  entspricht, doch liegt dieser in verhältnis  mässig grossem Abstand von B und ist nicht  dargestellt, da er für die Arbeitsweise der  Schaltung keine Bedeutung besitzt. Hat der  Schweissstrom das Zusammenfliessen des  Werkstückmetalles bewirkt, so verschwindet  damit nahezu oder völlig der Rückstrahlim  puls C, und es ergibt, sieh ein Spannungsdia  grammgemäss Fig. 5b.  



  Die Ausgangsspannung des     Empfängers     30 wird der Schaltung nach Fig. 4 über die  Klemme 35 zugeführt und in der Diode 36       gleichgerichtet.@    In der Verstärkerröhre 37  werden die gleichgerichteten Impulse durch  Übersteuerung der Röhre derart verformt, dass  je ein schmaler Rechteckimpuls von konstan  ter Amplitude entsteht, wie dies in Fig. 5c  dargestellt ist. Von diesen Rechteckimpulsen  wird ein Treppenspannungsgenerator ange  stossen, der aus den Dioden 38, 39 und dem  Kondensator 40 besteht. Sind gemäss Fig. 5a  drei Rückstrahlimpulse vorhanden, also auch  drei Rechteckimpulse gemäss Fig. 5e, so wird  eine Treppenspannung mit drei Stufen gemäss  Fig. 5d erzeugt. Am.

   Ende einer jeden     Mess-          periode    wird die dann erreichte Treppenspan  nung mit Hilfe eines     Taktgeberimpulses    auf  den Wert Null zurückgeführt; dieser Takt  geberimpuls eilt dem     Senderimpuls    zeitlich  etwas vor und wird der     Klemme    41 zugeführt.  Er gelangt an das Gitter einer Triode 42,  die mittels des     Potentiometers    52 so vorge  spannt ist,     da.ss    die mit ihrer Kathode ver  bundene Diode 43 nichtleitend ist, solange die      Treppenspannung nicht mehr als zwei Stu  fen aufweist.

   Wird jedoch am Ende der     Mess-          periode    dem Gitter der Triode 42 vom Takt  geber her über die Klemme 41 ein negativer  Sperrimpuls genügender Breite zugeführt, wie  er in Fig. 5g dargestellt ist, so verschwindet  der Spannungsabfall am Kathodenwiderstand.  der Röhre 42 und damit auch die Vorspan  nung der Diode 43. Dann entlädt sich der  Treppenspannungskondensator 40 über dem  Kathodenwiderstand der Röhre 42.  



  Der Kondensator 40 ist ferner über eine  weitere vorgespannte Diode     44    mit, einer  monostabilen Kippschaltung verbunden, die  aus den Röhren 45 und 46 besteht. Weist die  Treppenspannung drei Stufen auf (Fig. 5(,1),  so gelangt bei richtiger Einsstellung der Vor  spannung der Diode 44 mittels des Potentio  meter 47 ein Signal an die Kippschaltung.  Dabei ist das Potentiometer 47 so einzustellen,  dass dies erst bei Vorhandensein der dritten       Stufe    der     Treppenspannung    geschieht. Das  dann an das Steuergitter der Röhre 45 gelan  gende Signal bringt den monostabilen Multi  vibrator zum Umkippen. An der Anode der  Röhre 45 tritt hierbei ein negativer Impuls  auf, der über eine Diode 48 an das Gitter des  steuerbaren Gasentladungsgefässes 49 gelangt.

    Dabei ist im     Gitterkreis    dieser Röhre eine  Widerstands-Kondensatorkombination vorge  sehen, deren Zeitkonstante so gewählt ist, dass  das Rohr 49 bei kontinuierlichem Erscheinen  des negativen Impulses nicht zündet. Fällt  jedoch der Impuls     C.    fort, so entstehen am  Kondensator 40 nur zwei Treppenstufen, wie  dies in Fig. 5e angedeutet ist. Der Multi  vibrator 45, 46 wird nicht angestossen, weil  bei nur zwei Treppenstufen die Spannung am  Kondensator 40 nicht hoch genug wird, um  die Diode 44 leitend zu machen. Damit wird  sodann die negative Ladung am Gitter des  Rohres 49 nicht mehr erneuert, so dass dieses  Rohr zündet, sobald der in seinem Gitterkreis  liegende Kondensator. genügend weit entladen  ist.

   Das Zünden des Rohres 49 erzeugt an  seiner Anode einen Steuerimpuls (Fig. 5f),  der über die Klemme 50 an die Schaltvorrich  tung 34 des Schweisstransformators gegeben    wird und diesen dazu veranlasst, den Schweiss  strom abzuschalten. Ist der Anpassungsdruck  der Schweisselektrode nicht hoch genug, so  kann kein Schweissstrom fliessen, da das Gas  entladungsrohr 49 so eingestellt ist, dass es  laufend, z. B. im 50-Hz-Takt, Sperrimpulse a  gibt. Dies ist so lange der Fall, wie nur zwei  oder weniger reflektierte Impulse vorhanden  sind. Erst in dem Augenblick, wo der Elek  trodendruck hoch genug ist, um ein gutes Ein  dringen des Ultraschalles in das Werkstück  zu ermöglichen, bildet sich ein deutlicher drit  ter Refleximpuls C aus.

   Dann sind also drei  Impulse zum Steuern des Treppengenerators  vorhanden, es werden negative Impulse an  das Gitter des Rohres 49 gegeben, die den  Kondensator des Gitter-Zeitkonstantengliedes  aufladen und nach erfolgter     Aufladung    be  wirken, dass das Rohr 49 keine Sperrimpulse  über die Klemme 50 an das Schaltgerät 34  abgeben kann. Damit wird also der Schweiss  transformator 21. eingeschaltet und der  Schweissvorgang kann beginnen.

Claims (1)

  1. PATENTANSPRUCH Vorrichtung zum Überwachen bzw. Steuern des Schweissvorganges beim elektrischen Schweissen, dadurch gekennzeichnet, dass ein Sehall oder Ultraschallgeber und -empfänger derart an der Schweissstelle angebracht sind, dass diese mit der Schallenergie durchstrahlt wird, und da.ss am Empfängerausgang Mittel vorgesehen sind, die auf eine Schallwider standaänderung ansprechen und die Steuerung des Schweissvorganges durch Ein- und Aus schaltung des Schweissstromes ermöglichen. UN TERANSPRL CIIE 1.
    Vorrichtung nach Patentanspruch, da durch gekennzeichnet, dass die Schalleinstrah lung bzw. -abnahme durch mindestens eine der Schweisselektroden erfolgt. 2. Vorrichtung nach Unteranspruch 1, da durch gekennzeichnet, dass die verwendeten Schweisselektroden derart geformt sind, dass Schallreflexionen in ihrem Innern weitgehend vermieden sind. 3. Vorrichtung nach Unteranspruch 2, da durch gekennzeichnet, dass die am Empfänger- ausgang vorgesehenen Mittel bei einer gewis sen Schallwiderstandsverminderung die Ein schaltung des Schweissstromes auslösen. 4.
    Vorrichtung nach Unteranspruch 3, da durch gekennzeichnet, dass die am Empfänger ausgang vorgesehenen Mittel bei einer noch grösseren Schallwiderstandsverringerung die Ausschaltung des Schweissstromes veranlassen. 5. Vorrichtung nach Patentanspruch, da durch gekennzeichnet, dass die Durchstrah- ung des Werkstückes mit moduliertem Ultra :ehall erfolgt und die empfangsseitig aufge nommenen Schwingungen nach angemessener Verstärkung demoduliert und einer Schwellen- und Begrenzervorrichtung zugeführt werden, deren Ausgangsspannungen beim Überschrei ten des Schwellenwertes die Einschaltung des Schweissstromes, beim Erreichen des Grenz wertes jedoch dessen Ausschaltung bewirken. 6.
    Vorrichtung nach Unteranspruch 5, da durch gekennzeichnet, dass die Modulation mit. einer etwa sinusförmigen 50-Hz-Schwin- gung erfolgt, die nach der Demodulation zu Impulsform verzerrt und als Zündspannung für ein elektronisches, den Schweissstrom steuerndes Schaltschütz verwendet wird, so weit sie den Schwellenwert überschreitet, und dass beim Erreichen des Grenzwertes die Vor sspannung der Schwellenvorrichtung so weit heraufgesetzt wird, dass die Impulse sie nicht mehr passieren können. 7. Vorrichtung nach Unteranspruch 4, da durch gekennzeichnet, dass die Durchstrah lung des 'Werkstückes mit Ultraschallimpulsen nach dem Rückstrahlverfahren erfolgt. B.
    Vorrichtung nach Unteranspruch 7, da durch gekennzeichnet, dass die reflektierten Impulse empfangsseitig einer Steuereinrich tung zugeführt werden, die beim Auftreten eines Rückstrahlimpulses an der Schweiss stelle ein Signal für die Einschaltung, und beim Verschwinden des Schweissstellenimpul ses ein Signal für die Abschaltung des Schweissstromes liefert. 9. Vorrichtung nach Unteranspruch 8, da durch gekennzeichnet, dass als Steuereinrich- tung eine Zählschaltung für die während eines Impulsfolgezyklus auftretenden reflek tierten Impulse dient, die die erforderlichen Schweissstromschaltsignale abgibt, wenn ausser dem Werkstückvorderflächen- und gegebenen falls dem Werkstückrückwandimpuls ein Schweissstellenimpuls auftritt bzw. verschwin det. 1.0.
    Vorrichtung nach Unteranspruch 9, dadurch gekennzeichnet., dass als Zählschal tung ein Treppenspannungsgenerator benutzt wird, dessen Ausgangsspannung von jedem je Impulszyklus empfangenen Refleximpuls un abhängig von dessen Amplituden um eine Stufe angehoben und nach Ablauf eines Im- pulsfolgezyklus auf den Wert Null gesteuert. wird. 11.. Vorrichtung nach Unteranspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die reflektierten Impulse dem Treppenspannungsgenerator über einen Amplitudenbegrenzer, insbesondere eine übersteuerte Verstärkerstufe, zugeführt wer den.
    12. Vorrichtung nach Unteranspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgangs spannung des Treppenspannungsgenerators an einer Potentialschwelle liegt, die erst nach Erreichen des Treppenspannungswertes, der sieh beim Auftreten des Schweissstellenimpul ses ergibt, eine die Schweissstromsteuerung auslösende Ausgangsspannung liefert. 13.
    Vorrichtung nach Unteranspruch 1.2, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgangs spannung der Potentialschwelle am Steuer organ eines monostabilen Multivibrators liegt., dem ein Ausgängs#.mpuls negativer Polarität entnommen und an die Steuerelektrode einer Gas- oder Dampfentladungsröhre angelegt wird, die an der nicht vorgespannten Steuer elektrode mit. einer Speichervorrichtung, zweckmässig einem RC-Glied, ausgerüstet ist. und den Schweissstrom bei gezündeter Ent ladung unterbricht, bei erloschener Entladung hingegen freigibt.
CH335210D 1954-10-14 1955-10-12 Vorrichtung zum Überwachen bzw. Steuern des Schweissvorganges beim elektrischen Schweissen CH335210A (de)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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EP1936745A2 (de) * 2006-12-22 2008-06-25 Thales Verfahren zum Anschliessen und Verbinden von Kabeladern durch magnetostriktion und Inrichtung zur Magnetostriktionerzeugung

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1936745A2 (de) * 2006-12-22 2008-06-25 Thales Verfahren zum Anschliessen und Verbinden von Kabeladern durch magnetostriktion und Inrichtung zur Magnetostriktionerzeugung
EP1936745A3 (de) * 2006-12-22 2008-07-02 Thales Verfahren zum Anschliessen und Verbinden von Kabeladern durch magnetostriktion und Inrichtung zur Magnetostriktionerzeugung

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