DEP0012862MA - - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

Tag der Anmeldung: 14. Oktober 1954 Bekanntgemacht am 3. Mai 1956

DEUTSCHES PATENTAMT

Beim elektrischen Widerstandsschweißen wird die Schweißzeit im allgemeinen durch Versuche ermittelt. Bei zu kurzen Schweißzeiten wird die Schweißstelle ungenügend erwärmt, und das Material kommt kaum zum Fließen. Bei zu langen Schweißzeiten verbrennt die Schweißstelle, so daß unter Umständen das Werkstück Schaden nimmt.

Die zulässige Toleranz für die Schweißleistung ist bei den einigen zu verschweißenden Werkstoffen unterschiedlich, 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 entsprechend wählte. Dabei war man naturgemäß von der Erfahrung der Bedienungsperson weitgehend abhängig, und auch die größte Erfahrung konnte in den Fällen nicht helfen, wo Unregelmäßigkeiten im Werkstoff vorlagen, sei es, daß Walzrisse, Lunker od. dgl. im Innern des Werkstückes vorhanden waren, sei es, daß die chemische Zusammensetzung ■ zu verschweißender Legierungen etwa auf Grund von Unregelmäßigkeiten in der Fabrikation von den Sollwerten abwich.

An sich ist es bekannt, beim elektrischen Wider-Standsschweißen der Schweißstelle Ultraschall zuzuführen, um die hierbei erzielte Qualität der Schweißstelle zu verbessern. Durch das Einleiten kräftiger Ultraschallschwingungen in eine Metallschmelze können bekanntlich Gaseinschlüsse sehr einfach und wirksam herausgetrieben werden, so ^: daß die Bildung von Rissen od. dgl. in der Schweißstelle durch Anwendung von Ultraschall vermieden wird. Die vorteilhafte Wirkung kann auch durch

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eine Beeinflussung des Gefüges der Schweißstelle durch den Ultraschall zustande kommen. Diese bekannten, Verfahren können jedoch, noch keine Hilfe bei den vorstehend geschilderten, Schwierigkeiten

,5 bedeuten,. Nur eine dieser Schwierigkeiten besteht ja in der Möglichkeit, daß im Werkstoff Walzrisse, Lunker od. dgl. vorhanden sind, und solche Unterbrechungen im Materialgefüge würden, durch Anwendung von Ultraschall erst dann, beseitigt, wenn

ίο das Werkstück unter dem Einfluß des Schweißstroms an der betreffenden Stelle zum Fließen kommt. Vorher aber muß festgelegt werden, welcher Schweißstrom und welche Schweißzeit in Anwendung kommen soll, und hierfür können die bekannten Verfahren keinerlei Anhaltspunkte liefern.

Gemäß der Erfindung werden diese Schwierigkeiten vermieden. Man geht dabei von der Überlegung aus, daß während des Schweißvorganges physikalische Gefügeänderungen in der Sctweiß-

ao stelle auftreten, die zur Steuerung des Schweißvorganges ausgenutzt werden. Sollen z. B. zwei Bleche miteinander verschweißt werden, so befindet sich anfangs zwischen den beiden Blechen eine Trennfuge,' die in dem Augenblick verschwindet, wo der Schweißstrom den Werkstoff des Bleches lokal zum Fließen bringt. Kann man für das Verschwinden dieser Trennfuge eine Anzeige erhalten, so stellt dieses ein Signal dafür dar, daß nunmehr 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 demnach eine Vorrichtung zum Überwachen bzw. Steuern des Schweiß Vorganges beim elektrischen Widerstandsschweißen. Sie kennzeichnet sich dadurch, 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 den Schweiß Vorgang steuern., insbesondere die Ein- und Ausschaltung des Schweißstroms.

Metalle sind bekanntlich verhältnismäßig gute Leiter für Schallschwingungen, und es ist ebenfalls bekannt, daß quer zum Schallstrahl verlaufende Unterbrechungen des Gefüges eine: erhebliche Heraufsetzung des Schallwiderstandes zur Folge haben. Diese Tatsache wird, also nach der Erfindung dazu ausgenützt, um eine Anzeige zu erhalten, sobald die Trennfuge zwischen den zu verbindenden Werkstückteilen beim Schweißvorgang verschwindet, so daß der Schweißstrom daraufhin von Hand oder selbsttätig ausgeschaltet werden kann.

Grundsätzlich kann der Schall mit Hilfe eines magnetO'Striktiven oder elektrostriktiven Schwingers unmittelbar neben der Schweißelektrode derart in die Werkstücke eingeführt bzw. aus ihnen abge:- führt werden, daß der Schall im Werkstück die Bahn des Schweißstroms kreuzt. Vorteilhaft aber erfolgt die Schailleinstrahlung bzw. -abnähme in bekannter Weise über die Schweißelektroden, oder eine von ihnen. Es ist dabei die Gewähr gegeben, daß die Schweißstelle exakt von den Schal !strahl en erfaßt wird.' Außerdem werden hierbei Schwierigkeiten vermieden,, die durch die Wärmeentwicklung des Schweißvorganges in den unmittelbar neben den Schweißelektroden aufgesetzten Schwingern entstehen könnten. Um hierbei möglichst große Schallwiderstandsänderungen zu erzielen und die Anzeige bzw. die Steuerung möglichst sicher zu gestalten,. soll man die verwendete Schweißelektrode derart formen, daß Schallreflexionein in ihrem Innern weitgehend vermieden sind, daß sie also insbesondere bei reichlichem Querschnitt keine ins Gewicht fallenden plötzlichen. Querschnittsänderungen, bezogen auf die Schallfortpflanzungsrichtung, aufweist.

Eine Vorrichtung nach der Erfindung kann außerdem gleichzeitig dazu dienen, daß beim Andrücken der Schweißelektroden an das Werkstück das Einschalten des Schweißstroms erst dann erfolgt, wenn der Druck eine genügende Höhe erreicht hat. Es liegt auf der Hand,, daß sich ungleichmäßige Schweißstellen, insbesondere beim Punktschweißen,, ergeben müssen, wenn diesem Gesichtspunkt nicht die nötige Aufmerksamkeit geschenkt wird. Bei beispielsweise zu kleinem Schweißdruck wird sich anfangs die Erhitzung durch den Schweißstrom auf die äußere Oberfläche der Werkstücke konzentrieren, so daß dort unter Umständen Verbrennungen, auftreten können, ehe der eigentliche 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 Werkstück die Einschaltung des Schweiß Stroms dann auslösen, wenn ein für den Schweißstrom ausreichender, mit einer Schallwiderstandsänderung verbundener Kontakt zwischen Werkstück und Elektrode bzw. Elektroden erzielt ist. .

Die Vorrichtung nach der Erfindung kann zweckmäßig derart ausgebildet sein, daß die Durchstrahlung des Werkstückes mit gegebenenfalls sinusförmig moduliertem Ultraschall erfolgt und den die empfangsseitig aufgenommenen Schwingungen nach angemessener Verstärkung demoduliert und einer Schwell- und BegrenzungsvoTrichtung zugeführt werden, deren Ausgangs spannungen beim Überschreiten, des Schwellwertes die Einschaltung des Schweißstroms, beim Erreichen des Grenzwertes jedoch dessen Ausschaltung bewirken. Dabei kann eine Signaleinrichtung, z. B. eine aus Signallämpchen bestehende Vorrichtung, vorgesehen sein, die von den Ausgangsspannungen der Schwell- und Begrenzungsvorrichtung gesteuert wird und nach deren Anzeige eine Bedienungsperson das Schweißgerät ein- bzw. ausschaltet. Zweckmäßig aber wird man eine Schweißstromsteuerung verwenden, bei der z. B. mit Hilfe gittergesteuerter Gasentladungsröhren der Schweißstrom automatisch ein- bzw. ausgeschaltet wird, da hierbei die Ausgangsspannungen der Schwell- und Begrenzer vor richtung eine selbsttätige Steuerung des Schweißstroms ermöglichen.

Grundsätzlich kann die Durchstrahlung des Werkstückes auch , mit Ultraschallimpulsen nach

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dem Rückstrahlverfahren geschehen. Hierbei braucht nur auf die eine Schweißelektrode ein Schwingquarz od.. dgl. aufgesetzt zu werden, der sowohl zum Senden als auch zum Empfangen der Ultraschallimpulse dient. Der ausgestrahlte Ultraschallimpuls wird dann an der ersten Trennfuge zwischen der Schweißelektrode und dein Blech, ferner auch an der Trennfuge zwischen, den beiden aufeinanderliegender! Blechen, wo sich der Schweiß-Vorgang abspielt, und schließlich noch an der Trennfuge zwischen dem zweiten. Blech und der Unterlage bzw. der zweiten Schweißelektrode reflektiert. Die einzelnen reflektierten Spannungen erreichen infolge; ihrer verschiedenen Laufzeiten den Empfänger nacheinander und werden, dort zur Steuerung des Schweiß Vorganges weiter verarbeitet. Ihre Unterscheidung ist also beispielsweise auf Grund der verschiedenen Laufzeiten der reflektierten Impulse möglich.

Zweckmäßig werden, hierbei die reflektierten Impulse empfangsseitig einer Steuereinrichtung zugegeführt, die beim Auftreten eines Rückstrahlimpulses an der Schweißstelle ein Signal für die Einschaltung und beim Verschwinden dieses Schweißstellenimpulses ein Signal für die Abschaltung des Schweißstroms liefert.

Dabei kann als Steuereinrichtung, eine Zählschaltung für die während eines Impulsfolgezyklus auftretenden reflektierten Impulse dienen, die die erforderlichen Schweißstrom-Schaltsignale abgibt, wenn außer dem Werkstück-Vorderflächen- und, gegebenenfalls dem Werkstück-Rückwand-Impuls ein Schweißstellenimpuls auftritt bzw. verschwindet. Als Zählschaltung kann ein Treppenspannungsgenerator dienen, dessen Ausgangs spannung von jedem je Impulszyklus empfangenen Refleximpuls unabhängig von dessen. Amplitude um eine Stufe angehoben und nach Ablauf eines Impulsfolgezyklus auf den Wert ATuIl gesteuert wird. Dabei wird von der Tatsache Gebrauch gemacht, daß bei der üblichen Werkstückeinspannung zwischen den Schweißelektroden, praktisch nur drei Trennfugen vorhanden sind, so daß sich bei genügendem Anpreßdruck der Elektroden, drei ausgeprägte Refleximpulse ausbilden, von denen der eine ausbleibt, wenn beim Durchführen, der Schweißung die mittlere Trennfuge infolge des Zusammenfließ ens der Metalle verschwindet.

Hierbei ist es vorteilhaft, die reflektierten Impulse dem Treppenspannungsgenerator über einen Amplitudenbegrenzer, insbesondere eine über-. steuerte Verstärkerstufe, zuzuführen.

Die Ausgangsspannung des Treppenspannungsgenerators liegt zweckmäßig an einer Potentialschwelle, die erst nach Erreichen des Treppenspannungswertes, der sich beim Auftreten, des Schweißstellenimpulses ergibt, eine die Schweißstromsteuerung auslösende Spannung liefert.

Schließlich kann es von Vorteil sein, die Anordnung nach der Erfindung derart auszubilden, daß die Ausgangsspaniiung der Potentialschwelle am Steuerorgan eines monostabilen Vibrators liegt, dem ein Ausgangsimpuls negativer Polarität entnommen und an die Steuerelektrode eines Gas- oder Dampfentladungsrohres 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 erloschener Entladung hingegen freigibt.

In den Zeichnungen sind einige beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung schematisch dargestellt, und zwar zeigt

Fig. ι das Schaltschema eines Schweißautomaten, bei dem das Werkstück mit konstanter Ultraschallamplitude durchstrahlt wird,

Fig. 2 einen Schweißautomaten, bei dem das Werkstück mit einer sinusförmig modulierten · Ultraschallschwingung durchstrahlt wird,

Fig. 3 das Blockschema eines Schweißautomaten mit Impuls-Rückstrahl-Durchschallung des Werkstückes,

Fig. 4 das genauer dargestellte Schaltbild eines Teils der Einrichtung nach Fig. 3 und ,

Fig. 5 das Diagramm einiger Spannungen in der Vorrichtung gemäß Fig. 3 bzw. Fig. 4.

Bei dem in Fig. 1 dargestellten Schweißautomaten ist ein mit der Röhre 1 bestückter Hochfrequenzgenerator vorgesehen, der seine Ausgangsspannung an einen Quarzschwinger 2 liefert. Die erzeugten Ultraschallschwingungen, 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 Ultraschallschwingungen von konstanter Amplitude, da eine Modulation der im Generator 1 erzeugten hochfrequenten Schwingungen nicht stattfindet. Die Amplitude der vom Quarzschwinger 6 abgegebenen Spannung hängt dabei vom Ultraschallwiderstand der Schweißanordnung und damit in hohem Maße von. den im Schallwellenweg vorhandenen Trennfugen, ab.

Drückt man die Schweißelektroden allmählich zusammen, so wird demnach der Ultraschallwiderstand des Werkstückes kleiner. Proportional dazu wächst die Ultraschallamplitude 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- no gerichtet. Diese besitzt eine einstellbare Vorspannung, die am Potentiometer 9 abgegriffen werden kann. Dabei wird dieses Potentiometer so- eingestellt, daß die Diode 8 erst dann eine Rich.tspann.ung zu liefern imstande ist, wenn der Anpreßdruck der Schweißelektroden 3, 5 den für eine saubere Schweißung erforderlichen Wert erreicht hat. Ist dies 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 Schweiß Vorganges 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 7 und, auch

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eine größere Richtspannung, die an der Diode 13 wirksam ist. Diese zweite Diode ist mit Hilfe des Potentiometers 14 noch höher vorgespannt als die Diode 8. Es bedarf also einer höheren Richtspannung, um einen Strom durch die Diode 13 zu treiben. Erreicht . der Schallwellenwiderstand. 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 unselbständige Kippschaltung, so'daß diese umkippt.

Die beiden unselbständig kippenden Röhrenschaltungen 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 Schweißtransformator2i ein- bzw. auszuschalten.

Gelangt in der bereits beschriebenen Weise die Modulationsspannung von der Diode 8 auf die Kippschaltung 11, 12, so liefert die Röhre 12 einen Impuls an das Gitter der Röhre 18, und die Kippschaltung 17, 18 kippt in jene Lage, bei der ein Startimpuls über die Leitung 19 an den Elektronenschalter 20 gelangt. Bei Erreichen genügenden Kontaktdruckes wird demnach auf die beschriebene Weise, der Schweißstrom eingeschaltet. Wird SO'-dann unter der Einwirkung des. Schweißstromes das Metall an der Schweißstelle flüssig, so' kippt unter der Einwirkung des von der Diode 13 gelieferten und über die Kippschaltung 15, 16 weitergegebenen Impulses die Kippschaltung 17, 18 wieder in ihren ursprünglichen Zustand zurück. Damit gelangt dann gleichzeitig ein weiterer Steuerimpuls über die Leitung 19 an den Elektronenschalter 20, auf Grund dessen, der Schweißstrom abgeschaltet wird.

Eine wichtige Rolle spielt bei dieser Anordnung die jeweils eingestellte Vorspannung der Diode 8 bzw. 13, da die eine Vorspannung maßgeblich ist für den Elektrodenahpreßdruck, bei dem der Schweißstrom eingeschaltet wird, und die andere Vorspannung so gewählt sein muß, daß die Abschaltung erst bei ausreichender Erwärmung des Werkstückes erfolgt. Die Einstellung der beiden Potentiometer 9 und 14 ist in erster Linie von, der Stärke des Werkstückes abhängig, und die Potentiometer können daher mit einer Einstellskala versehen werden, die eine Einstellung unmittelbar auf die Abmessungen der zu verschweißenden Teile erlaubt.

Eine andere Ausführungsform der Erfindung ist in Fig. 2 dargestellt. Der HF-Genera.tor 1 ist in

.55 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 S, des Werkstückes 4 und des Schweiß trans formatoirs

21 ist die gleiche wie im Falle der Fig. 1. Nach entsprechender 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 erhält. 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 Sch weiß transformators 21 an das Wechselstromnetz bewirkt. Beispielsweise kann hierfür eine bis in das Sättigungsgebiet gesteuerte Drossel dienen, die die 50-Hz-Schwingungen in Steuerimpulse für einen Elektronenschalter umformt.

Überschreitet die \ von der Diode 8 gelieferte 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 Potentiometers 14 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 16 liegende Leitung 24 zum Steuergerät 22 sendet. Dort wirkt er sich in der Weise aus, daß die von der Diode 8 gelieferten Zündimpulse unterdrückt werden, der Schweißtransformator 21 also vom Netz abgeschaltet wird.

Ein von Ultraschall-Rückstrahlimpulsen gesteuerter 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 Schallein- bzw. -auskopplung ist jedoch nur ein einziger Quarzschwinger 25 vorgesehen, der in Simultanschaltung mit der Steuereinrichtung verbunden ist.

Ein als Taktgeber dienender Wechselstromgenerator 26, dessen Frequenz einige 1000 Hz betragen kann, speist ein Verzerrungsglied 27, das in an sich bekannter Weise aus der etwa sinusförmigen Spannung des Generators 26 positive Spannungsimpulse erzeugt. Diese modulieren einen Hochfrequenzgenerator 28, und die von letzterem erzeugten. Hochfrequenzimpulse gelangen über eine Weiche 29 an den Ouarzschwinger 25. Über die Schweißelektrode 3 werden also, hochfrequente Schallimpulse in das Werkstück 4 hineingeleitet, und die an den hier bestehenden Trennfugen entstehenden Rückstrahl-, impulse gelangen über den Quarzschwinger 25 und die Weiche 29 in einen Empfänger 30, wo sie verstärkt und demoduliert werden. Die Ausgangsspannungen des Empfängers werden einem Treppen-^ spannungsgenerator 31 zugeführt, der beim Eintreffen eines jeden reflektierten. Impulses seine Ausgangsspa.nnu.ng um einen bestimmten konstanten Betrag erhöht, bis nach Ablauf einer Taktgeberperiode die Treppenspannung wieder auf den Wert Null zurückgeführt wird. An den Ausgang des Treppenspannungsgenerators ist eine monostable Kippschaltung 32 angeschlossen, die über eine mit einem .gittergesteuerten Gasentladungsröhre bestückte Schaltstufe 33 die Ein- bzw. Ausschaltung des Schweißtransformators vornimmt. Hierfür, ist in Fig. 3 schematisch ein Relais 34 vorgesehen, das in der Praxis im allgemeinen die Form eines elek-

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ironischen Schalters erhält, d. h. die Form zweier antiparallel geschalteter steuerbarer Gas- oder Dampfentladungsstrecken.

Beim Betrieb dieser Vorrichtung wird demnach ständig durch den impulsgetasteten Ultraschallsender dem Empfänger ein Impulsgemisch zuger führt, das aus verschiedenen reflektierten Impulsen besteht, die man nach ihrer Laufzeit eindeutig den verschiedenen Trennfugen zwischen den Schweißelektroden und den miteinander zu verschweißenden Werkstückteilen zuordnen, kann. Beim Einschalten des Schweißstroms 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 Impulses wird in das Abschaltsignal für den Schweißstrom umgewandelt, Außerdem wird hierbei das Einschalten des Schweißstroms erst bewirkt, wenn der Anpreßdruck der Schweißelektroden einen genügend hohen Wert erreicht hat. Erst wenn dies der Fall ist, kann sich nämlich der Riickstrahlimpuls richtig ausbilden, der der Trennfuge zwischen den zu verbindenden, Werkstückteilen entspricht. Das Auftreten dieses Impulses ist also ein Kriterium dafür, daß nunmehr der Schweißstrom eingeschaltet werden kann.

Als Impulsfolgefrequenz, d.'h. als Frequenz des Generators 26, kann beispielsweise eine solche von 5000 Hz verwendet werden. Die Arbeitsfrequenz des Ultraschallsenders liegt z. B. um 5 MHz. Bei der konstruktiven Ausführung der Befestigung des Quarzschwingers 25 an der Schweißelektrode 3 sollen die üblichen, ultraschalltechnischen, Vorkehrungen getroffen werden, die Reflexionsfreiheit 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 Ultraschallnebenreflexe an bzw. in der Elektrode selbst entstehen können.

Die Schaltung des Treppenspannungsgenerators 31 und der nachgeschalteten. Stufen 32 und. 33 ist in Fig. 4 in einer beispielhaften Ausführungsform näher dargestellt. Die Schaltung ist so gewählt, daß beim Verschwinden bzw. erheblichen Verkleinern des der Werkstücktrennfuge entsprechenden Rückstrahlimpulses ein Steuervorgang entsteht, der das Unterbrechen des Schweißstromes bewirkt. Das ist der Fall, wenn die beiden Metalle in der Schweißstelle beim Schweißprozeß zusammengeflossen sind.

In Fig. 4a und 4b.sind Spannungsdiagramme dargestellt, die die während einer Impulsfolgeperiode auftretenden Ultraschallimpulse in Abhängigkeit von der Zeit zeigen, und zwar stellt Fig. 5 a den Fall dar, daß nach dem Ausstrahlen des Senderimpulses A drei Rückstrahlimpulse B, C und D vorhanden sind. Dabei entspricht B der Trennfuge zwischen der Elektrode 3 und dem oberen Teil des Werkstückes 4, C der Trennfuge zwischen den beiden. Werkstückteilen und D der Trennfuge zwischen dem unteren Werkstückteil und der Schweißelektrode 5. Im allgemeinen wird zeitlich nach dem Rückstrahlimpuls D noch ein. weiterer Rückstrahlimpuls auftreten, der dem unteren Ende der Schweißelektrode 5 entspricht, doch liegt dieser in verhältnismäßig großem Abstand von, D und ist ' nicht dargestellt, da er für die Arbeitsweise der Schaltung keine Bedeutung besitzt. Hat der Schweißstrom das Zusammenfließen des Werkstückmetalls bewirkt, so verschwindet damit nahezu oder völlig der Rückstrahlimpuls C, und es ergibt sich ein Spannungsdiagramm gemäß Fig. 5 b.

Die Ausgangsspannung des Empfängers 30 wird der Schaltung nach Fig. 4 über.die Klemme35 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 konstanter Amplitude entsteht, wie,dies in Fig. 5 c dargestellt ist. Von diesen Rechteckimpulsen, wird ein Treppenspannungsgenerator angestoßen, der aus den Dioden 38, 39 und dem Kondensator 40 besteht. Sind gemäß Fig. 5 a drei Rückstrahlimpulse vorhanden, also auch drei Rechteckimpulse gemäß Fig. 5 c, so wird eine Treppenspannung mit drei Stufen gemäß Fig. 5 d erzeugt. Am Ende einer jeden ' Meßperiode wird die'dann erreichte Treppenspannung mit Hilfe eines Taktgeberimpulses auf den Wert Null zurückgeführt; dieser Taktgeberimpuls eilt dem Senderimpuls zeitlich etwas vor und wird der Klemme 41 zugeführt. Er gelangt an das Gitter einer Triode 42, die mittels des .Potentiometers 44 so vorgespannt ist, daß die mit ihrer Kathode verbundene Diode 43 nicht leitend ist, solange die Treppenspannung nicht mehr als zwei Stufen aufweist. Wird jedoch am Ende der Meßperiode dem Gitter der Triode 42 vom Taktgeber her über die Klemme 41 ein negativer Sperrimpuls genügender Breite zugeführt, wie er in Fig. 5 g dargestellt ist, so verschwindet der Spannungsabfall am Kathoden,-widerstand der Röhre 42 und damit auch die Vorspannung 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. 5d), so gelangt bei richtiger Einstellung der Vorspannung der Diode 44 mittels des Potentiometers 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 gelangende Signal bringt den monostabilen 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 Rphre eine Wider- ' stands-Kondensator-Kombination vorgesehen, deren Zeitkonstante so gewählt ist, daß das Rohr 49 bei kontinuierlichem Erscheinen des negativen Impulses nicht zündet.

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Fällt jedoch der Impuls C fort, so entstehen am Kondensator 40 nur zwei Treppenstufen, wie dies in Fig. 5e angedeutet ist. Der 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. 5 f), der über die Klemme 50 an die Schaltvorrichtung 34 des Schweißtransformators gegeben wird und diesen dazu veranlaßt, den Schweißstrom abzuschalten.

Ist der Anpassungsdruck der Schweißelektrode nicht hoch genug, so kann kein Schweiß strom fließen, da das Gasentladungsrohr 49 so eingestellt ist, daß es laufend, z. B. im 50-Hz-Takt, Sperrimpulse abgibt. Dies ist so lange der Fall, wie nur zwei oder weniger reflektierte Impulse vorhanden sind. Erst in dem Augenblick, wo der Elektrodendruck hoch genug ist, um ein gutes Eindringen, des Ultraschalls in das Werkstück zu ermöglichen, bildet sich ein deutlicher dritter Refleximpuls C aus. Dann sind also drei Impulse zum Steuern des Treppenspannungsgenerators vorhanden, es werden negative Impulse an das Gitter des Rohres 49 gegeben, die den. Kondensator des Gitter-Zeitkon- stantengliedes aufladen und nach erfolgter Aufladung bewirken, 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 Schweiß Vorgang kann beginnen.

Claims (14)

PATENTANSPRÜCHE:

1. Vorrichtung zum Überwachen bzw. Steuern des Sch weiß Vorganges beim elektrischein Widerstandsschweißen unter Verwendung von Ultraschall, dadurch gekennzeichnet, daß ein. Schalloder 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 den Sch weiß Vorgang steuern, insbesondere die Ein- und Ausschaltung des Schweißstroms.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schalleinstrahlung bzw. -abnähme in bekannter Weise über die Schweißelektroden oder eine von ihnen erfolgt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die verwendeten Schweißelektroden derart geformt sind, daß Schallreflexionen in ihrem Innern weitgehend vermieden sind dadurch, daß sie insbesondere bei reichlichem Querschnitt keine ins Gewicht fallenden plötzlichen Querschnittsänderungen, bezogen auf die Schallfortpflanzungsrichtung, aufweisen,

4. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die am Empfänger-· ausgang vorgesehenen Mittel beim Andrücken der Schweißelektroden an das Werkstück die Einschaltung des Schweißstroms dann auslösen, wenn ein für den Schweißstrom ausreichender, mit einer Schallwiderstandsänderung verbundener Kontakt zwischen Werkstück und Elektrode erzielt ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 4, da- ■ durch gekennzeichnet, daß die am Empfängerausgang vorgesehenen Mittel bei der durch das Flüssigwerden des Werkstückmetalls an der Schweißstelle auftretende Schallwiderstandsverringerung die Ausschaltung des Schweiß-, Stroms veranlassen.

6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchstrahlung des Werkstückes mit gegebenenfalls sinusförmig moduliertem Ultraschall erfolgt und daß die empfangsseitig aufgenommenen Schwingungen nach angemessener Verstärkung demoduliert und einer Schwellen- und"Begrenzervorrichtung zugeführt werden, deren Ausgangsspannungen beim Überschreiten des Schwellenwertes die Einschaltung des Schweiß-Stroms, beim Erreichen des Grenzwertes jedoch dessen Ausschaltung bewirken.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch, ge-. kennzeichnet, daß die Modulation mit einer etwa sinusförmigen 50-Hz-Schwingung erfolgt, die nach der Demodulation zu Impulsform verzerrt und als Zündspannung für ein elektronisches, den Schweißstrom steuerndes Schaltschütz verwendet wird, soweit sie den Schwellenwert überschreitet, und daß beim Erreichen des Grenzwertes die Vorspannung der Schwellenvorrichtung so weit heraufgesetzt wird, daß die Impulse sie nicht mehr passieren können.

8. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchstrahlung des Werkstücks mit Ultraschallimpulsen nach

- dem Rückstrahlverfahren erfolgt.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die reflektierten Impulse empfangsseitig einer Steuereinrichtung zugeführt werden, die beim Auftreten eines Rückstrahlimpulses an der Schweißstelle ein Signal für

. die- Einschaltung und beim Verschwunden des Schweißstellenimpulses ein Signal für die Abschaltung des Schweißstroms liefert.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß als Steuereinrichtung eine Zählschaltung für die während, eines Impulsfolgezyklus auftretenden reflektierten Impulse dient, die die erforderlichen Schweißstromschaltsignale abgibt, wenn, außer dem Werkstück-Vorderflächen- und gegebenenfalls dem Werkstück-Rückwand-Impuls ein Schweiß-Stellenimpuls auftritt bzw. verschwindet.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß als Zählschaltung ein Treppenspannungsgenerator benutzt wird, dessen Ausgangsspannung von jedem je Impulszyklus empfangenen Refleximpuls unabhängig von des-

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sen Amplitude um eine Stufe angehoben und nach Ablauf eines Impulsfolgezyklus auf den Wert Null gesteuert wird.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die reflektierten Impulse dem Treppenspannungsgenerator über einen Amplitudenbegrenzer, insbesondere eine übersteuerte Verstärkerstufe, zugeführt werden.

13. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangsspannung des TreppenspaniiungsgeneratoTs an einer Potentialschwelle liegt, die erst nach Erreichen des Treppenspannungswertes, der sich beim Auftreten des Schweißstellenimpulses ergibt, eine die Schweißstromsteuerung auslösende Ausgangsspannung liefert.

14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangsspannung der Potentialschwelle am Steuerorgan eines .monostabilen Vibrators liegt, dem ein Ausgangs- impuls negativer Polarität entnommen und an die Steuerelektrode eines Gas- oder Dampfentladungsrohres 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 erloschener Entladung hingegen freigibt.

Angezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschriften Nr. 745 139, 921 765.

Hierzu ι Blatt Zeichnungen

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