DE4307325C2 - Process for operating a stud welding system and system therefor - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer Bolzenschweißan­ lage und eine zu seiner Durchführung geeignete Anlage.The invention relates to a method for operating a stud welding location and a facility suitable for its implementation.

Eine Bolzenschweißanlage umfaßt bekanntlich ein Bolzenschweißgerät oder eine Bolzenschweiß"pistole" und ein zugehöriges Steuergerät. Übliche Bol­ zenschweißpistolen umfassen eine Bolzenhalterung, die mit dem Anker eines Hubmagneten koppelbar ist. Nach dem Aufsetzen des Bolzens auf das Materi­ al, an das der Bolzen anzuschweißen ist, läßt man einen Pilotstrom über den Bolzen fließen, der Hubmagnet wird erregt und hebt den Bolzen ab, wo­ bei ein Lichtbogen gezündet wird. Nun wird der eigentliche Schweißstrom aufgeschaltet, und nach einer vorgegebenen Zeit wird der Hubmagnet abge­ schaltet, so daß eine beim Abheben komprimierte Feder den Bolzen in das Schweißbad eintauchen kann. Das Steuergerät liefert dabei die Steuer­ signale und Schweißströme. Mittels einstellbarer Anschläge kann die Lichtbogenlänge festgelegt werden. As is known, a stud welding system comprises a stud welding device or a stud welding "gun" and an associated control unit. Usual Bol Zen welding guns include a bolt bracket that mounts to the anchor of a Solenoid can be coupled. After placing the bolt on the material al, to which the stud is to be welded, a pilot current is left the bolt flow, the solenoid is energized and lifts the bolt where when an arc is ignited. Now the actual welding current switched on, and after a predetermined time the solenoid is abge switches so that a compressed spring when lifting the bolt in the Can immerse the weld pool. The control unit delivers the tax signals and welding currents. With adjustable stops, the Arc length can be set.  

Diese in vielfachem Gebrauch befindlichen Anlagen haben einige Nachteile.These systems, which are in frequent use, have some disadvantages.

Die anzuschweißenden Bolzen haben aufgrund der Fertigungstoleranzen un­ terschiedliche Längen, so daß wegen der durch die Anschläge festgelegten Hübe entsprechend unterschiedliche Lichtbogenlängen entstehen würden und damit unterschiedliche Qualität der Schweißverbindungen. Um dem zu begeg­ nen, ist der Bolzenhalter nicht fest mit dem Anker des Hubmagneten gekop­ pelt, sondern über eine Reibungskupplung, die jedoch ungenau und ver­ schleißanfällig ist.The bolts to be welded have un due to the manufacturing tolerances Different lengths, so that because of the fixed by the stops Strokes would result in different arc lengths and thus different quality of the welded joints. To counter this NEN, the bolt holder is not firmly coupled to the armature of the solenoid pelt, but via a friction clutch, which is however inaccurate and ver is prone to wear.

Ferner sollen mit einundderselben Pistole Bolzen verschiedener Typen und Gewichte verschweißt werden können, so daß sowohl der Hubmagnet als auch die Feder für maximales Bolzengewicht ausgelegt werden müssen; aus diesem Grunde werden für die Eintauchbewegung unter der Wirkung der Feder komplizierte und störungsanfällige Dämpfer vorgesehen. Eine Beeinflussung des Schweißergebnisses ist nur über die Parameter Schweißstrom, Schweißzeit und Lichtbogenlänge möglich, gegebenenfalls noch durch Veränderung der Charakteristik der Dämpfung.Furthermore, bolts of different types and Weights can be welded so that both the solenoid and the spring must be designed for maximum bolt weight; out of this Reasons for the immersion movement under the action of the spring complicated and failure-prone damper provided. An interference of the welding result is only possible via the parameters welding current, Welding time and arc length possible, possibly through Change in the characteristics of the damping.

DE 38 03 416 C1 schlägt vor, nach Beendigung der Verweilzeit, während wel­ cher der Lichtbogen das Schweißbad aufheizt, den Hubmagneten nicht schlagartig abzuschalten, sondern den Strom langsam zu verringern. Dies soll mechanische oder hydraulische Dämpfungselemente überflüssig machen.DE 38 03 416 C1 proposes, after the end of the dwell time, during wel The arc heats the weld pool, not the solenoid switch off suddenly, but slowly reduce the current. This should make mechanical or hydraulic damping elements superfluous.

DE 39 29 669 A1 offenbart eine Schweißpistole, bei der der Bolzenhalter fest mit dem Hubanker verbunden ist. Dieser dient sowohl der Abhebe- als auch der Eintauchbewegung, so daß eine Feder entfällt. Mit dem Anker ist ein Weggeber verbunden, der IST-Werte der Ankerposition an ein Steuergerät liefert, das diese mit SOLL-Werten vergleicht und den Ankerstrom in nicht weiter erläuterter Weise abgleicht. Ein reversibler Hubmagnet setzt not­ wendigerweise voraus, daß der Anker permanent magnetisiert ist, was die Herstellungskosten erhöht und bipolare Stromversorgung der Spule erfor­ dert. Da auf das offenbar frei bewegliche System Bolzenhalter/Anker neben den Magnetkräften nur noch die Schwerkraft wirkt, dürfte der Betrieb einer solchen Anlage wohl recht unsicher sein, weil ja bei Erreichen einer vorgegebenen Position - etwa der abgehobenen Position während des Brennens des Lichtbogens - je nachdem, in welcher Position die Pistole jeweils gehalten wird, der Spulenstrom abgeschaltet, positiv gemacht oder negativ gemacht werden muß.DE 39 29 669 A1 discloses a welding gun in which the stud holder is firmly connected to the lifting anchor. This serves both the lifting and also the immersion movement, so that a spring is omitted. With the anchor is a displacement sensor connected, the actual values of the anchor position to a control unit provides that this compares with target values and the armature current in not compared explained further. A reversible solenoid is necessary maneuverably ahead that the armature is permanently magnetized, which the Manufacturing costs increased and bipolar power supply to the coil required different. As on the apparently free moving system bolt holder / anchor next to Operation is likely to affect the magnetic forces only by gravity  Such a system would be quite unsafe, because when it is reached a predetermined position - such as the lifted position during the Burn the arc - depending on the position of the gun is held, the coil current is switched off, made positive or must be made negative.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zum Bolzen­ schweißen nach dem Hubzündungsprinzip zu schaffen, das die Vereinfachung der Schweißpistole ermöglicht und die Qualität und Sicherheit der Schwei­ ßungen verbessert. Auch eine für die Durchführung des Verfahrens geeigne­ te Anlage ist Gegenstand der Erfindung.The object of the present invention is a method for bolting welding to create the drawn arc principle, which is the simplification the welding gun enables and the quality and safety of welding solutions improved. Also one suitable for carrying out the method te plant is the subject of the invention.

Die erfindungsgemäß vorgesehene Lösung dieser Aufgabe ergibt sich aus dem Patentanspruch 1. Bevorzugte Details sind in den von ihm abhängenden An­ sprüchen definiert.The solution to this problem provided according to the invention results from the Claim 1. Preferred details are in the dependent on it sayings defined.

Die Erfindung soll nachstehend anhand der beigefügten Zeichnung erläutert werden, die schematisch die erfindungswesentlichen Elemente einer Bolzen­ schweißanlage darstellt.The invention will be explained below with reference to the accompanying drawings be the schematic of the essential elements of a bolt welding system.

Der Bolzenhalter 1 ist starr mit dem Anker 2 des Hubmagneten verbunden, und der Anker 2 stützt sich über eine Feder 3 am nur angedeuteten Gehäuse 4 der Schweißpistole ab. Mit dem Anker 2 ist ferner ein Positionsgeber 5 verbunden, dessen Ausgangssignal die Lage des Ankers relativ zum Gehäuse repräsentiert. Dieses Signal wird einem Regler 6 - beispielsweise einem PID-Regler - zugeführt, dem als Führungsgröße von einem Sollwertgeber 7 ein vorgebbarer Weg-Zeit-Verlauf aufgeschaltet ist.The bolt holder 1 is rigidly connected to the armature 2 of the lifting magnet, and the armature 2 is supported by a spring 3 on the housing 4 of the welding gun, which is only indicated. A position transmitter 5 is also connected to the armature 2 , the output signal of which represents the position of the armature relative to the housing. This signal is fed to a controller 6 - for example a PID controller - to which a predefinable path-time curve is applied as a reference variable from a setpoint generator 7 .

Das Ausgangssignal des Reglers 6 stellt die Differenz zwischen der je­ weils vom Geber 5 erfaßten Position des Bolzenhalters 1 und der Soll­ position für jeden Zeitpunkt des Schweißvorgangs, vorgegeben vom Soll­ wertgeber 7, dar. Mit diesem Ausgangssignal wird ein Stromsteuergerät 8 beaufschlagt, das aus einer Spannungsquelle 9 den Strom für die Hubspule 10 derart erzeugt, daß der Anker 2 und damit der Bolzenhalter 1 dem vor­ gegebenen Bewegungsablauf folgen. Die Schweißstromquelle und deren An­ schluß an den Bolzenhalter sind der Einfachheit halber nicht dargestellt, da sie konventionell ausgebildet sein können.The output signal of the controller 6 represents the difference between the position of the stud holder 1 , which is detected by the sensor 5, and the desired position for each time of the welding process, predetermined by the desired value transmitter 7. This output signal is applied to a current control device 8 , which consists of a Voltage source 9 generates the current for the lifting coil 10 such that the armature 2 and thus the bolt holder 1 follow the given sequence of movements. The welding power source and its connection to the stud holder are not shown for the sake of simplicity, since they can be of conventional design.

Beim Aufsetzen des Bolzens wird zunächst mittels des Gebers 5 die je nach Bolzenlänge unterschiedliche Ausgangsposition des Bolzenhalters erfaßt und an den Regler gemeldet. Dieser addiert die vorgegebene Lichtbogen­ länge und sorgt dafür, daß dem Hubmagneten ein Strom entsprechend dem da­ für benötigten Hub zugeführt wird und damit der Anker und der mit ihm verbundene, mit einem Bolzen bestückte Bolzenhalter gegen die Kraft der Feder 3 abgehoben wird. Nach Ablauf der Verweilzeit wird die Stromhöhe derart abgesenkt, daß die Feder 3 den Anker und damit den Bolzenhalter entsprechend dem vorgegebenen Weg-Zeit-Verhalten beschleunigt. Mit ande­ ren Worten dient der Hubmagnet als gesteuerte Bremse, wodurch andere Dämpfungseinrichtungen überflüssig werden. Anders als bei dem Verfahren gemäß DE 38 03 416 C1 ist jedoch nicht der Verlauf des Stroms über der Zeit fest vorgegeben, sondern der Verlauf des Ankerweges über der Zeit. Das hat zur Folge, daß je nach Bolzengewicht die Hubspulenströme unter­ schiedlich sein werden. Von der Vorrichtung nach DE 39 29 669 A1 unter­ scheidet sich die Erfindung dadurch, daß auf die teuren Gleichstrom- Regelmagnete verzichtet wird, so daß der Hubmagnet den Anker nicht be­ schleunigt, sondern den von der Feder beschleunigten Anker abbremst.When the bolt is put on, the starting position of the bolt holder, which varies depending on the bolt length, is first detected by means of the transmitter 5 and reported to the controller. This adds the specified arc length and ensures that the solenoid is supplied with a current corresponding to the required stroke and thus the armature and the associated bolt holder equipped with a bolt is lifted against the force of the spring 3 . After the dwell time has elapsed, the current level is reduced in such a way that the spring 3 accelerates the armature and thus the bolt holder in accordance with the specified travel-time behavior. In other words, the solenoid serves as a controlled brake, making other damping devices unnecessary. Unlike the method according to DE 38 03 416 C1, however, it is not the course of the current over time that is fixed, but rather the course of the armature path over time. As a result, depending on the bolt weight, the lifting coil currents will be different. From the device according to DE 39 29 669 A1, the invention differs in that the expensive direct current control magnet is dispensed with, so that the lifting magnet does not accelerate the armature, but brakes the armature accelerated by the spring.

Claims (4)

1. Verfahren zum Betrieb einer Bolzenschweißanlage, die umfaßt:

• (a) ein Bolzenschweißgerät, umfassend einen mit einem Hubmag­ netanker (2) fest verbundenen, an eine Schweißstromquelle anschließbaren Bolzenhalter (1) und eine den Anker in seine Schweißposition vorspannende Feder (3), und
• (b) ein den Erregerstrom der Hubmagnetspule (10) lieferndes Steuergerät,

1. A method of operating a stud welding system comprising:

• (a) a stud welding device comprising a netanker with a Hubmag (2) firmly connected to a welding power source connectable stud holder (1) and the armature in its welding position biasing spring (3), and
• (b) a control unit supplying the excitation current of the solenoid coil ( 10 ),

bei welchem Verfahren die Augenblicksposition des Bolzenhalters relativ zu einem Gehäuse (4) mittels eines Positionsgebers erfaßt und an das Steuergerät (6, 8) rückgemeldet wird, welches den Erregerstrom zum Brem­ sen des von der Feder beschleunigten Bolzenhalters gemäß einem vorgeb­ baren Weg-Zeit-Verhalten regelt.In which method the instantaneous position of the stud holder relative to a housing ( 4 ) is detected by means of a position transmitter and is reported back to the control unit ( 6 , 8 ) which shows the excitation current for braking the stud holder accelerated by the spring in accordance with a predeterminable travel-time Behavior regulates. 2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem vor dem Abheben des Bolzens zum Zünden des Schweißlichtbogens die Position des Bolzenhalters bestimmt wird, das Steuergerät eine vorgebbare Lichtbogenlänge addiert und den Hubmagneten mit dem zum Erreichen der so bestimmten Verweilposition er­ forderlichen Strom beaufschlagt.2. The method according to claim 1, in which prior to lifting the bolt determines the position of the stud holder for igniting the welding arc is, the control unit adds a predeterminable arc length and the Solenoids with which to reach the so determined dwell position required current. 3. Anlage zum Durchführen des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2, umfassend:

• - ein Bolzenschweißgerät mit einem Bolzenhalter (1), der starr mit dem Anker (2) eines Hubmagneten verbunden ist, welcher Anker sich über eine Feder (3) an einem Gehäuse (4) abstützt und mit einem Positi­ onsgeber (5) verbunden ist,
• - ein Steuergerät mit einem Regler (6), dessen IST-Eingang mit dem Ausgang des Positionsgebers verbunden ist, dessen SOLL-Eingang mit dem Ausgang eines während des Schweißbetriebs zeitabhängig Positions- SOLL-Werte liefernden Führungsgrößen-Gebers (7) verbunden ist, und dessen Ausgang mit einem Steuereingang eines Hubmagnetstrom-Steuergeräts (8) verbunden ist.

3. Plant for carrying out the method according to claim 1 or 2, comprising:

• - A stud welding device with a stud holder ( 1 ) which is rigidly connected to the armature ( 2 ) of a lifting magnet, which armature is supported on a housing ( 4 ) via a spring ( 3 ) and is connected to a position sensor ( 5 ),
• - A control unit with a controller ( 6 ), the ACTUAL input of which is connected to the output of the position transmitter, the TARGET input of which is connected to the output of a reference variable transmitter ( 7 ) which supplies position TARGET values as a function of time during the welding operation, and the output of which is connected to a control input of a solenoid current control device ( 8 ).