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Widerstandsschweißgerät Die Erfindung betrifft ein Widerstandsschweißgerät
mit einem Wechselstromsteller zur Steuerung des Schweißstromes, einem Strom- und
einem Spannungsfühler zur Erfassung des Schweißstromes, einem Multiplizierer, der
den Ausgängen des Strom-und Spannungsfühlers nachgeschaltet ist und einem nach jeder
Halbwelle der speisenden Wechselspannung zurückgestellten Integrator, der mit dem
Ausgang des Multiplizierers verbunden ist und dessen Ausgang einer mit einem Sollwertgeber
verbundenen Addierstufe zugeführt ist, der ein Regler für den Wechselstromsteller
nachgeschaltet ist.
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Ein solches Widerstandsschweißgerät, bei dem die dem Schweißpunkt
zugeführte Energie geregelt wird, ist aus der DT-OS 2 219 229 bekannt. Bei diesem
Gerät werden Strom und Spannung mit den entsprechenden Meßfühlern erfaßt und dem
Multiplizierer zugeführt, an dessen Ausgang ein Signal ansteht, das die zugeführte
Leistung repräsentiert. Dieses Signal wird in dem nachgeschalteten Integrator während
einer oder mehrerer Halbwellen der speisenden Wechselspannung integriert. Damit
erhält man ein Signal, das die in jeder Halbwelle oder in mehreren Halbwellen zugeführte
Energie repräsentiert. Der Integrationswert wird am Ende der jeweils vorgegebenen
Integrationszeit, d.h. nach einer oder mehreren Halbwellen, abgefragt und in einem
Speicher gespeichert, wobei gleichzeitig der Integrator zurückgestellt wird.
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Der Speicher ist mit der Additionsstufe verbunden und dient als Istwertgeber
für den Regler. Er wird nach einer Speicherzeit zurückgestellt, die kleiner als
die Integrationszeit ist. Für die Regelung ist es vorteilhaft, den Integrator nach
jeder Halbwelle abzufragen und zurückzustellen. Soll lediglich eine Anzeige der
bei der Schweißung zugeführten Gesamtenergie erfolgen, so ist üoer mehrere Halbwellen
zu integrieren.
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Bei dem bekannten Widerstandsschweißgerät wird die Energie mit dem
Regler während der gesamten Dauer einer Schweißung konstant gehalten. Dies entspricht
nicht der vom zeitlichen Schweißverlauf geforderten Energie, die eine Funktion der
Zeit ist. Auch bei dem bekannten Widerstandsschweißgerät wird man daher noch mangelhafte
Schweißpunkte erhalten.
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Es besteht die Aufgabe, ein Widerstandsschweißgerät der eingangs genannten
Art so auszubilden, daß die zugeführte Energie dem vom Schweißvorgang geforderten
zeitlichen Energieverlauf weitgehend entspricht.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß der Sollwertgeber
eine Rechenschaltung ist, der mit Gebern Signale zugeführt sind, die die Dauer und
die Gesamtenergie einer Schweißung und die Anzahl der bei einer Schweißung bereits
gezählten Halbwellen repräsentieren und die in Abhängigkeit von diesen Signalen
nach einer vorgegebenen Beziehung, die den zeitlichen Energieverlauf der Schweißung
repräsentiert, den Sollwert bildet. Vorzugsweise ist als Beziehung für den zeitlichen
Energieverlauf die zeitliche Widerstandsänderung eines Schweißpunktes während der
Schweißung vorgegeben.
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Bei dem erfindungsgemäßen Widerstandsschweißgerät wird nach jeder
Halbwelle die von der vorgegebenen Beziehung und den eingegebenen Größen abhängige
Energie für die nächste Halbwelle errechnet und dem Regler als Sollwert vorgegeben.
Mit dem zeitlichen Widerstandsverlauf eines Schweißpunktes läßt sich diese zeitabhängige
Sollwertvorgabe mittels der Rechenschaltung in besonders einfacher Weise realisieren.
Mangelhafte Schweißpunkte sind mit dieser Sollwertvorgabe praktisch ausgeschlossen.
Die Schweißenergie kann für jeden Schweißpunkt, d.h. für die gesamte Dauer einer
Schweißung konstant gehalten werden. Mit dieser Regelung werden Netzspanziungsschwankungen,
abnehmender Sc#hweißdruck, mit dem der Widerstand eines Schweißpunktes, seine Leistungsaufnahme
und die Schweißspannung steigt, die Elektrodenabnützung, mit der der Widerstan4m^chweißpunkt
sinkt und der Einfluß
unterschiedlicher Blechoberflächen ausgeregelt,
der sich in einer Widerstandsänderung des Schweißpunktes auswirkt. Außerdem erfaßt
die Regelung den Einfluß unterschiedlicher Sekundärimpedanzen, die wegen des Einbringens
von Eisengut auftreten und mit denen sich vor allem der Schweißstrom ändert.
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Bei dem erfindungsgemäßen Widerstandsschweißgerät wird nach jeder
Halbwelle der Zündwinkel für die Thyristoren des Wechselstromstellers entsprechend
dem errechneten Sollwert nachgestellt.
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Vorzugsweise ist zwischen die Addierstufe und die Regelungsvorrichtung
eine Begrenzungsstufe geschaltet, mit der eine maximale Verstellgeschwindigkeit
für die Zündwinkel der Thyristoren einzustellen ist. Damit wird verhindert, daß
durch Uberschreitung einer maximalen Verstellgeschwindigkeit der Schweißtransformator
einseitig magnetisiert wird und damit überströmte auftreten.
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Neben dem nach jeder Halbwelle zurückgestellten Integrator kann ein
zweiter Integrator dem Multiplizierer nachgeschaltet sein, der nach Ablauf jeder
Schweißung zurückgestellt wird, wobei der Ausgang des zweiten Integrators einer
Vergleichs- und Melde ein richtung zugeführt ist, an die ein Sollwert geführt ist
und deren Ausgang mit einem Sperreingang des Steuersatzes für den Wechselstromsteller
verbunden ist. Durch diese zweite Integration wird die Gesamtenergie einer Schweißung
erfaßt und mit der Vergleichs- und Meldeeinrichtung, der die Gesamtenergie der Schweißung
als Sollwert zugeführt ist, wird der Steuersatz für den Wechselstromsteller gesperrt,
wenn die gemessene Gesamtenergie der Schweißung vom Sollwert abweicht. Dann kann
beispielsweise von Hand die Periodenzahl der Schweißung oder die Gesamtenergie nachgestellt
werden.
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Im folgenden wird das erfindungsgemäße Widerstandsschweißgerät beispielhaft
anhand der Figuren 1 und 2 näher erläutert.
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Figur 1 zeigt das Blockschaltbild eines erfindungsgemäßen Widerstandsschweißgerätes.
An die Klemmen 1 einer Wechselstromquelle ist die Primärwicklung 2a eines Schweißtransformators
2 über
einen Wechselstromsteller 3 angeschlossen, der aus antiparallel
geschalteten Thyristoren 3a und Db aufgebaut ist. Die Sekundärwicklung 2b des Schweißtransformators
2 ist mit zwei Schweißelektroden 4a und 4b verbunden, zwischen deren Spitzen sich
zwei Bleche 5 als Schweißgut befinden. Im Stromkreis, der die Schweißelektroden
4a und 4b versorgt, ist als Stromfühler für den Schweißstrom ein Stromwandler 6
angeordnet. Dieser Stromwandler 6 kann auch in den Primärkreis geschaltet sein.
Unmittelbar mit den Schweißelektroden 4a und 4b ist ein Spannungsfühler 7 verknüpft,
mit dem die Schweißspannung erfaßt wird. Die Ausgänge des Stromwandlers 6 und des
Spannungs fühlers 7 sind mit den Eingängen eines Multiplizierers 8 verbunden, mit
dem die Augenblickswerte des Schweißstromes und der Schweißspannung multipliziert
und damit die Leistung U . I gewonnen wird. Der Ausgang des Multiplizierers 8, an
dem das Signal ansteht, das die Leistung repräsentiert, ist einem ersten Integrator
9 und einem zweiten Integrator 10 zugeführt, mit denen die Energie als fludt gewonnen
wird.
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Der Integrator 9 wird über einen Eingang 9a nach jeder Halbwelle der
speisenden Wechselspannung zurückgestellt. Der Integrator 10 wird über den Eingang
lOa nach Ablauf der gesamten Schweißung, d.h. nach der für die betreffende Schweißung
eingestellten Periodenzahl der speisenden Wechselspannung zurückgestellt.
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Der Ausgang des Integrators 9, der nach jeder Halbwelle zurückgestellt
wird, ist mit einer Additionsstufe 11 verbunden, die außerdem noch mit dem Ausgang
eines Sollwertgebers 12 verknüpft ist. Der Sollwertgeber 12 ist eine Rechenschaltung.
Dem Sollwert geber 12 ist über eine Leitung 13 die für die Schweißung vorgegebene
Periodenzahl der speisenden Wechselspannung zugeführt, die einer Regelungs- und
Steuerungsvorrichtung 14 eingegeben wird. Diese Regelungs- und Steuerungsvorrichtung
14 ist in der Figur summarisch dargestellt. Sie enthält den Steuersatz für die Thyristoren
des Wechselstromstellers 3 und die Regelvorrichtung zur Ansteuerung des Steuersatzes
und ist in handelsüblicher Weise ausgeführt, sie wird auch mit Ablaufsteuerung bzw.
Schweißtakter bezeichnet. Von der Regel- und Steuerungsvorrichtung 14 wird nach
Ablauf jeder Halbwelle der steuernden Wechselspannung
ein Signal
abgegeben, das einem Zähler 15 zugeführt ist, dessen Ausgang ebenfalls mit dem Sollwertgeber
12 verbunden ist. Außerdem ist ein weiterer Sollwertgeber 16 angeordnet, mit dem
die Gesamtenergie der Speisung vorgegeben ist. Ein Ausgang dieses Gebers 16 ist
ebenfalls mit einem Eingang des Sollwertgebers 12 verbunden. Dem Sollwertgeber 12,
der beispielsweise ein Analogrechner sein kann, ist eine Beziehung vorgegeben, die
dem zeitlichen Energieverlauf einer Schweißung entspricht. Nach den praktischen
Erfahrungen kann man davon ausgehen, daß der Schweißstrom sich praktisch nahezu
wie ein eingeprägter Strom verhält.
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Anstelle des zeitlichen Energieverlaufs kann man daher den zeitlichen
Widerstandsverlauf eines Schweißpunktes als Beziehung für den Rechner 12 vorgeben,
der in Figur 2 als Funktion R (t) aufgezeichnet ist. Mit dem Sollwertgeber 12 wird
nach dieser Beziehung R (t) in Abhängigkeit von der eingestellten Periodenzahl,
der eingestellten Gesamtenergie für die Schweißung in einer Halbwellenbewertung
für jede mit dem Halbwellenzähler 15 gezählte Halbwelle ein Energiewert berechnet,
der dem Verlauf gemäß Figur 2 entspricht. Damit wird vermieden, daß dem Schweißpunkt
in jeder Halbwelle die gleiche, konstante Energie zugeführt wird, was zu mangelhaften
Schweißpunkten führen kann. Es wird vielmehr erreicht, daß bei der Schweißung in
jedem Zeitpunkt die Energie zur Verfügung steht, die dem zeitlichen Verlauf der
Schweißung entspricht. Die Güte der Schweißung wird damit optimiert und mangelhafte
Schweißpunkte treten praktisch nicht mehr auf. Weiterhin ist jedoch erreicht, daß
die bei jeder Schweißung zugeführte Gesamtenergie konstant bleibt und dem mit dem
Geber 16 eingestellten Wert entspricht.
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Der Ausgang der Additionsstufe 11 ist über eine Begrenzungsstufe 17
dem Steuereingang der Regel- und Steuervorrichtung 14 zugeführt. Mit der Begrenzungsstufe
17 wird eine maximale Verstell-Peschwindigkeit für die Zündwinkel der Thyristoren
3a und 3b vorgegeben. Würde diese maximale Verstellgeschwindigkeit nicht eingehalten
bzw. überschritten, so könnte der Schweißtransformator einseitig magnetisiert werden,
was zu Uberströmen und damit wieder zu mangelhaften Schweißpunkten führen könnte.
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Der Ausgang des zweiten Integrators 10, der nach dem Ablauf der Schweißung,
d.h. nach der für die Schweißung eingestellte Periodenzahl zurückgestellt wird,
ist mit einer zweiten Additionsstufe 18 verbunden, die auch mit dem Geber 16 verbunden
ist, mit dem die Gesamtenergie für die Schweißung vorgegeben ist. Mit dem Integrator
10 wird die dem Schweißpunkt tatsächlich zugeführte Gesamtenergie erfaßt. Diese
tatsächliche Gesamtenergie wird in der Additionsstufe 18 mit dem Sollwert für die
Gesamtenergie verglichen. Die Additionsstufe 18 ist mit einer Meldeeinrichtung 19
verbunden, die anspricht, wenn die tatsächliche Gesamtenergie die vorgegebene Gesamtenergie
über- oder unterschreitet. Uber eine Leitung 20, die an einen Eingang der Regel-
und Steuerungsvorrichtung 14 geführt ist, wird bei einer Abweichung der tatsächlichen
Gesamtenergie von der vorgegebenen Gesamtenergie der Steuersatz für die Thyristoren
Da und 3b des Wechselstromstellers gesperrt. Außerdem stehen an Ausgängen 17a bis
17c jeweils Signale an, wenn die tatsächliche Gesamtenergie der vorgegebenen entspricht
oder wenn die tatsächliche Gesamtenergie die vorgegebene Gesamtenergie über- oder
unterschreitet. Aufgrund dieser Meldung kann dann entweder die vorgegebene Periodenzahl
geändert oder die vorgegebene Gesamtenergie neu eingestellt werden, womit die Sperre
für den Steuersatz gelöst wird.
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Zusammenfassend ist festzustellen, daß mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung
ein energiegeregelter Schweißtakter entwickelt wurde, mit dem die Energie während
des Schweißvorganges für einen Schweißpunkt konstant gehalten wird. Dabei wird für
die Regelung ein Sollwert benutzt, der entsprechend dem geforderten zeitlichen Energieverlauf
für die Schweißung bzw. entsprechend dem zeitlichen Widerstandsverlauf für jede
Halbwelle einen errechneten Sollwert vorgibt. Hierzu wird als Istwert mit einem
Integrator die pro Halbwelle zugeführte Energie erfaßt. Außerdem werden mit einer
Begrenzung der Zündwinkelverschiebung Uberströme vermieden. Schließlich wird mit
einem zweiten Integrator die Energie pro Schweißpunkt erfaßt, womit in einfacher
Weise eine Nachstellung, beispielsweise von Hand ermöglicht wird.
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4 Patentansprüche 2 Figuren