Hydraulische Schweisspresse zum elektrischen Widerstandsschweissen mit einer Steuereinrichtung für den Druckverlauf im Presszylinder Es sind verschiedene Typen der hydraulischen Schweisspressen zum elektrischen Widerstands- schweissen bekannt. Sie bestehen grundsätzlich aus einer festen unteren Elektrode, auf welche die zum Schweissen bestimmten Gegenstände in eine Schweiss- position gelegt werden, und anderseits aus einer be weglichen oberen Elektrode.
Die bewegliche obere Elektrode ist durch einen Kolben eines hydraulischen Zylinders betätigt, und mittels desselben werden die zum Schweissen bestimmten Gegenstände im Verlauf des ganzen Prozesses durch eine zweckmässige An- presskraft angepresst. Diese Anpresskraft wird durch eine den hydraulischen Zylinder mit dem Kolben be- tätigende Einrichtung gesteuert. Dieser Zylinder wird ein Presszylinder genannt. Der Verlauf der Anpress- kraft kann in vier Arbeitsstufen geteilt werden.
Zu erst wird die sogenannte Anpresspannkraft, durch welche die zum Schweissen bestimmten Gegenstände vor dem Schweisstromdurchgang kräftig gepresst werden. Dann wird die Anpresskraft auf den Wert, der zum Schweissen geeignet ist, herabgesetzt, welche oft eine Schweissanpresskraft genannt wird. Bei die ser Anpresskraft beginnt der elektrische Schweiss- strom durch die zum Schweissen bestimmten Teile durchzugehen.
Vor der Beendigung des Schweiss- stromdurchganges erhöht sich diese Anpresskraft, bis sie den Sollwert erreicht, das heisst eine Stauchan- presskraft, durch welche die zum Schweissen be stimmten Teile im Augenblick der besten Einschmel zung der zum Schweissen bestimmten Flächen ge- presst werden sollen, wenn der Schweisstromdurch- gang unterbrochen wird. Nach dem Anpressen der zum Schweissen bestimmten Gegenstände durch die Stauchkraft folgt eine Verminderung des Anpressens des zum Schweissen bestimmten Gegenstandes durch eine sogenannte Schmiedeanpresskraft.
In manchen Fällen, besonders beim Schweissen von Stahlmateria lien mit einem Kohlenstoffinhalt von mehr als 0,2 0/o kommt es im Schweissverlaufe zum Einhärten der Schweissverbindung, und es ist deshalb notwendig, solche Schweissverbindung auszuglühen. Dieses Ausglühen wird in der Schweisspresse gleich nach dem Anpressen der zum Schweissen bestimmten Ge genstände bei einer herabgesetzten Anpresskraft und bei dem sogenannten Glühstromdurchgange durch geführt, welcher niedriger als der Schweisstrom ist und regelmässig pulsierend, das heisst unterbrochen durchläuft. In diesem Falle ersetzt das Glühen des zum Schweissen bestimmten Gegenstandes sein Schmieden.
Der richtige Verlauf der Anpresskraft und das Abstimmen dieses Verlaufes mit dem Schweisstrom- durchgang hat eine wesentliche Bedeutung für die Qualität der Schweissverbindung, wobei die Dauer der Wirkung der einzelnen Anpresskräfte auf sehr kurze Zeitintervalle begrenzt ist, manchmal nur auf Sekundenbruchteile. Dies verlangt eine sehr genaue und zuverlässige Steuerung des Anpressverlaufes der zum Schweissen bestimmten Gegenstände und des Schweisstromdurchganges.
Es werden regelmässig zum Einschalten und Ausschalten des Schweisstro- mes elektronische Zeitrelaiseinrichtungen verwendet, auf welchen die Stromdurchgangszeit im vornehinein eingestellt werden kann. Zur Steuerung des Pro- grammverlaufes der Anpresskraft im Verlaufe des Schweissprozesses werden hydraulische Druckregler so verwendet, dass jeder von ihnen einen Druckgrad bestimmt, welcher der zugehörigen verlangten An- presskraft entspricht.
Die hydraulischen Druckregler werden zum Pressraum des hydraulischen Zylinders entweder parallel oder in Serien in einer Rohrleitung hintereinander oder kombiniert angeschlossen, wie es z. B. in den tschechoslowakischen Patenten Nr. 90327 und 85732 beschrieben ist.
Diese Einrichtungen sind ziemlich kompliziert und es ist bei ihnen unmöglich, den Programmverlauf der Anpresskraft mit dem Schweisstromdurchgang, besonders seine Beendigung in Übereinstimmung zu bringen.
Weiter ist eine Einrichtung bekannt, bei welcher der Anfang der Wirkung der Stauchanpresskraft von gewisser Länge des abgeschmolzenen Materials des zum Schweissen bestimmten Gegenstandes abgeleitet ist, wobei die Unterbrechung des Schweisstromdurch- ganges mit einem optischen Wärmefühler abgeleitet wird. Diese Einrichtung ist zum Schweissen von Materialien grosser Querschnitte sehr vorteilhaft. Sie ist aber nicht ganz zuverlässig beim Schweissen der Gegenstände kleiner Querschnitte oder von Materia lien mit einer engen Zone von Plastizität, wie es der Fall ist mit manchen legierten Stählen.
Der Gegen stand der Erfindung ist eine hydraulische Schweiss- presse zum elektrischen Widerstandsschweissen, mit einer Einrichtung für den Druckverlauf im Presszy- linder.
Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass an den Arbeitsraum des hydraulischen Zylinders zwei zweistufige Druckregler über einen Vierwegverteiler hydraulisch angeschlossen sind, von welchen der eine Regler den Aufspann- und den Schweissdruck und der andere Regler den Stauch- und den Schmiede- oder Glühdruck bestimmt,
wobei der Regler zum Be stimmen des Aufspann- und des Schweissdruckes mit einem hydraulischen Zeitrelais mit einem Schalter zum Einschalten des Schweisstromes und der Regler zum Bestimmen des Stauch- und des Schmiededruk- kes mit einem anderen hydraulischen Zeitrelais mit einem Schalter zum Annullieren des Druckes in dem Arbeitsraum des hydraulischen Zylinders und zur Unterbrechung des Schweisstromes versehen ist.
Die Erfindung ist in Einzelheiten auf der hydrau lischen Schweisspresse nach der Beispieldarstellung auf den Fig. 1 und 4 erklärt. Es zeigen: Fig. 1 eine hydraulische Schweisspresse in sche matischer Darstellung, Fig. 2 in einem Längsschnitt den verschiebbaren Verteiler zur Steuerung des Zuflusses und Abflusses des Druckmittels in den Hauptpresszylinder in sche matischer Darstellung, Fig. 3 schematisch einen zweistufigen Druckreg ler im Längsschnitt, Fig. 4 schematisch ein hydraulisches Zeitrelais im Längsschnitt, Fig. 5 in einem Diagramm einen Verlauf der An- presskraft und des Schweisstromes während des Schweissens ohne Glühen und Fig.
6 in einem Diagramm einen Verlauf der An- presskraft und des Schweisstromes während des Schweissens mit Glühen.
Die beispielsweise hydraulische Schweisspresse nach der Erfindung, welche in den Fig. 1 bis 4 darge stellt ist, besteht grundsätzlich aus einem Presszylin- der 1 mit einem Presskolben 2, auf welchem eine be wegliche Elektrode 3 angebracht ist; eine untere un bewegliche Elektrode 4 ist fest gegen diese bewegli che obere Elektrode angebracht. Auf der unteren un beweglichen Elektrode sind die zum Schweissen be stimmten Gegenstände 5 und 6 gelegt, welche in dem Stande vor dem Schweissen dargestellt sind. Die Elektroden 3 und 4 sind an den Sekundärkreis 7 des Schweissumwandlers 8 angeschlossen, dessen Primär wicklung 9 an die Quelle 10 des elektrischen Stromes mittels einer elektronischen Steuerung 11 angeschlos sen ist.
An den Arbeitsraum 14 des Presszylinders 1 über den Presskolben 2 ist durch eine hydraulische Rohr leitung a und an den Hubraum 15 unter dem Press- kolben 2 des Presszylinders 1 durch eine hydrauli sche Rohrleitung b ein Verteiler 12 angeschlossen, welcher durch die Rohrleitung c an die Pumpe 13 angeschlossen ist, welche durch die Rohrleitung d mit dem Behälter 16 verbunden ist. Der Schieber des Verteilers 12 ist in einer Richtung durch den Elektro magneten 17 und in der anderen Richtung durch die Feder 18 verstellbar.
Der Arbeitsraum 14 des hydraulischen Zylinders 1 ist durch die Rohrleitung c' mit dem zweiten Verteiler 19 verbunden, welcher diesen Arbeitsraum 14 des Presszylinders 1 über die Rohrleitung<I>a'</I> bzw.<I>b'</I> mit den Druckreglern 20 bzw.21 wechselnd verbindet. Der Verteiler 19 ist ähnlich wie der Verteiler 12 ausgeführt und ist durch einen Elektromagneten 22 und eine Feder betätigt, welche ähnlich wie die Feder 18 des Verteilers 12 ist.
Hinter dem Druckregler 20 ist an die Leitung e ein hydraulisches Zeitrelais 23 eingebaut, welches durch eine andere Leitung g an den Behälter 16 ange schlossen ist. Das hydraulische Zeitrelais 23 betätigt Endschalter 24 und 25.
Gleichfalls ist an den Druckregler 21 über die Leitung fein hydraulisches Zeitrelais 26 angeschlos sen, welches durch eine weitere Leitung h mit dem Behälter 16 verbunden ist. Das hydraulische Zeitre lais 26 betätigt wieder weitere Endschalter 27 und 28. Der Endschalter 24 ist über einen Schalter 32 an die elektronische Steuerung 11 über einen Regler 33 der Unterbrechung so angeschlossen, dass er einen Impuls zum Schweisstromübergang erteilt. Der End- schalter 25 betätigt den Elektromagneten 22 des Ver teilers 19.
Der Endschalter 27 des hydraulischen Zeit relais 26 ist mit der Spule des elektrischen Relais 31 elektrisch verbunden, welches entweder ein Potentio- meter 29, welches die Intensität des Schweisstromes 11 bestimmt, oder ein Potentiometer 30, welches einen herabgesetzten Glühstrom 12 bestimmt, wech selnd einschaltet. Der Endschalter 28 betätigt einer seits den Elektromagneten 17 des Verteilers 12 und anderseits die Spule des Schalters 32, welcher in den Kreis des Endschalters 25 zum Einschalten des Schweisstromes eingereiht ist.
In dem Kreis des End- schalters 28 befindet sich ein Schalter 34, welcher den Impuls zum Anfang des Schweissens erteilt.
An den Arbeitsraum 14 des Presszylinders 1 ist ein Manometer 52 angeschlossen, welches den Press- druck anzeigt. In dem Manometer 52 ist eine Lampe 51 angebracht, welche elektrisch an den Primärkreis 9 des Schweissumwandlers 8 so angeschlossen ist, dass beim Durchgang des Schweisstromes die Lampe leuchtet, was eine visuelle Kontrolle des Durchganges des Schweiss- oder Glühstromes und den Durchgang der Anpresskraft ermöglicht.
Die Verteiler 12 und 19 sind gleichfalls in einer an sich bekannten Art als vierwegige Verteiler aus geführt, deren Kolben durch den Elektromagnet 17, bzw. 22 und die Feder 18 einstellbar ist.
Die zweistufigen Druckregler 20 und 21 sind wie der in einer an sich bekannten Art durchgeführt. Sein Kegel 35 ist auf den Sitz von einem Durchmesser dl durch eine Feder 36 angedrückt, welche durch eine Schraube 37 einstellbar ist. In einer Seitenwand der Druckregler 20 und 21 ist eine Öffnung 39 herge stellt. Bei der Druckerhöhung in der Zuleitung a' des Reglers 20 entsteht zuerst ein Druck, welcher der Spannanpresskraft P1, d. h. der Federkraft 36 und der Sitzfläche von einem Durchmesser dl entspricht. Wenn dieser Druck erreicht ist, wird der Kegel 35 aufgehoben und die Druckflüssigkeit beginnt auf die Durchmesser d2 zu wirken, sie drückt sie in die Rich tung nach oben ab und fliesst durch die Öffnung 39 in die Rohrleitung e und in das hydraulische Zeitre lais 23.
Die hydraulische Zeitrelaiseinrichtung 23 bzw. 26 ist wieder in einer an sich bekannten Art ausgeführt. In der unteren Wand seines Körpers ist eine Öffnung 40 zum Anfluss der Leistungsflüssigkeit in die Kam mer unter den kleinen Kolben 41 angebracht, wel cher durch eine Rückführfeder 43 in der Richtung nach unten gedrückt ist. In der zweiten oberen Kam mer des Körpers ist ein zweiter kleiner Kolben mit einer Feder 44 vorgesehen, welche mit ihrem unteren Ende auf der Kolbenstange des kleinen Kolbens 41 ruht. Der Raum 46 über dem kleinen Kolben 45 ist über ein Regelventil 47, welches mit einer Regel schraube 48 versehen ist, mit einem Behälter 50 so verbunden, dass das Öl bei dem Drücken des kleinen Kolbens 45 in der Richtung nach oben aus dem Raum 46 in den Behälter 50 entweichen kann.
Die untere Kammer des Körpers des hydraulischen Zeit relais 23 bzw. 26 ist mit einer Öffnung 42 versehen, an welche eine Rohrleitung g bzw. h angeschlossen ist. Der kleine Kolben 45 ist mit einem Ansatz 49 versehen, welcher die Schalter 24 und 25 so betätigt, dass bei dem Drücken des kleinen Kolbens 45 in der Richtung nach oben diese Kontakte nach einem ge wissen Weg nacheinander eingeschaltet werden.
Die hydraulische Schweisspresse zum Wider- standsschweissen nach der Erfindung kann zum Schweissen ohne Glühen oder mit Glühen verwendet werden, wobei dieses Glühen gleich nach der Beendi gung des einzelnen Schweissens, das ist nach der Be endigung des Schweisstromdurchganges, durch geführt wird. Der Verlauf der Anpresskraft, durch welche die zum Schweissen bestimmten Gegenstände im Laufe des Schweissens nach einem gewissen Pro gramm gedrückt werden, wird auf den Diagrammen 5 und 6 durch eine Linie P dargestellt und der Verlauf des Schweiss- bzw. auch des Glühstromes wird durch eine Linie I mit einem ausgeschrafften Felde in einer Zeit t bezeichnet, welche auf einer Horizontalkoordi nate 0x aufgetragen ist.
Die Indexziffern bei den Grundbezeichnungen P, 1,<I>t</I> bezeichnen die Teilwerte der Anpresskraft, des elektrischen Stromes und der Zeit. Die Diagramme werden bei der Beschreibung der Funktion der hydraulischen Schweisspresse nach der Erfindung erleuchtet.
Durch das Einschalten des Schalters 34 bei lau fender Pumpe 13 wird der Verteiler so eingestellt, dass die Durchflüssigkeit von der Pumpe 13 in den Arbeitsraum 14 des Presszylinders 1 fliesst und aus dem Raum 15 in den Abfall abfällt, der Presskolben 2 in der Richtung von unten nach oben sich bewegt. Der Elektromagnet 22 ist ohne Strom und der Vertei ler 19 verbindet den Arbeitsraum 14 des Presszylin ders 1 mit dem Druckregler 20, welcher die Druck- grösse bestimmt, die der sogenannten Spannanpress- kraft, die auf den Diagrammen 5 und 6 durch die Be messung P1 bezeichnet ist, entspricht.
Nach Abdrük- kung des Kegels 35 des Druckreglers 20 und nach dem Eindringen der Flüssigkeit in diesen Regler wird die Anpresskraft auf dem Werte der sogenannten Schweissanpresskraft stabilisiert, welche auf den Dia grammen 5 und 6 durch die Bemessung P2 bezeich net ist.
Wenn die Schweissanpresskraft P2 erreicht wird, werden die Kontakte 24 durch die Wirkung des hydraulischen Zeitrelais 23 nach dem Zeitablauf t1, das heisst in dem Punkt A des Diagrammes 5 und 6 eingeschaltet, und so erteilen sie einen Impuls der elektronischen Steuerung zur Verbindung des Schweisstromkreises.
Weil die Schalterkontakte 24 an die elektronische Steuerung 11 über einen an sich bekannten Regler 33 der Unterbrechung angeschlos sen sind, schaltet die angeführte elektronische Steue rung 11 den Schweisstrom nur nach einem gewissen Zeitintervall t2 ein, welches auf dem Regler 33 der Unterbrechung einstellbar ist. Der Anfang der Schweisstromwirkung ist durch den Punkt B bezeich net.
Nach einem Zeitablauf t5 nach dem Einschalten der Schalterkontakte 24 werden durch eine weitere Bewegung des Kolbens 45 mit dem Ansatz 49 die Schalterkontakte 25 eingeschaltet; dadurch bekommt der Elektromagnet 22 den Strom und verstellt den verschiebbaren Verteiler 19 so, dass er im Punkte C des Diagrammes den Pressraum 14 des Presszylin ders 1 mit dem Druckregler 21 verbindet. Nach einer Konstantzeit, welche auf den Diagrammen 5 und 6 durch t4 bezeichnet ist, steigt im Punkte D der Druck in dem Zylinder 1 auf einen Wert, welcher der Stauch- anpresskraft P3 entspricht.
Dieser Druck wirkt als ein Spitzendruck und sinkt sofort auf einen Wert, welcher der sogenannten Schmiedeanpresskraft P4 entspricht, welche im Punkte E nach dem Zeitablauf t6 annulliert wird. Die Zeit t4 ist durch den Verzöge- rungseffekt des hydraulischen Systemes von dem Augenblick der Einstellung des Verteilers 19 gege ben.
Wie es beschrieben wurde, ist die Zeit t2 stufen los durch den Regler 33 der Unterbrechung oder durch eine andere an sich bekannte Art einstellbar und die Zeit t5 ist wieder stufenlos mittels der Schraube 48 des hydraulischen Zeitrelais 23 einstell bar. Durch Regulieren von diesen zwei Zeiten t2 und t5 ist es also möglich, die Position der Druckspitze, welche der Stauchanpresskraft P3 mit Rücksicht auf den Schweisstromverlauf entspricht, einzustellen oder zu ändern.
Es ist vorteilhaft, in grösstem Masse, wenn ein Maximum der Stauchkraft P3 genau auf dem Ende des Schweisstromüberganges 11 wirkt, d. h. im Punkte D, wenn die Temperatur in der gebil deten Schweissverbindung die vorteilhafteste ist. Das Aussuchen dieser vorteilhaften Position der Druck spitze wird durch die Signallampe erleichtert, welche direkt in dem Zifferblatt des Manometers 52 ange bracht ist. Das Manometer 52 ist an den Pressraum 14 des Presszylinders 1 angeschlossen und zeigt den Verlauf der Anpresskraft. Die Lampe 51 ist an den Primärkreis 9 des Schweissumwandlers 8 angeschlos sen und signalisiert den Verlauf des Schweisstromes.
Durch den Vergleich des Zeigerausschlages des Manometers 52, welcher den Druckverlauf zeigt, mit der Lampe ist es möglich, visuell zu kontrollieren und dann durch die beschriebene Weise die Spitze der Stauchanpresskraft auf den vorteilhaftesten Augenblick mit Rücksicht auf den Übergang bzw. die Unterbrechung des Schweisstromes einzustellen.
Manchmal muss die Schweissverbindung aus geglüht werden, wie es beispielsweise auf dem Dia gramm 6 dargestellt ist. Es wird für so ein Ausglühen zweckmässig ein elektrischer Strom verwendet, wel cher mittels der elektronischen Steuerung 11 pulsiert und niedriger als der Schweisstrom ist, um eine zu grosse Erwärmung der zum Schweissen bestimmten Gegenstände zu vermeiden. Es wird zum Zwecke des Ausglühens ausser dem Potentiometer 29, wel ches den Schweisstrom Il bestimmt, ein weiteres Potentiometer 30 verwendet, welches den elektri schen Glühstrom 12 bestimmt.
Der Verlauf des Schweissprozesses ist derselbe wie auf dem Diagramm 5 bis zum Punkt D, d. h. bis zum Augenblick der Zu sammendrückung der zum Schweissen bestimmten Gegenstände durch die erhöhte Stauchkraft P3. In diesem Augenblick werden die Schalterkontakte 27 unterbrochen, das Relais 31 verliert den Strom, schaltet das Potentiometer 29 ab und schaltet das Potentiometer 30 ein, welches auf den Glüh strom von einer Stärke 12 eingestellt ist. Gleichzeitig bei dem Anfang des Glühens sinkt die Anpress- kraft vom Werte P3 auf den Wert P4, bei welchem das Ausglühen durchgeführt wird.
Nach dem Zeitab lauf<I>t6,</I> welcher auf dem hydraulischen Zeitrelais 26, d. h. im Punkte E eingestellt ist, werden die Schalter kontakte 28 unterbrochen. Dadurch verliert der Elek tromagnet 17 den Strom und der verschiebbare Ver- teiler 12 wird in eine Position für den Rücklauf des Presskolbens 2 verstellt. Gleichzeitig mit dem Elek tromagneten 17 verliert auch der Schalter 32 den Strom und wird unterbrochen, wodurch der Glüh stromübergang beendet wird. Der Druck mit einer kleinen Verzögerung nach der Unterbrechung des Glühstromes hört praktisch auf zu wirken, weil das hydraulische Drucksystem eine gewisse Verzögerung hat.
Nach dem Verschwinden des Druckes im Raume 14 des Presszylinders 1 entfernt sich die bewegliche Elektrode 2 schnell in der Richtung von den ver- schweissten Gegenständen, so dass es nicht zum Ab brand der Kontaktfläche kommt. Das Entfernen der Elektrode 2 von den verschweissten Gegenständen ist sehr rasch, so dass die Kontaktfläche der verschweiss- ten Gegenstände durch die Berührung mit der gekühlten Elektrode nicht gehärtet werden kann.
Die hydraulische Schweisspresse nach der Erfindung vereinfacht, verbessert und macht eine genaue Regu lierung des Programmverlaufes der Drücke möglich und bringt diese in eine genaue Abstimmung mit dem Verlauf des Schweiss-, bzw. des Glühstromes, was für Widerstandsschweissen sehr wichtig ist, bei welchem die einzelnen Teiloperationen in sehr kurzen Zeitin tervallen verlaufen.