DE1615099A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Abschmelzschweissen - Google Patents

Description

Verfahren und Vorrichtung zum Abschmelzschweißen

Priorität; U.S.A.j 8. Juni 1966; U.S.Ser.Fo. 556 090

Die Erfindung bezieht sich auf das Abschmelz- oder Brennschweißen und aabei insbesondere auf Verfahren und Vorrichtungen zum Steuern der Bewegung von Halte tischen für die Werkstücke, die durch das Abschmelzoder Brennschv/eißen miteinander verschweißt werden sollen.

Beim Abschmelz- bzw. Brennschweißen werden die miteinander zu verschweißenden Werkstücke .zueinander ge bracht, während ein Schweißpotential zwischen ihnen

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Bayeriidie Vereinsbank München

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angelegt wird, so daß beim angreifen eier miteinander zu verschweißenden v/erkstücke eine Abschmelzschweißung längs ihrer anstoßenden Oberflächen gebildet wird. Man kann den Abscnmelz- bzw. Brermachweißvorgang in drei hauptsächliche Schritte zerlegen.

Während des ersten dieser Schritte werden die Kanten der beiden Werkstücke, die miteinanae" versenweißt v/erden sollen, eingeebnet. Dies führt man aurca, indem man diese beiden Kanten in nahe Nachoarscnaft bringt und eine Abbrenn- bzw. Ab sehne Iz spannung zwischen den ceiden /Werkstücken anlegt. Vorsprünge und zackige Ab3cnnitte der Kanten werden dann durch uas Abschmelzpoteriti*:.! abgebrannt .

der zweite Hauptsenritt beim Abbrennschv;eifsen besxer.t in einem Erwärmen der ,Verkstüc^e auf die für das ocnweißen geeignete Temperatur. Lies geschieht, indem man die 7/erkstücke noch näher zueinander Dringt, als sie in dem vorhergehenden Arbeitsschritt waren. Diese beiden ersten Schritte des Abbrennschweißen werden häufig das Abbrenn- bzw. Abschmelzstadium des Schweißzyki-Us genannt.

Der Endschritt beim Abbrenn- bzw. Abschmelzschweißen wird vorgenommen, nachdem die V/erkstücke auf die rientige

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Temperatur gebracht wurden. Bei diesem Schritt werden aie Kanten zum Herstellen der Schweißung mit einer vorbestimmten Kraft aufeinandergestoßen bzw. aufeinandergepreßt, !'leser Schritt wird "Aufsetzen" (upsetting) genannt.

En wurde gefunden, daß die Qualität der beim Abschmelzscnweißen erhaltenen" Schweißung iu einem großen Ausmaß

von der Auslegung der Bewegung" der beiuen Werkstücke während des At.-sohmelzstadiumo abhängt. V/enn aiese Bewegung iuc-ht befriedigend ausgeführt v.'ira, ex'hält max.· ais ResuJtjit eine unbefriedigenae Schweifung. Ferne." ergibt si ja ate Schweifung als ;₄. ·ι*Λ v.-rnersehbar, wenn aie Bewegun.·; Ki.-nt genau gesteuex-t werfen κ

»i'tii.n aie .Ve ivotücke zu schnell zueinander gebracht weruen, erhält ιζ.:ιΐ* (Ir.e vorläufige Schwei^ui^g Ui₁^ Erstarrung län_e.o aei* Kuntei*. ;ietu. aiiaererseits uie vrerkstücKfe zuei^ar.der su 1'iHgsan gebracht weraen, ca er veini vier- Yerschicei2ungsi'to:i - d-is ".-vui'setzen" - nicht zur ricr.tige:. Zeit erfolgt, wira häuf it; innerhalb aer Scxiweiauiig eiz:e S^nicnt aus IC«-

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talloxj'a eirigeseh_ossen.

Infolge aifcser Faktoren ist es sehr erwünscht, daÜ aer wegur.gsiii " ;raf aer die liei'icstüoke naltenaen Haltetisoiit

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so genau gesteuert werden kann, daß man von einer Reihe ähnlicher Materialien vorhersagbare Schweißungen erhält. Ferner ist es erwünscht, daß diese Bewegungsabläufe einfach so geändert werden können, daß die Einrichtungszeit zwischen verschiedenen Jobs reduziert werden kann.

Man Kann die Bewegung der die Werkstücke tragenden Haltetische während der verschiedenen Schritte des Abschmelzschweißens durch mechanische Nocken steuern. Diese Art der Steuerung ist sehr genau; es ist jedoch sehr schwierig, den Bewegungsablauf bei Verwendung von Nocken zu ändern. Die Einrichtungszeit zwischen neuen Jobs ist daher sehr groß.

Es ist auch möglich, die Bewegung der Haltetische in der Verwendung von Anaiogspannungen zu steuern, uie von elektronischen Punictionsgeneratoren erhalten werde:.. D:fese Spannungen können zur Steuerung verschiedener Arten von Betä-uigungsmechanismen zum Bewegen aer Haltetische verwendet werden. Sie können beispielsweise ein nydraulisch.es Antriebssystem steuern, indem sie dei: Betrag -.es durch die Servoventile, weiche die Stellung der Haltetische- steuern, fiießenaen Fluids steuern. Auf diese V/eise können die von den Analogfunktionsgeneratoren abgeleiteten, willkürlich gewählten Spannungen die Haltetische in einer vorbestimmten Arbeitsweise bewegen. Es sina auen einstellbare

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Funktionsgeneratoren erhältlich, so daß die Einrichtungszeit für verschiedene Jobs reduziert werden kann. Leider sind jedoch Analogfunktionsgeneratoren Drifterscheinungen infolge des Untergrunageräusches unterworfen. Außerdem wechseln ihre charakteristischen Eigenschaften häufig mit der Zeit infolge der Alterung der elektrischen Komponenten. Ein kleiner Betrag einer Driftung während des Beginnens eines Arbeitszyklus kann sich dabei akkumulieren, so daß in einem solchen System ein Fehler während des gan-r zen Zyklus geschaffen wird. Infolge dieser Mängel ist es schwierig, einen Arbeitsablauf mehrere Monate oder Jahre später zu wiederholen, da die Einstellungen des Funktionsgenerators nicht mehr dieselben sind.

Hach der Erfindung wird eine genaue digitale Einstellung für den Anfang und das Ende der analogen Steuersignale für die beginnenden und endenden Abschnitte der Stufen des Abschmelzschweißprozesses geschaffen. Diese digitalen Einstellungen werden auf die Stellung der Haltetische bezogen. Bei Änderungen in den elektrischen Komponenten innerhalb der Maschine infolge Alterung ändern sich diese Einstellungen trotzdem nicht mit der Zeit. Dementsprechend kann man dieselben Einstellungen nach einer langen Zeitperiode verwenden und dabei dieselben Schweißresultate erhalten.

Mit dieser Mechanisierung wird der Bewegungsablauf der

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Haltetische zwischen vorbestimmten Stellungen, die durch die digitalen Einstellungen geschaffen werden, durch einen Analogfunktionsgenerator bestimmt. Infolge-dessen ist das System ökonomisch und einfach im Betrieb. Da sowohl die ■digitalen ais auch die analogen Einstellungen leicht justiert werden können, ist die Einrichtungszeit für verschiedene Jobs wesentlich kleiner, als der Fall bei mechanischen Nocken wäre, die zur Steuerung der Bewegungszyklen der Haltetische verwendet würden.

Die Analogfunktionsgeneratoren steuern das hydraulische Betätigungssystem für die Bewegung der Haltetische, so daß diese sich mit der ric.itigei. Geschwindigkeit während der Abschmelzstufe bewegen. Es wurde festgestellt, daß die besten Resultate von einem exponentialartigen Wechsel in der Geschwindigkeit der Haltetische erhalten werden. Man kann diesen exponentiellen Wechsel als gegenüber der Zeit parabolisch auffassen.

Diese parabolische Beschleunigung der Haitetische erhält man, indem man eine parabelförmige Spannungswellenform mit Analogfunktionsgeneratoren erzeugt, die Start- und Stopzeiten besitzen, welche durch eine digitale Einrichtung bestimmt werden, die durch die Stellung der Haltetische gesteuert wird. Diese analogen Spannungen

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steuern ein hydraulisches Servoventil". Ein unter Druck du -cn das hydraulische Servoventil fließendes Fluid steuert die Bewegung eines hydraulischen Zylinders, der starr mit dem Haltetisch verbunden ist, welcher eines der Werkstücke hält. Me Zeit, zu der jeaer der ver*- schiedenen Schritte beim Abschmelzschweißprozeß beginnt und endet, wira ebenfalls durch aas Digitalsystem gesteuert.

Demgemäß liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Steuern des Bewegungsablaufes der während eines Absohmelzechweißprozesses zueinander bewegten Werkstücke günstiger als bei den genannten bekannten Verfahren una Vorrichtungen zu steuern«

Die Erfindung wird im folgenden an Hund schematischer Zeichnungen an einem Ausführungsbeispiel noch näher erläutert, welches weitere Merkmale, Aufgabenstellungen und Vorteile der Erfindung verdeutlicht. Es zeigen?

Figur 1 ein Blockdiagramia einer Ausführungsform der Erfindung;

Pigui¹ 2 ein mehr detailliertes Blockdiagramm eines Teils der Ausfüiirungsform der Erfindung gemäß Figur 1, weicher elektrische Signale zur Steuerung einer Abschiaelzschv/eifieinrichtung entwickelt;

Figur 3 ein mehr detailliertes Blockdiagramm eines

Teils der .-iusführungsform der Erfindung geraäB Figur 1, in welchem die Art und V/eise verdeut-

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licht wird, in welcher die durch das System gemäß Figur 2 erzeugten Signale den beweglichen Hai tetisch der Schweißgeräte steuert.

In Figur 1 ist ein Blockdiagramm des Gesamtsystems gemäß der Erfindung gezeigt, bei dem eine Haltetisch-Steuereinrichtung 10 dazu dient, die Bewegung eines beweglichen Haltetisches in einem Abschmelzschweißgerät 12 zu steuern. Der bewegliche Haltetisch und ein anderer stationärer flaltetisch halten jeweils ein verschiedenes Werkstück eines Werkstückpaares, das in an sich bekannter Weise miteinander verschweißt werden soll, üe Haltetisch-Steuereinheit 10 ändert die Stellung des beweglichen Haitetisches in Abhängigkeit von Signalen, die entweder von einem Servoverstärker 14 oder einem Auf-

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setz-SteuerKreis/empfangen werden. Der Servorverstärker 14 addiert einen an seinem Eingang durch die Leitung 20 angelegten negativem Strom und einen an seinem Eingang durch die Leitung ad angelegten positiven Strom und führt das resultierende Signal der Halte tisch Steuereinheit 10 zu. Mit dieser Mechanisierung wird ein Steuersystem mit geschlossener Schleife gebildet, indem es sich nahe des Steuerscha-tkreises für die Haltetischbewegung die Stellung des beweglichen Haltetisches bestimmt.

Ein geeignetes Abschmelzscnweißgerät 12,welches eine

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Steuereinheit 10 für die Haltetiüchbewegung und eine Aufsetz-Steuereinheit 16 besitzt, ist kommerziell erhältlich.

Dieses Schweißgerät ist konventionell ein hydraulisches Schweißgerät, in dem ein beweglicher Haltetisch ein Werkstück hält und hydraulisch in Richtung zu einem stationären Haltetisch bewegt wird, welcher ein anderes Werkstück hält, während eine Spannung zwischen den beiden Haltetischen und den beiden Werkstücken angelegt wird. Während die Haltetische zueinander bewegt

tr

werden, bildet sich zwischen den Werkstücken ein Lichtbogen, welcher zackige Kanten oder Vorsprünge von den miteinander zu verschweißenden Oberflächen abbrennt. Späterhin erwärmt dieser Lichtbogen auch die zu verschweißenden Oberflächen bis nahe zum geschmolzenen Zustand. Wenn dieser Arbeitsschritt beendet wird, werden die beiden Werkstücke zum Herstellen der Schweißung zusammengepreßt.

Während des Abschmelzabschnittes des Schweißbetriebes bei der Erfindung werden die hydraulischen Zylinder, welche die Stellungseinstellung des beweglichen Haltetisches steuern, in ihrem Betrieb durch von dem'Servoverstärker 14 empfangene Signale gesteuert. Wenn erst

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einmal der Abschmelzabschnitt vollständig durchgeführt ist, werden die Zylinder durch ein von der Aufsetzsteuerung 16 empfangenes Signal gesteuert, um den Ha^tetisch mit einer zum Zusammenpressen der beiden Werkstücke erforderlichen Kraft zu bewegen und dadurch eine befriedigende Schweißung zu erhalten.

Gemäß der Erfindung ist das Abschmelzschweißgerät dadurch modifiziert, daß es einen digitalen Plattenbewegungsübertrager 26 besitzt, der an dem beweglichen Haltetisch des Schweißgerätes angebracht ist und dazu dient, eine Mehrzahl von Impulsen proportional zur linearen Bewegung des Häretisches zu erzeugen. In ähnlicher Weise ist ein analoger Plattenbewegungsübertrager 28 an dem beweglichen Haltetisch angebracht, der dazu dient, eine negative Spannung zu erzeugen, die ebenfalls proportional zur Bewegung des beweglichen Haltetisches ist.

Die von dem analogen Plattenbewegungsübertrager 28 an den Servoverstärker 14 über die Leistung 20 gelieferte Spannung gibt die aktuelle Stellung des beweglichen Haltetisches im Abschmelzschweifeerät 12 an. Dieses Signal wird zu dem Signal addiert, das durch die Leitung von einem Schaltkreis 30 für die Haitetischbewegung empfangen wird, so daß man ein Signal erhält, welches die

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Steuereinheit 10 für die Haltetischbewegung während des Abschmelzbetriebes des Abschmelzschweißgerätes 12 steuert. Der Servoverstärjcer 14 spricht auf die Differenz der von aer Leitung 20 und von der Leitung 22 empfangenen Signale an-und bewegt auf Grunu dessen den beweglichen Haltetisch, bis aas über die Leitung 20 empfangene Signal gleich dem Signal, welches über die Leitung .22 empfangen wira, ist. Auf diese Weise wird die Stellung des beweglichen. Haltetisches durch das am Servoverstärker 14 von dem Schaltkreis 30 für die Plättenbewegung über die Leitung 22 während des Abschmelzbetriebes angelegte Signal bestimmt.

Die Impulse, welche durch den digitalen Haltetischbewegungsübertrager 2b erzeugt werden, werden einem Voreinstellzähler 32 eingegeben, aer seinerseits über eine bestimmte der vier verschiedenen Ausgangsleitungen 34A bis 34D Impulse an jeden der vier verschiedenen einstellbaren Zähler an dem Yoreinsiellsähler 32 abgibt. Die an den Schaltkreis 30 für die Plattenbewegung über die leitungen 34.4 bis 34D angelegten Signale steuern die Zeit, während der verschiedene in folgenden, noch näher beschriebene anaere Signale an ixe Leitung 22 durch den Schaltkreis 30 für die Plattenbewegung abgegeben werden. Biese Signale werden dem Servoverstärker 14- eingegeben, so da3 sie die Eewegung des beiieglichen Haltetisches während bestimmter Absennitte

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des Abschmelzbetriebes steuern. Das Signal, das an den Schaltkreis 30 für die Haltetischbewegung über die Leitung 34D von dem Voreinstellzähler 32 zugeführt wird, führt zu einem Signal, das von dem Schaltkreis 30 für üie Haltetischbewegung an die Aufsetzsteuerein-

heit 16 über die leitung 36 angelegt wird; das letztgenannte Signal setzt den Betrieb der Aufsetzsteuereinheit 16 in Gang, um zu. bewirken, daß der bewegliche Haltetisch eine Schweißung aurch Zusammenpressen der Werkstücke bewirkt.

Vor dem Abschmelzbetrieb bewegt sich der bewegliche Haltetisch von aem festen Haltetisch in eine anfängliche Startstellung, die durch die Bedienungsperson einstellbar ist. Bei dieser Ausführungsform der Erfindung kann aie Einstellung über Potentiometer vorgenommen v/erden, welche eine Spannung steuern, aie an dem Schaltkreis 30 für die Haltetischbewegung von einem Kreis 3ö für aie anfängliche S temp el Öffnung und einem Kreis -40 für die se-tcunaäre Zurüc^ziehungssteiiung angelegt wirü. Diese Justierungsspannungen v/erden an den Servorverstärker 14 über eine Leitung 22 zu einer durch das Zeitglied 42 bestimmten Zeit angelegt. Das Zeitglied 42 wira von Hand in Betrieb gesetzt, nachaem die Einstellungen des Kreises 38 für die anfängliche Stempelöffnung und des Kreises

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für die sekundäre Rüokziehungsstellung vorgenommen wurden.

Die Bewegung des beweglichen Haltetisches während des Abbrennbetriebes wird dureh Signale gesteuert, die an den Schaltkreis 30 für die Haltetischbewegung über den allgemein mit 44 bezeichneten Punktionsgenerator angelegt werden. Der Funktionsgenerator 44 weist vier Kreise46A bis 46D auf, von denen jeder Kreis ein parabolisch geformtes Spannungsausgangssignal in einem individuell einstellbaren Grad abgibt. Jede dieser parabolisch geformten Spannungswellenformen werden der Reihe nach an den Schaltkreis 30 für die Haltetischbewegung angelegt. Diese Signale steuern eines nach dem anderen die Bewegung des beweglichen Haltetisches zu Zeiten, die durch den Schaltkreis 30 für die Haltetischbewegung bestimmt sind, welcher die Signale an die Leitung 22 zu Zeiten abgibt, die durch Impulse bestimmt werden, welche über die Leitungen 34A bis 34D von dem Voreinstellzähler 32 empfangen werden.

Längs der Werkstücke wird durch die beiden Haltetische eine Spannung eine einstellbare Zeit lang angelegt, während sich der bewegliche Haltetisch in einer Stellung befindet, die durch die Schaltung 40 durch die sekundäre zurückgezogene Stellung bestimmt wird. Wenn diese einstellbare Zeit verstrichen ist, was durch das Zeitglied 42

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bestimmt wird, legt der Schaltkreis 30 für die Haltetischbewegung das Ausgangssignal der ersten Parabel des Punktionsgenerators 46A an die Leitung 22 an, so daß der bewegliche Haltetisch langsam in Richtung zum stationären Haltetisch in Bewegung gesetzt wird.

Zur gleichen Zeit beginnt der Voreinstellzähler 32 damit, Impulse zu zählen die er von dem digitalen Übertrager für die Plattenbewegung erhält. Diese Impulse erscheinen proportional zur Bewegung des beweglichen Haltetisches in Richtung zum stationären Haltetisch.

Nachdem der Vorein-stellzähler 32 eine voreingestellte

er
Impulszahl gezählt hat, legt/einen Impuls am Scnaltkreis für die Haltetischbewegung über eine Leitung 34A an, und dieser Impuls verbindet den Ausgang der zweiten Parabel des Punktionsgenerators 46B mit der Leitung 22. Nun bewegt sich der bewegliche Haltetisch mit einer Geschwindigkeit, welche durch das Ausgangssignal der zweiten Parabel des Punktionsgenerators 46B bestimmt wird. Nachdem der Voreinstellzähler 32 bis zur zweiten voreingestellten Zahl gezählt hat, legt er einen Impuls an den Schaltkreis ' 34B für die Plattenbewegung an, und dieser Impuls verbindet die dritte Parabel des Punktionsgenerators 460 mit der Leitung 22. Das Ausgangssignal dieser Sektion des Punktionsgenerators steuert jetzt die Bewegung des be-

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weglichen Haltetisehes. In ähnlicher Weise legt der Voreinetellzähler, nachdem er eine vorbestimmte Zahl von Zählungen von dieser Zeit an vorgenommen hat, einen Impuls über die leitung 340 an den Schaltkreis für die Plattenbewegung, um die vierte Parabel desFunktionsgenerators 46D auf aie Leitung 22 aufzugeben. Wenn auch die Paabeln des Punktionsgenerators ais verschiedene Blöcke in Figur 1 dargestellt sind, sind sie doch tatsächlich Teil eines einzigen Kreises, der jeweils eine neue Funktion zur vorhergehenden Parabel addiert, um eine neue Parabel zu schaffen.

Nachdem schließlich der Voreinstellzähler J>2 bis zu einer letzten voreingestellten Zählung gezählt hat, wird ein Impuls über die Leitung 341) an den Schaltkreis 30 für uie Haltetischbewegung angelegt, und dieser Impuls zeigt an, aali der Abschmelzbetrieb beenaet ist. Ebenfalls wira ein Sigiial über die Leitung ?t un aie Aufsetzsteuereinheit 1b gegeben. Als Reaktion aui iieses Signal aktiviert die Aufsetssteuereinlieit 1b dia Steuereinheit 1ü für aie Haltetischbewegung, so dais diese schnell aie beiden Werkstücke mit einem vorbestimmten Druck zusammenbewegt, so daß sich eine Schweißung bildet. Durch die Steuereinheit 10 für die Haltetischbewegung wird eine zusätzliche Saft am Haltetisch aufgebracht, welche nicht unter der Steuerung des Servorverstärkers steht. Der ,

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Ausgang des Servo/verstärlters 14 wird von der Steuereinheit 10 für die Haltetischbewögung abgetrennt, aber er empfängt immer noch ein Signal vom Funktionsgenerator 44. Der Ausgang des Servoverstärkers 14 wird an eine Blincüast angelegt, um den Punktionsgenerator an der Leitung in Betrieb zu halten. Man erKennt, üaL· die Bewegung des beweglichen Ha tetisches während ües Absohmeisbetriebes sowohl durch aie digitale:! Signale des digitalen Übertragers 26 für die Plat tenbewegung als ' auch aurch analoge Signale von dem Analogübertrager 2b für aie Plattenbewegung gesteuert wira. Me digitalen Signale steuern genau die totale Länge de." Bewegung ο es beweglichen H^xteti^enea um; wählen ji^ _ίϊ·ϊ und V/eise eier Geschwinaigke- t ':us, mit der μ er, u^we^iiehe Haltetiseii über vorbectii,.:rite Länj:Qii 2--iuer Bewegung bewegt •..ira. i;iesfc Ausjwanl besteht darin, aak λ^η bfectimmte üeyeiiWliiu^ceitscri'-raiCteristiken auo oiner Funktionsgruppe ausvmhlt s die ir. einem AnalOt/funk*;J. .-nogenerator erhältlich sir.a. iJer FuR>tionsgeüerator ir;t on -iie C'j:jy ' tung zu je'ier Zeit -un^eKchlosseri. V/enn er nicnt aie Stellung des iltltetis-ihis steuert, ist sein Ausgang an eine Leerl;ir;t angeschlossen. Jeae Lrift im Punktionagenerntor ist In der speziellen lageeinstellung des Haltetisches während aes Schrittes des Proauktladens aufgefangen, una diese Stellung ist nicht kritisch.

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In Figur 2 ist ein genauer detailliertes Diagramm eines Teilabschnittes eines Systems gemäß der Erfindung dargestellt, bei dem ein Pesthaltetisch 48 mit einer Klammer 50 versehen ist, die starr ein erstes Werkstück 52 hält, welches eine Kante 54 besitzt, die an einem zweiten Werkstück 56 angeschweißt werden soll. Das zweite Werkstück 56 ist in einer zweiten Klammer 58 montiert, die ihrerseits auf dem beweglichen Haltetisch 60 montiert ist.

Der stationäre Haltetisch 48 und der bewegliche Haltetisch 60 haben jeweils verschiedene Elektroden 64 una 66, die auf ihren jeweiligen.Klammern montiert sind. Die Elektroden 64 und 66 sind durch eine Sekundärwindung 68 eines Leistungstransformators 70 verknüpft. Eine Primärwinaung 72 des Transformators 70 ist mit einer Kraftquelle 74 verbunden und enthält einen konventionellen Spannungseinstellschalter, der schematisch bei 76 angezeigt ist. Ein hydraulischer Antriebsmechanismus 78 steuert die Stellung des beweglichen Haltetisches 60 in Abhängigkeit vom Ausgangssignal des Servoverstärkers 14. Der Servoverstärker 14 gibt sein Kontrollsignal an den hydraulischen Antrieb 78 immer dann, wenn die normalerweise offenen Relaiskontakte 84 geschlossen sind.

Der bewegliche Kontakt 86 eines linearen Potentiometers

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88 ist mit dem beweglichen Haltetiaoh 60 so verbunden, ao daß er sich mit diesem längs de· linearen Widerstandes 90 bewegt. Ein Ende des linearen Widerstandes 90 ist elektrisch mit einer Quelle negativen Potentiale 92 verbunden, und das andere Ende des linearen Widerstandes 90 ist mit dem beweglichen Kontakt 94 des Potentiometers 96 verbunden. Der bewegliche Kontakt 86 legt eine negative Spannung an der Eingangskieinme 98 des Servoverstärkers 14 über die normalerweise offenen Relaiskontakte 100 an, wenn diese Kontakte geschlossen werden. Die Amplitude dieser Spannung ist umgekehrt proportional zu dem Abstand, unter dem sich der bewegliche Kontakt von aem £nae des linearen Y/iderstarides 90 befindet, welche sich aer Quelle negativen Potentials 92 am nächsten befinciet. Die Quelle negativen Potentials 92 una das Potentiometer 68 weisen den Analogübertrager 2b für die Plattenbewegung auf, welcher eine Bezugsspannung liefert, die zu der vom Punktionsgenerator 44 kommenden Spannung addiert wird, um die Bewegung des beweglichen Haltetisches 60 während des Abbrennbetriebes zu steuern. Die Relaiskontaicte 64 und 100 werden durch ein Relais im Schaltkreis 30 für die Haltetischbewegung (Figur 1) gesteuert.

Ein Ende des Widerstandes 102, welcher ein Teil des Potentiometers 96 ist, ist mit dem beweglichen Kontakt 104 des Potentiometers 106 verbunden und das andere

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Ende des Widerstandes 102 ist mit einem Ende des Widerstandes 10c inneriialb des Potentiometers 106, mit einem ünue des «viuei-standes 111 des Potentiometers 112, mit üeiii beweglich, η Kontakt 110 des Potentiometers 112, und mit aem Kontaict 114 der normalerweise geschlossenen iielaisKontukte 116 vertmnuen. l'r.,s onuere x,:iue des .,'iderstandes 10c ist mit einei' negativen Potenti\iquelle 1 Ui verbunden. Iac andere Ende des V/iüer3ta;rjes 111 innerhalb des Potentiometers 112 ist mit.dein anderen Kontakt IiO der norffiuleirnuiye geschlossener. Ke. aioi.ont^/.te 11o ' uiia fiuiieräe:r. 15.it einer Quelle ?.-jeitiven iOtentials It''1. verbunden, lie HelaiskontaKte 1U sin-u außerdem innernalb nies Schaltkreises ;0 :\-r Ue H;-; J teti.-ehbev/e_£un_:% (i'":_£"ut· *} angeod

^)as Potentioiiuter ^6 ist ju.-uier: \o' \v.\.\ _fribt eine £\-im;^%x.\ in α en oervovsratärlrer 14 in --.si:.** ::.it ibt HucKkcr] -. un^rapaiiiiung vor:. Anulo^überträger .:: : <-· ;ie Haltetis^i.i;·?- vregun^, v;el5i;er aen bewegliche?; Ii\_ teti^ch dazu crir.-vt-, daß er an seiner aui'iiugliohen SteErclcffi,ujiesteiIu:.._:: angeorazi.t v,-ira. I?as Potentionieter Ko ur.a das Pctei.tiome 112 bestimmen die Stellung äes bev;eglie::en Haltetisches 60 während ties Vofheisabschnittes des Abbrennschv/eißsyklus. "«."ie ea für aen einschlägigen Faor.cann bekannt ist, finaet iitjir Teil des Zyklus vor äeni Abbreni;ce"srieo statt und cii^rit aazu, aie Temperatur der Vfer^stiieke a'nzu-

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heben. Dieser Teil des Zyklus wird durch.öffnen der Kontakte 114 eingeleitet, um entsprechend den Einstellungen der Potentiometer 112 und 106 eine positive Gegenspannung von der Quelle positiven Potentials 122 und der negativen Potentialquelle 118 am Eingang 98 des Servoverstärkers 14 anzulegen.

Wenn die normalerweise geschlossenen Kontakte des Relais t16 in ihrer normalen Stellung sind, heben sich die Spannung von der positiven Poteiitialquelle und die Spannung der negativen Potentialquelle 118 am beweglichen Abgriff 94 auf und haben keine Einwirkung auf die Stellungen des beweglichen Haltetisches 60. Die normalerweise geschlossenen Kontakte 114 und 120 werden jedoch durch ein innerhalb des Schaltkreises »30 (Figur 1) für die Haltetischbewegung angeordnetes Relais zu einer

die
Zeit geöffnet,/durch das Zeitglied'42 bestimmt ist, um den Vorheizungsabschnitt des Schweißbetriebes zu ermöglichen. Diese Zeit wird ebenfalls durch das Zeitverzögerungsglied 42 gesteuert (Figur 1).

Eine Saginaw-rSchraube 124 ist über ein Schraubgewinde ι mit dem beweglichen!Haltetisch 60 so verbunden, daß

sich die Schraube dreht, wenn der Haltetisch 60 gegenüber dem stationären Haltetisch 48 bewegt wird. Das Ende der

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Saginaw-Schraube 124 ist mit dem Eingang eines Digitalübertragers 26 verbunden. Dieser Übertrager weist eine Scheibe 130 auf, die am und« der Schraube 124 drehbar so montiert ist, daß sie sich mit der Schraube mitdreht j die Seheibe 130 besitzt eine Mehrzahl von Perforationen 132, welche sich durch ihre ilacheeiten erstrecken und zusammen einen Kreis nahe an den Bändern der Scheibe bilden. Eine lampe 134 ist auf einer Seite der Scheibe 130 montiert, während eine Photoselle 136 auf der ande-? ren Seite der Scheibe montiert ist.

Die Photozelle 136 ist in der Nähe des Weges der löcher 132 montiert,welchen die löcher beschreiben, wenn sicia die Scheibe 130 zusammen mit der Saginaw-Söhraube 124 dreht. Der Ausgang der Photozelle 136 ist mit einem Impulsformungskreis 138 verbunden, der Spannungsimpulse an den Voreinstellzähler 32 in Abhängigkeit von Änderungen im Widerstand der Photozelle 136 abgibt. Während sich die Scheibe 132 dreht, gelangt lieht von der lampe 134 durch die löcher 132 der sich in der Nähe der Photozelle 136 ben findiichen Scheibe, welche bewirket daß das licht auf die ^s

Photozelle fällt und ihren. Widerstand ändert. Auf diese Weise empfängt der Yoreinstellzäh^er 32 Impulse, welche die Drehung der Saginaw-Schraube 124 anzeigen, welche widerum proportional zu der seitlichen Bewegung des Haltetisches 60 ist.

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Der Voreinstellzähler 32 kann eine Voreinstellsteuerung mit vier Kanälen aein, wie sie kommerziell erhältlich ist. Dieser Voreinstellzähler 32 weist vier Schalter auf, welche so eingestellt werden können, daß sie bei vorbestimmten Zählwerten schließen. Diese Schalter sind die in dem Schaltkreis 30 für die Haltetiachbewegung verwendeten Schalter, die dazu dienen, den Punktionsgenerator 44 mit der leitung 22 zu verbinden, die zum Servoveratärker 14 führt.

Der Voreinstellzähler 32 wird zwischen den Zyklen rückgestellt, während sich der bewegliche Haltetisch 60 in einer Nullstellung befindet. Der Zähler wird durch einen statischen Impuls vom Zeitglied 42 aktiviert, welcher auch bewirkt, daß die erste Parabelfunktion am Servoverstärker 14 vom Funktionsgenerator 44 aue angelegt wird, wenn der bewegliche Haltetisch 60 seine Vorwärtsbewegung in die Abbrennstellung des Abschmelzschweißzyklus beginnt.

Der Funktionsgenerator 44 ist auch in üblicher Weise aufgebaut und kommerziell erhältlich. Diese Einheit liefert die gewünschten vier Segmente einer parabolischen Wellenform, wie sif bei diesem vorliegenden Anwendungsfall benötigt wird. Die Ausgangswellenformen werden in integrierenden Betriebsveratärkern erzeugt, indem man die Impulsraten einer über Rückkopplungskapazitäten von

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ORIGINAL INSPECTED

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Betriebsverstärkern aufgeprägten Spannung nach einer

vorbestimmten Funktion ändert. Die Einheit hat einen

einzigen Ausgang, der von einer Endstufe eines Betriebeverstärkers kommt.

Jedes parabolische Segment wird durch dießpannung eines integrierenden Betriebsverstärkers in Gang gesetzt, wobei diese* Spannung die Endspannung am vorhergehenden parabolisch en Segment war» Sie Zeit, die vom Beginn eines eineeinen parabolischen Segments bis zum Ende des .Segments verstreicht, ist einstellbar. Dies wird durch die Geschwindigkeit gesteuert, alt der die zu den Eingängen der Betriebeverstärker führenden Kapazitäten aufgeladen werden. Diese Zeit ist an der Steuertafel der Funktionsgeneratorainheit manuell einstellbar.

Die Zeit, zu der einseine Segmente der parabolischen Funktion mit der Ausgangsklemme verbunden werden, wird durch vier,äußere Kontakte separat gesteuert, von denen jeder Kontakt ein individuelles parabolisches Segment steuert. Venn der erete Kontakt geerdet wird, wird die erste parabolische Wellenform vom ersten Segment am Ausgang des Funktionsgtnerators in Gang gesetzt..Wenn der zweite Kontakt geerdet wird, wird die Wellenform Vom ersten parabolischen Segment durch eine zusätzliche Funktion so geändert, daß sie das zweite parabolische

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Segment in Gang setzt. Dieser Prozeß wird bei den beiden anderen Kontakten wiederholt. Natürlich sind bei dieser Ausführungsform der Erfindung die einzelnen Kontakte über die Kontakte dte Voreinstellzählers 32 geerdet.

In Figur 3 ißt ein Diagramm dargestellt, welches die Weise illustriet, mit der die Steuereinheit 10 für die Haltetißchbewegung (Figur 1) die Stellung dee beweglichen HaltetiBcheB 60 steuert. Die Steuereinheit 10 für die Haltetiechbewegung weist «ine hydraulische Druckqruelle 140 aui", welche Fluid an drei Hydraulikzylinder 142_f 144 und liefert. Jeder dieser Cylinder weist eine andere der Stangen 148* 150 und 152 auf, von denen jeweils ein Ende mit dem. beweglichen Haltetiech 60 verbunden ist, und von denen das andere Ende mit einem Kolben von einem der verschiedenen Hydraulikzylinder 142, 144 und 146 verbunden iit.

Von der hydraulischen Druckquelle 140 wird hydraulieches Fluid am Servoventil 164 angelegt. Am Beginn eines Abbrennschweißzyklus wird das Ausgangssignal des Servoveretärkers 14 am Servoventil 164 über die Relaiskontakte 160 angelegt. In Beantwortung dieses Signale legt das Servoventil 164 Fluid am Stangenende des Hydraulikzylinders 144 an, um den beweglichen Haltetisch 60 in seine Vorwärmstellung zurückzubewegen. Ein in dem Schaltkreis 30 (Fig.1)

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für die Haltetischbewegung vorgesehenes Relais hält die normalerweise offenen Relaiskontädse 160 eine bestimmte Zeitlang geschlossen, bis die Werkstücke auf die richtige Temperatur angehoben sind. Danach werden die Relaiskontakte 162 geschlossen.

Wenn die Relaiskontalcte 162 geschlossen werden, wird das Ausgangssignal des Servoverstärkera 14 am Servoventil 164 angelegt. Das Servoventil 164 verbindet dann die hydrau- · lische Druckquelle 140 mit der Kolbenseite des Hydraulikzylinders 144, um den beweglichen Haltetisoh nach vorne in Richtung zu dem stationären Haltstisoh zu bewegen. Das Abschmelzschweißgerät befindet sich ^etzt im Abbrennbeiriebsbereich seines Zyklus. Das Signal vom Servoverstärker bewegt den beweglichen Haltetisch 60 mit exponentiell anwachsender Geschwindigkeit unter der Steuerung der Ausgangssignale des Funktionsgenerators, die weiter oben beschrieben wurde, vorwärts. Bei einer vorbastimmten Stellung, die durch den Voreinstellzähler 32 (Figuren 1 und 2) bestimmt wird, wird das Servoventil 164 geschlossen. Zur · selben Zeit wird jedes der vier fremdgesteuerten Rückschlagventile 166, 168, 170 und 172 durch ein Vierwegemagnetveqtil als Reaktion von Impulsen des Voreinstellzählers ^Vdffnet. Die Ventile 166, 168 und 170 verbinden das unter hohem Druck atehanda hyäraüliaoh» fluid mit dam'

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Kolbenende der Hydraulikzylinder 142, 144 bzw. 146, und das Ventil 172 entlüftet das Stangenende des Hydraulikzylinders 144.

Der Akkumulator 174 enthält unter Druok stehende a fluid der hydraulischen Druckquelle 140 in einer solchen Kenge, die ausreicht, alle drei Zylinder atur gleichen Zeit zu aktivieren. Entsprechend wird der bewegliche Haltetieeh 60 in seine Aufsetzstellung vorwärts bewegt, wo er festgehalten wird, bis die richtige Schweißung ausgebildet ist. Der Druck von den hydraulischen Zylindern wird dann unter der Steuerung eines Signalee eines Zeitgliedea nachgelassen, welches im Schweißgerät in einer an sich bekannten Weise eingebaut ist. Der Sevoverstärker 14 und das Servoventil 164 sind kommerziell erhältlich.

Man erkennt, daß der Hydraulikzylinder 144 dazu dient, unter Druck durch das Servoventil 164 den beweglichen Haltetisch 60 in seine Stempeloffenstellung und in seine Vorheizstellung zurüekzubewegen. Die· Vorwärtsbewegung dee beweglichen Haitetisches in die Abbrennstellung des Schweißzyklus erfolgt unter der Steuerung des zentralen Hydraulikzylinders 144.

Alle drei Zylinder bewegen den beweglichen Haltetisch 60

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während das Aufseteabschnittes des Schweißzyklus vorwärts.

Die Verwendung aller drei Zylinder zu dieser Zeit macht

ea möglich, ein eineigee Servoventil 164 für die Steuerung dar Bewegung des Haltetieohee während des Abbrennens an·teile einer Mehrzahl von Ventilen au verwenden, bei denen* ein Steuersystem vorgesehen 1st, welches aie in gemeinsamem

Betrieb hält, oder bei denen ein viel größeres Servoventil

vorgesehen let, daa sowohl während dea Aufsetzens als auch wärend. des Abbrennens betrieben würde.

Wie man sieht, schafft das Programmierungssystem für den beweglichen Haltetiaoh eines AbsohmelEsohweiegarätes gesiäß der Erfindung eine genaue Steuerung und auch eine reproduzierbare Steuerung während der Bewegung dee beweglichen Haltetieohes» Me Digitalsteuerung über die Bewegungslänge des beweglichen flaltetiachea während des Abbrennb'etriebes kann aufgeieichnet und eu Jeder späteren Seit reproduziert werden, file hängt nicht von Komponenten ab, die altern« so daß sie auch in Zukunft genau reprodtBierbar sind. Die digitalen Einstellungen des Voreins telleählers 32 können su jeder Zeit benutzt werden. Die Änderungen der Bewogungsgeaohwindigkelt des HaltetlBChes innerhalb der durch die digitale Programmiereinrichtung gesteuerten Perioden wird durch ein Analogsystem gesteuert. Der Drift in dem Analogsystem führt nicht zu

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ernsten Veränderungen von Zyklus zu Zyklus, da das Digitalsystem, welches keinen- Drift hat, die Bewegungslänge des beweglichen Haltetisches steuert, die ihrerseits durch jedes Segment des Analogfunktionsgenerators gesteuert wird. Sowohl das Digitalsystem als auch das Analogsystem kann leicht so justiert werden, daß die Einrichtungszeit für das Schweißen zwischen verschiedenen Arten von Jobs gegenüber der Zeit reduziert wird, die notwendig ist, wenn "mechanische Nocken zur Steuerung des Abbrennabschnittes des Schweißzyklus verwendet werden.

Patentansprüche

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Claims (6)

Patentansprüche

1. Vorrichtung zum Abschmelzschweißen mit einem Paar relativ zueinander "bewegbarer Halteklemmen (50, 58) für Werkstücke zum Halten eines ersten und eines zweiten Werkstückes (52, 56), die miteinander verschweißt werden sollen, mit einem Antrieb (10) für die Relativbewegung der Klemmen und einer Geschwindigkeitssteuereinrichtung (14), welche die Geschwindigkeit der Antriebsmittel proportional zur Amplitude elektrischer Signale verändert, die an der Geschwindigkeitssteuereinrichtung angelegt werden, da-durch gekennzeichnet, daß eine erste Generatoreinrichtung (44) zum Erzeugen einer Mehrzahl erster Signale mit variierender Amplitude und eine zweite Generatoreinrichtung (26, 32) zum Erzeugen einer Mehrzahl zweiter Signale vorgesehen sind, welche als Anzeige für die Entfernung der relativ zueinander bewegten Klammern (50, 58) dienen, und daß zur Steuerung der Relativgeschwindigkeit der Klammern sowohl durch die ersten als auch durch die zweiten Signale eine Schalteinrichtung (30) vorgesehen ist, welche auf die zweitem Signale anspricht und wahlweise die ersten Signale an,| die Geschwindigkeitssteuereinrichtung (14) anlegt. !

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2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Generatoreinrichtung (26, 32) einen Impulsgenerator (26) zum Erzeugen von Distanzimpulsen aufweist, deren Anzahl proportional der Bewegungslänge der beweglichen Klammer ist, und daß eine Steuereinrichtung (32jvorgesehen ist, welche' wahlweise verschiedene aus der Vielzahl der ersten Signale in Abhängigkeit einer bestimmten Zahl der erzeugten Diatanzimpulse auswählt.

3. Vorrichtung nach Anspruch! oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß* die erste Generatoreinrichtung einen ersten Punktionsgenerator (46A) zum Erzeugen einer exponentiell anwachsenden ersten Spannung und einen zweiten Funktionsgenerator (46B) zum Erzeugen einer zweiten exponentiell wachsenden Spannung aufweist, wobei der Wert der Anfangsamplitude gleich dem Wert der Endamplitude der ersten exponentiell anwachsenden Spannung ist, und daß die Schalteinrichtung (30) nacheinander die erste und die zweite exponentiell anwachsende Spannung an eine gemeinsame Ausgangsklemme in Beantwortung verschiedener Signale aus der Mehrzahl der zweiten Signale anlegt.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß

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die Antriebseinrichtung (10) eine Mehrzahl von Hydraulikzylindern (142, 144-, 146) aufweist, die zwischen die Klemmen zwischengeschaltet sind, und von denen jeder bei Druckwechsel beweglich"ist, und daß eine Quelle' für unter Druck stehendes Fluid (140^ und ein Servoventil (164) vorgesehen sind, welches die Quelle für das uirter Druck stehende Fluid mit wenigstens einem der Hydraulikzylinder verbindet.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Generator eine Schraubeinrichtung (124) aufweist, die über eine Schraubverbindung so an eine der Klemmen (50, 58) angebracht ist, daß sie sich dreht, wenn eich eine der Klemmen longitudinal gegenüber der anderen bewegt, daß eine Scheibe (130) an der Schraubeinrichtung so angebracht ist, daß sie sich mit dieser dreht, daß diese Scheibe eine Mehrzahl von öffnungen (132) aufweist und eine Lampe (134) auf einer Seite der Scheibe montiert ist, während eine photoelektrische Zelle (136) auf der anderen Seite der Scheibe so montiert ist, daß licht von der Lampe auf 4ie photoelektrische Zelle durch die öffnungen auffällt, wenn sich die Scheibe dreht, daß mit der photοelektrischen Zelle eine Impulsformschaltung (138) zum Erzeugen einer Mehrzahl von Impulsen in Ab-

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vorbestimmten Kraft zusammenpreßt, um dadurch eine feste Schweißung sicherzustellen.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Bewegungsgeschwindigkeit der Werkstücke aufeinander zu gemäß einer exponentiell anwachsenden Spannungswellenform variiert

b. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekenn zeich η et, daß eine Mehrzahl der exponentiell anwacnsenden Wellenformen nacheinander erzeugt und die verschiedenen exponentiell anwachsenden Wellenformen so ausgewählt werden, daß sie die Bewegungsgeschwindigkeit der Werkstücke aufeinander zu in Abnängigkeit einer vorbestimmten Zahl fester Zuwachsstrecken der Helativbewegung der Werkstücke bestimmen.

bad

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hängigkeit von Änderungen im Widerstand der photoelektrischen Zelle infolge des darauf durch die Öffnungen in der rotierenden Scheibe intermittierend auffallenden Lichtes verbunden ist, daß ein Zähler (230) mit einer Eingangsklemme und einer Mehrzahl von Ausgangsklemmen vorgesehen ist, daJ3 eine Eingangsklemme mit dem Ausgang der Impulsformschaltung so verbunden ist, daß der Zähler die durch die Impulsformschaltung erzeugten Impulse so abzählt, und daß eine Verbindungseinrichtung (34) vorgesehen ist, welche bestimmte vorbestimmmte Ausgangsklemmen des Zählers mit der Schalteinrichtung so verbindet, aaß üie ersten Signale gemäß der Einstellung der Verbindungs einrichtung und der Zahl der in der Eingangsklemme des Zählers empfangenen Impulse ausgewählt werden.

6. Verfahren für das Abbrennschweißen, bei dem ein erstes Werkstück einen festen Abstand von einem zweiten Werkstück hat und eine Spannung zwischen dem ersten und dem zweiten Werkstück angezegt wira, dadurch gekennzeichnet, daß man die Werkstücke relativ zueinander mit einer Geschwindigkeit bewegt, die zwischen einer ersten Stellung und einer zv/eiten Stellung, bei der sich die V/erkstücke näher zueinander befinden, exponentiell verändert, und daß man die Bewegungsveränderung der Bewegung in Destimmten Abständen des ersten v/erkstückes vom zv/eiten ftjericstuck veräncört und die Werkstücke mit einer

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