DE2035080B2 - Widerstandsschweißverfahren und Steuervorrichtung zu seiner Durchführung - Google Patents
Widerstandsschweißverfahren und Steuervorrichtung zu seiner DurchführungInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Widerstandsschweißverfahren, bei dem der Schweißstrom durch ein Werkstück
mittels Elektroden hindurchgeführt die Änderungsgeschwindigkeit des Schweißwiderstandes oder eine
Funktion hiervon überwacht und der Schweißstromfluß für eine zusätzliche Zeit aufrechterhalten wird, nachdem
die Änderungsgeschwindigkeit des Schweißwiderstandes einen vorbestimmten Wert erreicht hat, und eine
Steuervorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
Bei einem bekannten Widerstandsschweißverfahren der angegebenen Art (»Schweißen und Schneiden« 1967, Heft 4, S. 152-156) wird als Funktion des Widerstandsverlaufs zwischen den Elektroden die prozentuale Änderung des Widerstands überwacht und der Schweißstromfluß für eine zusätzliche Zeit aufrechterhalten, nachdem der Widerstand sein Maximum erreicht hat. Hierbei wird das Maximum des Widerstands festgestellt und die zusätzliche Schweißzeit beim Erreichen eines vorgegebenen Verhältnisses zwischen dem Momentanwert und dem Maximum des Widerstands beendet, indem nach Feststellung des maximalen Gesamtwiderstands die Schweißzeit entsprechend einem vorgegebenen, festen prozentualen Änderungswert des Widerstands gesteuert wird. Dabei ist man bestrebt, den Elektrodenwiderstand möglichst klein zu halten, um das Meßergebnis nicht zu verfälschen, aus welchem Grunde die Meßleitungen nahe den Elektrodenspitzen angebracht werden sollen.
Bei einem bekannten Widerstandsschweißverfahren der angegebenen Art (»Schweißen und Schneiden« 1967, Heft 4, S. 152-156) wird als Funktion des Widerstandsverlaufs zwischen den Elektroden die prozentuale Änderung des Widerstands überwacht und der Schweißstromfluß für eine zusätzliche Zeit aufrechterhalten, nachdem der Widerstand sein Maximum erreicht hat. Hierbei wird das Maximum des Widerstands festgestellt und die zusätzliche Schweißzeit beim Erreichen eines vorgegebenen Verhältnisses zwischen dem Momentanwert und dem Maximum des Widerstands beendet, indem nach Feststellung des maximalen Gesamtwiderstands die Schweißzeit entsprechend einem vorgegebenen, festen prozentualen Änderungswert des Widerstands gesteuert wird. Dabei ist man bestrebt, den Elektrodenwiderstand möglichst klein zu halten, um das Meßergebnis nicht zu verfälschen, aus welchem Grunde die Meßleitungen nahe den Elektrodenspitzen angebracht werden sollen.
Im praktischen Betireb, d. h. bei Produktions-Schweißmaschinen,
läßt es sich jedoch in aller Regel nicht vermeiden, daß nicht allein der Widerstand des
Werkstücks gemessen, sondern auch der Widerstand der Elektroden, der Elektrodenhalterung und der
Elektrodenarme der Schweißvorrichtung in die Widerstandsüberwachung einbezogen wird. Hieraus folgt, daß
beim Schweißen eines Werkstücks mit verhältnismäßig hohem Widerstand der Widerstand der Elektroden und
Vorrichtungsteile einen verhältnismäßig kleinen Anteil bildet. Dieser Widerstandsanteil der Elektroden und
Vorrichtungsteile kann jedoch eine beträchtliche Größe
ω in den Fällen erreichen, in denen Werkstücke mit
geringem Widerstand geschweißt werden. Wenn daher in Ausübung des bekannten Verfahrens der vorgegebene,
feste prozentuale Änderungswert des Widerstands bei einem Werkstück mit hohem Widerstand zu einer
<>5 ordnungsgemäßen Schweißung führt, so würde der
gleiche Wert im Falle von Werkstücken mit geringem Widerstand zu einer zu langen Schweißzeit mit einem
damit verbundenen zu tiefen Einsinken der Elektroden
in die Werkstückoberfläche führen. Um dies zu vermeiden, ist in Anwendung des bekannten Verfahrens
bei unterschiedlichen Werkstücken in Abhängigkeit von deren Widerstandsverhalten der prozentuale Änderungswert
des Widerstands zu ermittein bzw. vom Bedienungspersonal entsprechend einzustellen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Widerstandsschweißverfahren der angegebenen Art zu
schaffen, mit dem sich befriedigende Schweißungen innerhalb eines Bereichs unterschiedlicher Werkstücke
aus Flußstahl und ebenso bei Werkstücken aus anderem Material unter Bemessung der hierzu erforderlichen
Schweißzeit erreichen lassen, ohne daß es erforderlich ist, entsprechend einem unterschiedlichen Widerstandsverhalten
von Werkstücken die Bemessungsfaktoren unter entsprechender Neueinstellung einer für die
Bemessung der Schweißzeit Verwendung findenden Steuervorrichtung zu verändern.
Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der angegebenen Art nach der Erfindung dadurch gelöst,
daß die zusätzliche Schweißzeit als eine Funktion der Zeit errechnet wird, in der die Änderungsgeschwindigkeit
den vorbestimmten Wert erreicht Dieses Verfahren ist demnach unabhängig von einem Sollwert bzw.
einem durch diesen vorgegebenen prozentualen Änderungswert des Widerstands; es resultiert aus einer
ausgedehnten Untersuchung der Beziehungen zwischen Widerstandsveränderung, Ausdehnung, Schweißzeit
und Festigkeit der Schweißung. Diese Untersuchung hat ergeben, daß bei Werkstücken aus Flußstahl ein
angenähert empirisches Verhältnis zwischen der Schweißzeit, die für eine befriedigende Schweißung
benötigt wird, und der Zeit, innerhalb welcher der elektrische Widerstand sein Maximum erreicht, oder —
in den Fällen, in denen die über der Zeit aufgetragene Widerstandskurve keine eindeutig definierte Spitze
erreicht — der Zeit besteht, in der die Kurve auf Null abfällt.
Zwar tritt auch bei einer in der erfindungsgemäßen Weise gesteuerten Schweißmaschine in deren praktischem
Betrieb das Problem auf, daß auch der Widerstand der Elektroden, der Elektrodenhalterung
etc. in die Widerstandsüberwachung einbezogen wird, bei der erfindungsgemäßen Verfahrensweise führt diese
Einbeziehung von Teilen der Schweißmaschine in die Widerstandsüberwachung jedoch nicht zu den gleichen
Nachteilen, wie sie bei der Ausübung des bekannten Verfahrens beobachtet werden. Dies ist darauf zurückzuführen,
daß nach der Erfindung nicht mit einem vorgegebenen prozentualen Änderungswert des Widerstands
gearbeitet wird, sondern bei jedem Schweißvorgang die bis zum Erreichen des Maximums des
Widerstands verflossene Zeit festgestellt und die Berechnung der zusätzlichen Schweißzeit jeweils als
Funktion dieser Zeit vorgenommen wird. Die Teilen der Schweißmaschine zufallenden, festen Widerstandsanteile
bewirken hierbei in jedem Einzelfall gleichsam nur eine Verschiebung der erhaltenen Werte, ohne in
irgendeiner Weise die Berechnung der Schweißzeit nachteilig zu beeinflussen. &o
In einer bevorzugten Ausführungslorm der Erfindung ist die zusätzliche Zeit zusammengesetzt aus der Zeit,
die zum Erreichen des vorbestimmten Wertes erforderlich ist, multipliziert mit einer vorbestimmten Konstanten,
wobei das Produkt durch die Addition eines ts vorbestimmten Zeitwertes verändert wird. Typischerweise
liegt die vorbestimmte Konstante in dem Bereich von 0.2 bis 3,5 und der vorbestimmte Zeitwert in dem
Bereich von —100 bis +100 Millisekunden.
Die vorbestimmte Konstante und der vorbestimmte Zeitwert werden entsprechend den Abmessungen, der
Beschaffenheit und dem Material des Werkstücks, d. h.
der Werkstückart, gewählt, entsprechend welcher eine
Grundeinstellung vorgenommen wird, die für die ganze Reihe der unter einer gegebenen Losnummer zusammengefaßten
Werkstücke gilt, wie dies an sich übliche Praxis ist Es ist also nicht so, daß bei jedem
unterschiedlichen Widerstandsverhalten eines Werkstücks oder Arbeitsteils eine Neueinstellung erfolgen
muß. Bei der Erfindung geht es darum, Schweißungen gleichbleibend guter Qualität in einem in dieser Weise
definierten Werkstück-Bereich zu erzeugen, indem insbesondere in diesem Bereich auftretende Maßabweichungen
kompensiert werden. Durch das erfindungsgemäße Verfahren ist dabei der Bereich von Werkstücken,
der mit einer gegebenen Grundeinstellung mit ordnungsgemäßen Schweißungen versehen werden kann,
erheblich größer als im Falle der eingangs erläuterten bekannten Verfahrensweise, bei der der vorgegebene
prozentuale Änderungswert den Bereich entsprechend einschränkt.
Zweckmäßig umfaßt das Verfahren das Ableiten einer Reihe von Signalen, die in proportionaler
Beziehung zum Schweißwiderstand stehen, und ein Registrieren der Zeit in der die sukzessiven Signale
anzeigen, daß das Maß der Änderungsgeschwindigkeit den vorbestimmten Wert erreicht hat.
In den meisten Fällen wird dieser vorbestimmte Wert der Änderungsgeschwindigkeit gewählt wenn die
Änderungsgeschwindigkeit Null erreicht oder, mit anderen Worten, wenn der Widerstand sich seinem
Spitzenwert nähert Ein akzeptierbarer Kompromiß ist zwischen der Festigkeit der Schweißung und der
Schweißzeit anzustreben.
Die zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung vorgesehene Steuervorrichtung mit einem
Schalter für ein Fließen des Schweißstroms, Mitteln für eine Überwachung des Schweißwiderstandes des
Werkstücks oder einer heierauf bezogenen Funktion und einer Einrichtung, die anzeigt, wenn die Änderungsgeschwindigkeit des Widerstands oder die Funktion
hiervon einen vorbestimmten Wert erreicht hat, ist gekennzeichnet durch eine Einrichtung zum Berechnen
einer zusätzlichen Zeit (T!) für ein weiteres Fließen des Schweißstromes nach der Gleichung T, = Tp ■ A + B,
wobei Tp der Wert für die Zeit ist, in der die
Änderungsgeschwindigkeit den vorbestimmten Wert erreicht, T, >
Tp ist und A und B Konstanten sind, und
durch Mittel zum öffnen des Schalters, wenn die Zeit
(Tp + T1) abgelaufen ist.
Vorzugsweise weist die Einrichtung zum Berechnen der Zusatzzeit Einrichtungen für die Vorwahl des
Wertes von B entsprechend den Abmessungen, der Beschaffenheit und dem Material des Werkstückes auf.
Vorteilhaft beträgt der Wert A etwa 2, kann jedoch
im Bereich von 0,2 bis 3,5 liegen . Der Sert B beträgt etwa +40 Millisekunden (wobei T, und Tp in Millisekunden
gemessen sind) oder liegt zumindest in dem Bereich von —100 bis +100 Millisekunden.
Es versteht sich, daß in den meisten Fällen die Steuervorrichtung Mittel erfordert, um Veränderungen
der Netzspannung auszugleichen und sicherzustellen, daß ein Abfall in der Netzspannung keinen merkbaren
Abfall in dem Schweißwiderstand bewirkt. Zweckmäßig ist die Steuervorrichtung so beschaffen, daß sie den
Widerstand ieder Halboeriode des Stromflusses Driift.
und zwar nach einer anfänglichen Pause (»blanking« period), die von fester oder auch von variabler Dauer
sein kann.
Ein Ausführungsbeispiel des Gegenstands der Erfindung wird nachstehend in Verbindung mit der
Zeichnung näher beschrieben, in der eine Widerstandsschweiß-Steuervorrichtung schematisch in einem Blockdiagramm
veranschaulicht ist.
Bei dem dargestellten Gerät ist die Steuervorrichtung einer als Ganzes mit 11 bezeichneten Widerstandsschweißvorrichtung
zugeordnet. Ein Spannungssignal-Erzeuger 13 ist über die Schweißelektroden 12 geschaltet und kann ein der Spannung über das
Werkstück proportionales Signal erzeugen. Ein Spannungssignal-Erzeuger 14 ist derart angeschlossen, daß
er ein dem Schweißstrom proportionales Signal erzeugt.
Die Signalerzeuger 13 und 14 können eine Verstärkerstufe aufweisen, in welcher das Ausgangssignal
zum Eingangssignal einstellbar ist.
Die Ausgänge der Signalerzeuger 13 und 14 sind an einen Widerstandssignal-Erzeuger 15 angeschlossen,
welcher die Signale vergleicht und dadurch ein Ausgangssignal erzeugt, das in proportionalem Verhältnis
zum Werkstückwiderstand steht. Der Ausgang des Widerstandssignal-Erzeugers 15 ist an einen Detektor
16 angeschlossen, der, wenn die Änderungsgeschwindigkeit des Widerstandssignals einen vorbestimmten Wert
erreicht hat, arbeitet und ein Ausgangssignal zu einem Zeitgeber 17 abgibt.
Der Zeitgeber 17 ist mit einem nachstehend noch näher zu beschreibenden Zeitrechner 18 verbunden,
welcher an ein Steuergerät 19 angeschlossen ist. Dieses dient zum öffnen des Schweißstromschalters 20, dem
ein herkömmliches Schweißperioden-Steuergerät 21 zugeordnet ist. Das Steuergerät 21 ist seinerseits direkt
mit dem Zeitgeber 17 verbunden.
Die Widerstandsschweiß-Steuervorrichtung arbeitet folgendermaßen: Wenn eine Bedienungsperson durch
Betätigung des herkömmlichen Schweißperioden-Steuergerätes 21 eine Schweißperiode startet, werden
die Elektroden 12 in Kontakt mit dem Werkstück bewegt, um ein »Zusammendrücken« in bekannter
Weise herbeizuführen. Das Schweißperioden-Steuergerät 21 schließt dann den zugehörigen Schweißstrom·
schalter, damit Schweißstrom fließen kann, und startei ferner den Zeitgeber 17.
Die Signalerzeuger 13 und 14 geben ihre entspre chenden Signale zum Widerstandssignal-Erzeuger 15
welcher die Signale z. B. durch Abziehen voneinandei vergleicht und ain Ausgangssignal erzeugt, das in einen·
proportionalen Verhältnis zum Schweißwiderstanc über das Werkstück steht. Dieses Signal wird von
ίο Detektor 16 überwacht, der, wenn die Widerstands-Än
derungsgeschwindigkeit einen vorbestimmten Wer1 erreicht hat (geeigneterweise angenähert dem Maximal
widerstand), arbeitet und dann ein Ausgangssignal ar den Zeitgeber 17 abgibt.
Der Zeitgeber 17 stellt die zur Erreichung de; vorbestimmten Wertes benötigte Zeit fest und gibi
diese Information an den Zeitrechner 18.
Der Zeitrechner 18 errechnet dann die Zusatzzeit T1
in der Schweißstrom fließen sollte, durch Multiplizierer der Zeit Tp (T, ist gleich oder größer als Tp) zui
Erreichung der vorbestimmten Widerstands-Änderungsgeschwindigkeit mit dem vorbestimmten Multiplikand
A, und addiert oder subtrahiert dann eine vorbestimmte Zeitkonstante B. Die Zeitkonstante £
liegt, wie oben ausgeführt, im Bereich von —100 bis +100 Millisekunden, ein Bereich, welcher den Nullwert
von B einschließt.
Wenn die Zusatzzeit T, verstrichen ist, gibt der Zeitrechner 18 dem Steuergerät 19 ein Signal auf, der
seinerseits unmittelbar den mit dem Steuergerät 21 für die Schweißperiode gekoppelten Schweißstromschalter
20 öffnet und dadurch die Schweißperiode beendet und den Zeitgeber 17 rückstellt.
In einem spezielleren Beispiel einer solchen Ausführang erzeugt der Zeitgeber 17 ein Spannungssignal
welches der verstrichenen Zeit proportional ist. Wenn dann die vorbestimmte Widerstands-Änderungsgeschwindigkeit
ermittelt wird, wird dieses Spannungssignal dem Zeitrechner 18 zugeführt, welcher eine dieser
Spannung proportionale Verzögerang und eine festgelegte Verzögerang hervorruft, bevor er das Signal an
das Steuergerät 19 weitergibt
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (14)
1. Widerstands-Schweißverfahren, bei dem der Schweißstrom durch ein Werkstück mittels Elektroden
hindurchgeführt, die Änderungsgeschwindigkeit des Schweißwiderstandes oder eine Funktion
hiervon überwacht und der Schweißstromfluß für eine zusätzliche Zeit aufrechterhalten wird, nachdem
die Änderungsgeschwindigkeit des Schweißwiderstandes einen vorbestimmten Wert erreicht hat,
dadurch gekennzeichnet, daß die zusätzliche Schweißzeit als eine Funktion der Zeit errechnet
wird, in der die Änderungsgeschwindigkeit den vorbestimmten Wert erreicht
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß der vorbestimmte Wert der Änderungsgeschwindigkeit des Schweißwiderstandes Null beträgt und der Schweißwiderstand auf seinem
Maximum liegt
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet daß die zusätzliche Zeit aus der Zeit
gebildet wird, die zum Erreichen des vorbestimmten Wertes erforderlich ist multipliziert mit einer
vorbestimmten Konstanten, und das Produkt durch Addition eines vorbestimmten Zeitwertes verändert
wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die vorbestimmte Konstante im
Bereich von 0,2 bis 3,5 und der vorbestimmte Zeitwert im Bereich von —100 bis +100 Millisekunden
liegt.
5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Wert der vorbestimmten
Konstanten Eins beträgt.
6. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der vorbestimmte Zeitwert 40 Millisekunden
beträgt.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeit, in der die
Änderungsgeschwindigkeit des Widerstandes einen vorbestimmten Wert erreicht, von einer Reihe von
Signalen abgeleitet wird, die dem Schweißwiderstand proportional sind, und daß die Zeit registriert
wird, in der sukzessive Werte solcher Signale anzeigen, daß die Änderungsgeschwindigkeit den
vorbestimmten Wert erreicht hat.
8. Steuervorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 7, mit
einem Schalter für ein Fließen des Schweißstroms, Mitteln für eine Überwachung des Schweißwiderstandes
des Werkstückes oder einer hierauf bezogenen Funktion und einer Einrichtung, die
anzeigt, wenn die Änderungsgeschwindigkeit des Widerstandes oder die Funktion hiervon einen
vorbestimmten Wert erreicht hat, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zum Berechnen einer
zusätzlichen Zeit (T1) für ein weiteres Fließen des
Schweißstromes nach der Gleichung T1 = Tp ■ A + B, wobei Tp der Wert für die Zeit ist,
in der die Änderungsgeschwindigkeit den vorbestimmten Wert erreicht, T1 ä Tp ist und A und B
Konstanten sind, und durch Mittel zum öffnen des Schalters, wenn die Zeit (Tn + T1) abgelaufen ist.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Berechnen der
Zusatzzeit Einrichtungen für die Vorwahl des Wertes B entsprechend den Abmessungen, Beschaffenheit
und dem Material des Werkstückes aufweist.
10. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch
gekennzeichnet daß der vorbestimmte Wert der Änderungsgeschwindigkeit Null und der Schweißwiderstand
ein Maximum ist
11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet daß der Wert A im Bereich von 0,2
bis 3,5 liegt
12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch
gekennzeichnet daß der Wert A Eins beträgt
13. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet daß der Wert B im Bereich von
—100 bis +100 Millisekunden liegt
14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Wert θ bei etwa +40 Millisekunden
liegt
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C3 | Grant after two publication steps (3rd publication) | ||
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