DE2835750A1

DE2835750A1 - Resistance welding control system - adjusts welding current input through thermistor on one electrode

Info

Publication number: DE2835750A1
Application number: DE19782835750
Authority: DE
Inventors: Dietmar Siegmund
Original assignee: Messer Griesheim GmbH
Current assignee: Messer Griesheim GmbH
Priority date: 1978-08-16
Filing date: 1978-08-16
Publication date: 1980-02-28
Also published as: DE2835750C2

Abstract

The thermistor output signal is applied to the temp. sensiting section of a signal circuit. The latter includes, in addition, a mains supply section, a null voltage discriminator a sawtooth generator and a square pulse shaper. The changes in the output signal of a transistor are used to control the phase chopping control for the welding current. Used esp. in resistance welding system using low heat conductivity electrodes e.g. made of W or Mo. This system ensures a weld of uniform quality, independent of the length of the pauses between the welds.

Description

Verfahren zum Widerstandsschweißen, insbesondere mit Elek- Method for resistance welding, in particular with elec-

troden aus schlechtwärmeleitendem Elektrodenmaterial Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Widerstandsschweißen, wobei zum Schweißen die Elektroden mit vorbestimmter Kraft sowie für eine vorbestimmte Zeit gegen die zu verschweißenden Werkstücke gedrückt werden und ferner eine elektrische Energie über die Elektroden den Werkstücken zugeführt wird. electrodes made of poorly thermally conductive electrode material The present The invention relates to a method for resistance welding, wherein the welding Electrodes with a predetermined force and for a predetermined time against the welded workpieces are pressed and also an electrical energy over the electrodes are fed to the workpieces.

Beim Widerstandsschweißen von gutwarmeleitenden materialien mit niedrigwärmeleitendem Elektrodenmaterial, wie z.B. mit Elektroden aus Molybdän oder Wolfram hat die Ausgangstemosratur der Elektroden insbesondere zu Beginn der Schweißung einen wesentlichen Einfluß auf die Endtemperatur der Elektroden, damit auch auf die Temperatur an der Kontaktstelle zwischen Elektrode und den Werkstücken und damit auch auf das Schweißergebnis. Insbesondere beim Punktschweißen von Wicklungsdrhten von Kollektoren an Kollektorlamellen, wobei sowohl der Wicklungsdraht als auch die Kollektorlamelle aus Kupfer besteht, wird eine Schweißung zwischen diesen beiden Bauteilen primär dadurch erreicht, daß die Elektrodenspitzen sich an der Kontaktstelle mit dem Werkstück auf eine hohe Temperatur trot- bis weißglühend) erhitzen und dadurch Warme zur Unterstützung der Schweißung den zu verbinden den Werkstücken zugeführt wird. Dabei ist in diesem besonderen Anwendungsfall die Elektrode aus Wolfram gefertigt, was den Vorteil einer relativ hohen Wärmebelastung, aber den Nachteil einer geringen Wärmeableitung hat. Somit wird die während einer Schweißung in den Elektroden erzeugte und dort gespeicherte rsstliche lllarmemenge zu der für die folgende Schweißung zugeführten Wärmemenge addiert. Infolgedessen, daß die pro Schweißung auf Grund der mittels Phasenanschnitt zugeführten elektrischen Energie und die' dadurch erzeugte Wärmemenge konstant ist, ergeben sich je nach Abkühlungsgrad der El§kirode, also abhängig von der Pausenzeit zwischen den Schwsißungen, untsrschisdlichs Schweißsrgehniete; Dieser Nachteil kann dadurch vermieden werden, daß die Pausen zwischen den Schweißungen derart geoß gewählt werden, daß stets eichergestellt ist, daß zu Beginn einer Schweißung die gleiche Temperatur an den Elektroden vorhanden ist. Eine derartige A rbeitsweise ist jedoch im Hinblick auf die Ausnutzung der zu7aführten elektrischen Energie sowie der Wirktschaftlichkeit ungünstig.When resistance welding materials with good heat conductivity with low heat conductivity Electrode material, e.g. with electrodes made of molybdenum or tungsten, has the starting temperature the electrodes have a significant influence, especially at the start of welding on the final temperature of the electrodes, thus also on the temperature at the contact point between the electrode and the workpieces and thus also on the welding result. In particular when spot welding coil wires from collectors to collector lamellas, where both the winding wire and the collector bar are made of copper a weld between these two components primarily achieved in that the Electrode tips reach a high temperature at the point of contact with the workpiece red to incandescent) and thus warmth to support the welding which is fed to the workpieces to be connected. It is in this particular Application the electrode made of tungsten, which has the advantage of a relative high heat load, but has the disadvantage of poor heat dissipation. Consequently is the generated and stored in the electrodes during a weld The remaining amount of noise to the amount of heat supplied for the following weld added. As a result, the per weld due to the means of phase control supplied electrical energy and the amount of heat generated is constant, result depending on the degree of cooling of the El§kirode, i.e. depending on the break time between the welds, separately welded rivets; This The disadvantage can be avoided that the breaks between the welds be chosen in such a way that it is always calibrated that at the beginning of a weld the same temperature is present at the electrodes. Such a way of working is however with regard to the utilization of the electrical energy supplied as well unfavorable for efficiency.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, die oben genannten Nachteile zu vermeiden und ein Verfahren der eingangs genannten Art derart weiterzubilden, daß auch bei den unterscheidlichsten Pausenzeiten stets gleicholsibende Schweißargebnisse erreichbar sind.The object of the present invention is therefore to provide the above Avoid disadvantages and develop a method of the type mentioned at the beginning in such a way that that even with the most varied of break times, welding results are always the same are attainable.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird gemäß der vorliegenden Erfindung vorgeshlagen, daß die Elektrodentemperatur gemessen und durch den Meßwert die Größe der elektrischen Energie verändert wird.To solve this problem it is proposed according to the present invention, that the electrode temperature is measured and by the measured value the size of the electrical Energy is changed.

Bewvorzugt wird die Elektrodentemperatur vor Beginn einer Schwei-Bung gemessen. durch die Erfindung wird somit ein Verfahren e -schaffen, bei dem die fir die jeweilige Schweißaufgabe über eine Schweißstrom-Phasenaschnittsteuerung voreingestellte und damit fr die nachfolgenden Schweißungen an sich konstant bleibende elektrische Energie in Abhängigkeit von der Elektrodentemeratur ver3:ndert wird. Damit wird durch die Erfindung eine elektrodentemperatur - abhängige Komdensation der zugefüh mung der Elektroden bewirkenden elektrischen Energie, vorgenommen. Mit der Erfindung wird es vorteilhaft möglich, Schweißungen hintereinander vorzunehmen, wooei der Pausenabstand zwischen den Schweißungen unterschiedlich und beliebig klein bzw. grob sein kann. In jedem Fall erfolgt bei der Erfindung eine Berücksichtigung der in der Elektrode noch von der vornergehenden Schweißung gespeicherten Restwärme, so daß je nach Größe dieser Restwärme eine kleiners bzw.The electrode temperature is preferred before starting a welding exercise measured. The invention thus creates a method in which the for the respective welding task via a welding current phase cutting control preset and therefore constant for the subsequent welds electrical energy is changed depending on the electrode temperature. The invention thus provides an electrode temperature-dependent compensation the supply of the electrodes causing electrical energy. With the invention it is advantageously possible to make welds one after the other, wooei the pause between the welds is different and arbitrarily small or can be rough. In each case, consideration is given in the invention the residual heat stored in the electrode from the previous welding, so that, depending on the size of this residual heat, a smaller or

größere elektrische Energie den Elektroden und den Werkstücken zugeführt wird.greater electrical energy supplied to the electrodes and the workpieces will.

Bevorzugt ist dabei an mindestens einer Elektrode einer Widerstandsschweißmaschine ein Temperaturfühler befestigt. Das elektrische Ausgangssignal des Temoeraturfühlers ist einer Schweißsteuerung, vorzugsweise dem leistungsbestimmenden Teil einer Schweißstrom-Phasenanschnittsteuerung zuführbar. Damit wird in einfachster Weise eine Temperaturveränderung direkt an der Elektrode erfaßt und anschließend in ein Drooortionales Zeitsignal umgewandelt, um welches jeweils der ZJndzeitnunkt für jede Wechselstromhalbwelle zusitzlich verzögert wird. Eine besonders einfache und genaue Temperaturerfassung wird erreicht, wenn der Temperaturfühler als temperatur - abhingiger Widerstand, vorzugsweise als TC-Widerstand ausgebildet ist. Die Befestigung des Temperaturfühlers an der Elektrode kann dabei in verschiedenster Art und Weise erfolgen. Wesentlich ist dabei, daß eine möglichst große Berührungsfläche zwischen Elektrode und tempertunempfindlicher Flasche des Temperaturfühlers vorgesehen wird und darüberhinaus der Luftspalt zwischen Temperaturfühler und Elektrode so klein wie möglich ist.A resistance welding machine is preferred on at least one electrode a temperature sensor attached. The electrical output signal of the temperature sensor is a welding control, preferably the power-determining part of a welding current phase control feedable. In this way, a temperature change is indicated directly in the simplest way detected by the electrode and then converted into a Drooortionales time signal, by which the ignition time point is additionally delayed for each alternating current half-wave will. A particularly simple and precise temperature detection is achieved if the temperature sensor as a temperature-dependent resistor, preferably as a TC resistor is trained. The attachment of the temperature sensor to the electrode can thereby can be done in a wide variety of ways. It is essential that one as possible large contact area between the electrode and the temperature-resistant bottle of the Temperature sensor is provided and, moreover, the air gap between the temperature sensor and electrode is as small as possible.

In der nachfolgen den Beschreibung wird anhand der Zeichung Fig.1 und 2 sowie unter Hinweis auf weitere vorteilhafte Ausgestaltungen eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfalirens sowie das Verfahren selbst näher erläutert.In the following the description is based on the drawing Fig.1 and FIG. 2 and, with reference to further advantageous refinements, a device to carry out the method according to the invention and the method itself explained.

In der Fig.1 ist eine Widerstandsschweißmaschine, in diesem Fall eine an sich bekannte Widerstandspunktschweißmaschine üblicher Bauart mit 10 bezeichnet. Die aschen 10 weist Elektroden 11, 12 auf, zwischen denen die zu verschweißenden Werkstücke 13 und 14 vorgesehen sind. Dabei werden über nicht naher dargestellte Einrichtungen die Elektroden 11, 12 für eine vorbestimmte Zeit und mit einer vorbestimmten Kraft gegeneinander und damit auch gegen die Werkstücke 13 und14 gedruckt. Die Elektroden 11, 12 sind beim Ausführungsbeispiel aus einem schl2chtwirmeleitend-en material gefertigt und zwar in diesem Fall aus Wolfram. Eine nicht näher veranschaulichte Kühleinrichtuna dient zum Kühlen der Elektroden 11 und 12.In Fig.1 is a resistance welding machine, in this case one Resistance spot welding machine of conventional design known per se is denoted by 10. The ash 10 has electrodes 11, 12, between which the to be welded Workpieces 13 and 14 are provided. Thereby are not shown in detail Means the electrodes 11, 12 for a predetermined time and with a predetermined Force against each other and thus also against the workpieces 13 and 14. The electrodes 11, 12 in the exemplary embodiment are made of a material that is conductive to low temperatures made of tungsten in this case. One not further illustrated Cooling device is used to cool the electrodes 11 and 12.

Die Widerstandspunktschweißmaschine 10 weist daräberhinaus eine Schweißstrom-Phasenanschnittsteuerung bekannter Bauart auf, die schematisch dargestellt und mit 15 bezeichnet ist. Erfindungsgem-ß ist an mindestens einer der Elektroden 11 bz?J. 12, beim-Ausführungsbeispiel ist es die Elektrode 11, ein TemperaturfOh-1er vorgesehen, welcher bevorzugt als temperaturabhängiger Widerstand 16 ausgebildet ist. Mittels dieses Widerstandes 1@ kann vor Beginn einer Schweißung die Elektrodentemmeratur gemessen und der entstehende elektrische Meßwert nach entsnrechender Unformung in einer Signalvorrichtung 17 als Korraktur- Kompensationswert der Schweißstrorn-Phasananschnittsteuerung 15 zugeführt werden. Die Signalvorrichtung 17 besteht im wesentlichen aus einem Vetzteil 10, einem Nullsoannungsdiskriminator 13, einem Sägezahngenerator 20, einem Temperaturerfassungsteil 21 und einem Rechteck-Impulsformer 22. Dabei wird die Signalverrichtung 17 durch das Netzteil 16 , bostehend aus dem Transformator 23, Gleichrichter 24, Kondensator 25 und Spannungsregler 26, mit Strom versorgt. In einem Verstärker 27 des @ulls@@annungsdickriminators 13 wird jeweils ein kurzer Imouls zur Zeit des Wetzse@nnungsnulldurchganges erzeugt. Dar als Integrater geschaltete Verstärker 28 des Sägezahngenerators wird durch diesen kurzen Impuls mit Hilfe des Transistors 2@ auf eine durch einen Spannungsteiler 39 und 31 bestimmte Spannung gesetzt. Danach fillt diese Spannung kontinuierlich mit der durch Widerstand 32 und Kondensator 33 bestimmten Zeitkonstante ab.The resistance spot welding machine 10 also has a welding current phase control known design, which is shown schematically and denoted by 15. According to the invention is on at least one of the electrodes 11 or? J. 12, in the embodiment there the electrode 11, a TemperaturfOh-1er is provided, which is preferably as temperature-dependent Resistor 16 is formed. By means of this resistance 1 @, before the start of a Weld the electrode temperature is measured and the resulting electrical measured value after corresponding deformation in a signal device 17 as a correction compensation value the welding current phase control 15 are fed. The signaling device 17 consists essentially of a power supply 10, a zero voltage discriminator 13, a sawtooth generator 20, a temperature detection part 21 and a rectangular pulse shaper 22. The signal device 17 is through the power supply 16, consisting of the Transformer 23, rectifier 24, capacitor 25 and voltage regulator 26, with power provided. In an amplifier 27 of the @ ulls @@ annungsdickriminators 13 is in each case a short Imouls generated at the time of the Wetzse @nnung zero crossing. Dar as an integrater switched amplifier 28 of the sawtooth generator is activated by this short pulse with the help of the transistor 2 @ to a determined by a voltage divider 39 and 31 Suspense set. Then this voltage fills continuously with the resistance 32 and capacitor 33 determined time constant.

Der temperaturabhängige Widerstand 16 ist, wie das Ausführungsbeispiel zeigt, mit einem Widerstand 34 als Spannungsteiler geschaltet. Die Spannung zwischen dem Widerstand 16 und dem Widerstand 34 ist somit temperaturabhängig und wird in einem Verstärker 35 des Rechteckimpulsformers 22 mit der abfallenden Spannung vom Verstärker 28 des Sägezahngenerators 20 verglichen. Im Schnittpunkt beider Spannungen wird ein Transistor 36 durchgesteuert.The temperature-dependent resistor 16 is like the exemplary embodiment shows, connected to a resistor 34 as a voltage divider. The tension between the resistor 16 and the resistor 34 is thus temperature-dependent and is shown in an amplifier 35 of the rectangular pulse shaper 22 with the falling voltage from Amplifier 28 of the sawtooth generator 20 compared. At the intersection of both tensions a transistor 36 is turned on.

Dieser Transistor ist in Reihe geschaltet mit dem nicht naher dargestellten zeitbestimmenden Teil für den Phasenanschnitt 15 der Schweißmaschine 10. Mit dem im Temperaturerfassungsteil 21 vorgesehenen Widerstand 37 kann die Wirkung des temperaturabhängigen Widerstandes 16 abgeschwächt und somit an die Verhaltnisse der jeweiligen Schweiaufgabe angepaßt werden. Je nach Größe der Elektrodentemoeratur wird damit das Ausgangssignal des Transistors 36 ver3ndert und als Zeitkorrektursignal der Phasenanschnittsteuerung 15 zugeführt. Durch dieses temperaturproportionale Zeitsignal wird dann der Zündzeitounkt für jede Wechselstromhalbwelle verzögert und damit den Elektroden durch die Phasenanschnittsteuerung 15 eine kleinere Energie zugeführt, als eigentlich auf Grund der Einstellung der Phasenanschnittsteuerung den Elektroden und dan Werkstücken zugeführt würde.This transistor is connected in series with the one not shown in detail time-determining part for phase control 15 the welding machine 10. With the resistor 37 provided in the temperature detection part 21, the effect of the temperature-dependent resistor 16 weakened and thus to the ratios be adapted to the respective welding task. Depending on the size of the electrode temperature the output signal of transistor 36 is thus changed and used as a time correction signal the phase control 15 is supplied. Through this temperature proportional Time signal, the ignition timing is then delayed for each alternating current half-wave and thus the electrodes through the phase control 15 have a lower energy than actually due to the setting of the phase control would be fed to the electrodes and then workpieces.

Bevorzugt wird der temperaturabjängige Widerstand als NTC-Niderstand ausgebildet. Es können jedoch auch Thermselemente oder PTC-Widerstände oder andere temperaturabhängige Bauteile Anwendung finden. Auch ist es möglich, anstelle des vorgesehenen Feldeffskt-Transistors 36 andere Halbleiter-Baulemente einzusetzen.The temperature-dependent resistor is preferred as an NTC resistor educated. However, thermal elements or PTC resistors or others can also be used temperature-dependent components are used. It is also possible to replace the provided field effect transistor 36 to use other semiconductor components.

Wie Fig.2 zeigt, ist der Widerstand 16 in einer Klemmvnrrichtung 40 aus messing anzeordnst, die über durchgangsbohrung 41 und Spannschraube 42 an der Schweißelektrode 11 anklemmbar ist. Der Widerstand 16 ist dabei möglichst nahe der Elektrode 11 in einer Ausnehmung 43 befestigt, beispielsweise vergossen.As shown in FIG. 2, the resistor 16 is in a clamping direction 40 made of brass anzeordnst, the through hole 41 and clamping screw 42 on the Welding electrode 11 can be clamped. The resistor 16 is as close as possible to the Electrode 11 fastened in a recess 43, for example encapsulated.

Die Anschlußleitung ist mit 44 bezeichnet.The connection line is denoted by 44.

Der Signalteil 17 kann in seiner Gesamtheit in einem separaten Gehause als Zusatzsteuerung oder in integrierter Bauweise innerhalb des Geh3uses der Phasenans chn ittstsuerung 15 vorgesehen werden, Durch die vorliegende Erfindung wird somit ein Verfahren und eine Vorrichtung geschaffen, bei der mit steigender Temperaturerhöhung an Elektroden einer Widerstandsschweißmaschine eine Verringerung der den Elektroden und den Werkstücken zugeführten elektrischen Energie erfolgt. Durch die Erfindung werden somit auch bei sich änderaden Schweiß@ausen zwischen den einzelnen Schweißungen gleichbleibenden Schweißergehnisse Arzielt.The signal part 17 can in its entirety in a separate housing as an additional control or in an integrated design within the housing of the phase connector interface control 15 can be provided. The present invention thus a method and a device created in which with increasing temperature increase on electrodes of a resistance welding machine reduction the electrical energy supplied to the electrodes and the workpieces takes place. With the invention, sweat @ outside between Welding results consistent with the individual welds.

arsondars vorteilhaft ist das erfindungsgemäße Verfahren bzw.arsondars advantageous is the inventive method or

die beschriebene Vorrichtung verwendbar beim Widerstandsschwei-Ben von gutwärmeleitenden Materialien unter Verwendung von niedrigewärmaleitenden Elektrodenwerkstoffen. Auch ist eine Verwendung beim Titan, Schweißen, Warmnieten möglich. Auch zur Temperaturkompensation-stabilisierung von Widerstandsschweißmaschinen ist die Erfindung anwendbar.the device described can be used for resistance welding of materials with good thermal conductivity using low thermal conductivity electrode materials. It can also be used for titanium, welding, hot riveting. Also for temperature compensation stabilization The invention is applicable to resistance welding machines.

Claims

Keyword: Temperature correction Designation: Method for resistance welding Claims 1. A method for resistance welding, wherein for welding the electrodes with a predetermined force and for a predetermined time against the to be welded Workpieces are printed and furthermore an electrical energy via the electrodes is fed to the workpieces, characterized in that the electrode temperature measured and the magnitude of the electrical energy is changed by the measured value.

2. The method according to claim 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h Not that the electrode temperature is measured before the start of a weld.

3. Apparatus for performing the method according to claim 1 or 2, characterized in that at least one electrode (11 or

12) a resistance welding machine (10) a temperature sensor (16) is arranged.

4. Apparatus according to claim 3, characterized in that the electrical Output signal of the temperature controller (16) of a welding control, preferably the power-determining part of a welding current phase control (15), is feedable.

5. Apparatus according to claim 3 or 4, characterized in that the temperature sensor (16) is designed as a temperature-dependent resistor.

6. The method or device according to one of claims 1 to 5, characterized due to the use in resistance welding of materials with good thermal conductivity using low thermally conductive electrode materials.