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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung oder Regelung des
Drucks in einem fluidischen Ausgleichszylinder, durch den eine Schweißzange an
ein zu schweißendes
Werkstück
angelegt wird. Eine derartige Vorrichtung ist beispielsweise aus
der
DE 19955017 A1 bekannt.
Zum Schweißen
beispielsweise von Blechteilen müssen
die beiden Schweißelektroden
an gegenüberliegenden
Stellen der zu verschweißenden
Bleche positioniert werden. Hierzu wird zunächst die Schweißzange so
lange mittels eines fluidischen Ausgleichszylinders verschoben,
bis eine seiner Elektroden an den zu verschweißenden Werkstücken anliegt.
Danach wird die andere Schweißelektrode
mittels eines Arbeitszylinders von der anderen Seite her an die
Werkstücke
angelegt, sodass diese zwischen den beiden Schweißelektroden
mit einer definierten Kraft verklemmt sind. Dann erfolgt der Schweißvorgang
mittels eines Schweißstroms
durch die beiden Schweißelektroden.
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Insbesondere
bei dünnwandigen
Blechen muss gewährleistet
sein, dass diese beim Anlegevorgang der ersten Schweißelektrode
nicht durch eine zu große
Kraft verformt werden. Ein fester Weg kann dabei nicht vorgegeben
werden, da zum einen unterschiedliche Schweißpositionen eingenommen werden
müssen
und zum anderen durch Abbrand der Schweißelektroden diese in ihrer
Geometrie verändert
werden. Bei der bekannten Vorrichtung werden die Drücke in den
beiden Kammern des entsprechenden Arbeitszylinders mittels zwei
Druckregelventilen eingestellt. Die erste wird zunächst so
eingestellt, wie es zur Überwindung
der Reibung und zur Überwindung
der Gewichtskraft der Schweißzange
erforderlich ist. Dieser Wert wird empirisch ermittelt, und es erfolgt
dann üblicherweise
eine manuelle Einstellung des Druckregelventils. Da die erforderlichen
Kräfte jedoch
sehr unterschiedlich sind in Abhängigkeit
der Position der Schweißzange,
also ob sie sich nach oben, nach unten oder horizontal bewegen soll,
sind derartige Einstellvorgänge
meistens sehr aufwendig.
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Eine
Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren
der eingangs genannten Gattung zu schaffen, bei dem die erforderliche
Einstellung der Drücke
für die
Anlagebewegung der Schweißzange
automatisch abläuft.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein
Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
hat vor allem den Vorteil, dass die aufwendigen manuellen Einstellvorgänge für den Druck
entfallen und das Anlegen der Schweißzange an das zu schweißende Werkstück unabhängig von
der jeweiligen Lage des Werkstücks
oder der Schweißzange
und unabhängig von
externen Einflüssen,
wie zum Beispiel der Reibung, automatisch in beliebig sanfter Weise
erfolgt. Dabei sind Teach-Vorgänge
nicht mehr erforderlich.
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Durch
die in den Unteransprüchen
aufgeführten
Maßnahmen
sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Anspruch
1 angegebenen Verfahrens möglich.
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Bei
einer ersten vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens wird der
Druck dadurch geregelt, dass der niedrigere erste Wert ein variabler
Sollwert ist. Dabei wird vorzugsweise der Sollwert im Sinne einer
Folgeregelung so variabel vorgegeben, dass der Istwert auf einem
Wert konstant gehalten wird, der um einen vorgebbaren Druckwert
höher ist
als der Istwert zum Zeitpunkt der Arbeitsdruckabsenkung.
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In
einer zweiten Ausgestaltung der Erfindung ist der niedrigere erste
Wert ein fester Wert, sodass sich der Istdruck langsam und ungeregelt
diesem nähert.
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Eine
besonders vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung besteht auch
darin, dass der Zeitpunkt des Anlegens der Schweißzange an
das Werkstück durch
Erfassen einer weiteren Steigungsänderung in der Istdruckkurve
erkannt wird und dass dann eine weitere Druckabsenkung des Arbeitsdrucks
auf einen Wert erfolgt, der der gewünschten Anlagekraft der Schweißzange am
Werkstück
entspricht.
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Zur
Erfassung solcher Steigungsänderungen in
der Istdruckkurve beziehungsweise Differenzistdruckkurve wird der
Istdruckverlauf in einer vorteilhaften Ausgestaltung differenziert,
wobei das Erreichen eines vorgebbaren Werts des differenzierten Istdrucks
als eine solche Steigungsänderung
interpretiert wird.
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Alternativ
hierzu kann zur Erfassung solcher Steigungsänderungen in der Istdruckkurve
beziehungsweise Differenzistdruckkurve auch eine lineare Verlängerung
des anfänglich
linearen Druckanstiegs berechnet und eine vorgebbare Abweichung
davon als eine solche Steigungsänderung
interpretiert werden.
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Für das erfindungsgemäße Verfahren
hat sich die Verwendung eines Differenzdruckregelventils zur Steuerung
oder Regelung des Ausgleichsszylinders als besonders günstig erwiesen.
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Ein
Ausführungsbeispiel
der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung
näher erläutert. Es
zeigen:
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1 eine
schematisch dargestellte Schweißzange
mit angeschlossenem Differenzdruckregelventil zur Erläuterung
des erfindungsgemäßen Verfahrens
und
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2 ein
entsprechendes Signaldiagramm zur Erläuterung der Druckverläufe.
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Die
in 1 schematisch dargestellte Schweißzange 10 dient
zum Verschweißen
von metallischen Werkstücken,
die im Ausführungsbeispiel als
zwei aneinanderliegende Bleche 11, 12 ausgebildet
sind. Die Schweißzange 10 besitzt
zwei Schweißelektroden 13, 14,
die an die zu verschweißenden Bleche 11, 12 von
zwei gegenüberliegenden
Seiten aus angelegt werden müssen
und die Bleche 11, 12 mit einer definierten Kraft
zwischen sich einklemmen. Danach erfolgt der eigentliche Schweißvorgang
mittels eines Schweißstroms
durch die Schweißelektroden 13, 14.
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Zunächst wird
die in der Figur untere erste Schweißelektrode 13 von
unten her an die Bleche 11, 12 angelegt, indem
die Schweißzange 10 und
die fest damit verbundene erste Schweißelektrode 13 mittels eines
fluidischen Ausgleichszylinders 15 bis zum Kontakt der
ersten Schweißelektrode 13 mit
den Blechen 11, 12 angehoben wird. Diese Schweißelektrode 13 muss
dabei sanft angelegt werden, um die Bleche 11, 12 insbesondere
bei dünnwandiger
Ausbildung nicht in unerwünschter
Weise zu verformen. Hierzu sind die beiden Kammern 16, 17 des
Ausgleichszylinders 15 zu beiden Seiten des Arbeitkolbens 18 mit
einem Differenzdruckregelventil 19 verbunden. Dieses besitzt
ein als Proportionalventil ausgebildetes 5/3-Wegeventil 20,
das einerseits mit den beiden Kammern 16, 17 des
Ausgleichszylinders 15 und andererseits mit einer Druckquelle
P verbunden ist. Die Drücke
in den Leitungen zu den beiden Kammern 16, 17 werden
mittels zweier Druck-Spannungs-Wandler 21, 22 erfasst
und einem Differenzdruckregler 23 zugeführt. Dieser regelt die Arbeitsposition
des 5/3-Wegeventils 20 in Abhängigkeit eines angelegten Differenzdruck-Sollwerts ΔPsoll. Hierdurch
stellt sich ein dem Differenzdruck-Sollwert entsprechender Differenzdruck
in den beiden Kammern 16, 17 des Ausgleichszylinders 15 ein,
der so gesteuert beziehungsweise geregelt wird, dass sich die Schweißzange 10 mit
geringer Kraft mittels der ersten Schweißelektrode 13 an die
zu verschweißenden Bleche 11, 12 anlegt,
wie dies weiter unten in Verbindung mit 2 näher beschrieben
wird. Der Differenzdruck muss dabei im Wesentlichen lediglich die Reibung
und die Gewichtskraft der Schweißzange 10 überwinden.
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Ein
Differenzdruckregelventil ist für
sich beispielsweise aus der
DE 10021744 A1 bekannt. Beim vorliegenden
Ausführungsbeispiel
wird ein Differenzdruckregelventil
19 verwendet, bei dem
das 5/3-Wegeventil
20, die Druck-Spannungs-Wandler
21,
22 und
der Differenzdruckregler
23 in einer integrierten Einheit
angeordnet sind. Anstelle eines 5/3-Wegeventils
20 kann
diese integrierte Einheit auch ein gleichwirkendes anderes Wegeventil
enthalten.
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Der
Differenzdruck muss sehr unterschiedlich gesteuert beziehungsweise
geregelt werden, je nachdem, ob sich die Schweißzange 10 von unten her,
von oben her oder horizontal gegen die zu verschweißenden Werkstücke beziehungsweise
Bleche 11, 12 bewegt.
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Zunächst soll
die Steuerung des Differenzdrucks anhand des in 2 dargestellten
Signaldiagramms erläutert
werden. Es wird zunächst
ein relativ hoher Differenzdruck-Sollwert ΔP1 vorgegeben, durch den der
Differenzistdruck zunächst
steil ansteigt, bis sich der Arbeitskolben 18 in Bewegung setzt.
Dies äußerst sich
durch eine erste Steigungsänderung
K1 in der Differenzistdruckkurve im Sinne einer Abflachung. Diese
Steigungsänderung
wird dadurch erfasst, dass der durch den Druck-Spannungs-Wandler 21 erfasste
Druckwert in der Kammer 16 einer Differenzierstufe 26 eines
Steuergeräts 27 zugeführt wird.
Unterschreitet der differenzierte Druckwert einen vorgebbaren Grenzwert,
so wird dies als Steigungsänderung
in der Istdruckkurve interpretiert, und das Steuergerät 27 reduziert
dann den Differenzdruck-Sollwert vom Anfangswert ΔP1 auf den
neuen Wert ΔP2.
Dieser wird so gewählt, dass
er nur noch wenig höher
als der augenblickliche Istdruck- beziehungsweise Differenzdruck-Istwert liegt,
sodass die Istdruckkurve jetzt flacher ansteigt und sich langsam
dem Sollwert nähert.
Dies führt
zu einer langsamen Anlegebewegung, die eine unerwünschte Verformung
des oft dünnwandigen
Werkstücks
verhindert. Ist die Anlage erreicht, so steigt der Istdruck wieder
stärker
an, und es entsteht eine erneute Steigungsänderung K2 der Istdruckkurve
im Sinne eines Anstiegs. Diese wird wiederum in der Differenzierstufe 26 erkannt,
worauf das Steuergerät 27 den
Differenzdruck-Sollwert erneut vom Wert ΔP2 auf den wert ΔP3 reduziert.
Dieser wird so gewählt, dass
er einem gewünschten
Anlagedruck beziehungsweise einer gewünschten Anlagekraft der Schweißelektrode 13 am
zu verschweißenden
Werkstück
beziehungsweise an den zu verschweißenden Blechen 11, 12 entspricht.
Der Istdruck nähert
sich diesem neuen Wert nun sehr schnell an.
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Die
beschriebenen Vorgänge
verlaufen alle vollautomatisch und unabhängig von der jeweiligen Position
der Schweißzange 10 und
der zu verschweißenden Bleche 11, 12 oder anderer
Werkstücke
und unabhängig
von der Reibung.
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In
Abwandlung des beschriebenen Verfahrens gemäß 2 kann auch
ab Erkennung der ersten Steigungsänderung K1 anstelle einer festen
Vorgabe des reduzierten Differenzdruck-Sollwerts ΔP2 ein geregelter
Differenzdruck-Sollwert vorgegeben werde, wodurch insgesamt eine überlagerte
zweistufige Regelung erreicht wird. Hierzu enthält das Steuergerät 27 einen
Regler, der den reduzierten Differenzdruck-Sollwert ΔP2 so regelt,
dass der Istdruck ab der Steigungsänderung K1 bis zum Anlagezeitpunkt
konstant gehalten wird, und zwar auf einem Wert, der geringfügig höher ist
als der Istwert zum Zeitpunkt der ersten Steigungsänderung
K1. Dieser Wert kann dabei demjenigen Wert entsprechen, der die
Anlagekraft der Schweißzange 10 am
Werkstück vorgibt.
Prinzipiell ist es jedoch auch möglich,
auch bei dieser Variante den Anlagedruck nach dem Anlegen durch
Erkennung des Anlagezeitpunkts zu verändern.
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Anstelle
der beschriebenen Erkennung der Steigungsänderung K1 beziehungsweise
der Steigungsänderung
K2 kann diese auch durch eine Differenzierstufe durch Interpolation
des annähernd
linearen Druckverlaufs vor der jeweiligen Steigungsänderung
erfolgen. Eine vorgebbare Abweichung von diesem linea ren Verlauf
wird dann als Steigungsänderung
der Istdruckkurve interpretiert.
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Anstelle
der Vorgabe von Differenzdruck-Sollwerten können auch Drucksollwerte vorgegeben
werden, wenn in der zweiten Kammer 17 ein definierter Druck
vorliegt, beispielsweise der Atmosphärendruck.
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Weiterhin
kann das beschriebene Differenzdruckregelventil auch durch zwei
Steuerventile beziehungsweise Regelventile für die beiden Kammern 16, 17 ersetzt
werden, wie dies im eingangs angegebenen Stand der Technik beschrieben
ist.
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Nach
dem Anlegen der ersten Schweißelektrode 13 wird
durch entsprechende Betätigung
eines weiteren Arbeitszylinders 24 die zweite Schweißelektrode 14 mittels
eines Schwenkhebels 25 von der anderen Seite her gegen
die Bleche 11, 12 bewegt und an diese angelegt.
Dann erfolgt der Schweißvorgang. Die
Steuerung des zweiten Arbeitszylinders 24 ist nicht Gegenstand
der vorliegenden Erfindung, sodass auf eine entsprechende detailliertere
Beschreibung verzichtet werden kann. Hierzu wird auf die ausführlichere
Beschreibung im eingangs angegebenen Stand der Technik verwiesen.
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Das
Differenzdruckregelventil 19, also beispielsweise der integrierte
Differenzdruckregler 23, kann mit einer elektroni schen
Schnittstelle ausgestattet sein, um mit einer externen Steuervorrichtung kommunizieren
zu können.
Die Verbindung kann über
Leitungen, beispielsweise Datenleitungen oder drahtlos mittels einer
drahtlosen Datenübertragungseinrichtung,
erfolgen. Hierzu kann die beschriebene Vorrichtung von dieser externen
Steuervorrichtung aus ferngesteuert werden. Dabei ist es auch möglich, über diese
Schnittstelle Sensorrückmeldungen
vorzunehmen, also beispielsweise die mittels der Druck-Spannungs-Wandler 21, 22 erfassten
Druckwerte.
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Die
Erfindung ist selbstverständlich
nicht auf die beschriebene sogenannte C-Schweißzange beschränkt, sondern
umfasst auch die sogenannten X-Schweißzangen.