CH666646A5

CH666646A5 - Stromversorgungseinrichtung zur lieferung eines schweissstromes.

Info

Publication number: CH666646A5
Application number: CH3260/85A
Authority: CH
Inventors: Hiromi Tajiri
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1984-07-28
Filing date: 1985-07-26
Publication date: 1988-08-15
Also published as: AU575186B2; DE3526855C2; AU4536485A; US4654503A; DE3526855A1; JPS6137383A; CA1239197A

Description

BESCHREIBUNG

Die Erfindung betrifft eine Stromversorgungseinrichtung gemäss dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Wenn beim Herstellen einer Schweissnaht Schweissstrom den zu verschweissenden Materialien zum Erzeugen von Joulscher Wärme in den zu schweissenden Materialien zugeführt wird, so ist die erzeugte Joulsche Wärme gleich I2Rt, d.h. diese Wärme ist proportional zum Quadrat des Schweissstromes. Wenn der Schweissvorgang mit einem sinusförmigen Strom von 50 oder 60 Hz durchgeführt wird, schwankt daher die erzeugte Wärme in einen grossen Bereich, mit dem Resultat, dass Materialverdampfungen, Materialabtrennungen und Lichtbögen auftreten, wodurch die geschweissten Teile Risse bekommen und die Schweissquali-tät herabgemindert wird.

Beim Schweissen von dünnen Platten ergeben sich, weil die zu verschweissenden Materialien eine kleine thermische Kapazität haben, Schwierigkeiten beim Festlegen geeigneter Schweissbedingungen und bei der Materialkontrolle der zu schweissenden Materialien.

Wenn eine Schweissmaschine mit einem niedrigen Leistungsvermögen zum Ausführen einer Nahtschweissung mittels einer einphasigen Rechteckspannung verwendet wird, so fliesst im wesentlichen ein dreieckförmiger Schweissstrom. Deshalb ist der Nahtschweissvorgang den oben beschriebenen Schwierigkeiten unterworfen.

Zum Beheben dieser Schwierigkeiten ist in der japanischen Patentanmeldung Nr. 25 886/1983 ein Schweissverfah-ren vorgeschlagen worden, bei welchem, wenn der Schweissstrom einen vorbestimmten Wert überschreitet, ein in einem als Wechselspannungsquelle wirkenden Leistungsumsetzer angeordnetes Schaltelement betätigt wird, um einen recht-

eckförmigen Schweissstrom zu erhalten. Diesem bekannten Vorgehen haftet der Nachteil an, dass es notwendig ist, das Schaltelement mit einer hohen Geschwindigkeit ein- und auszuschalten, wobei der Leistungsverlust relativ hoch ist und das Schaltelement ein grosses Abschaltvermögen aufweisen muss. Zusätzlich wird durch das schnelle Ein- und Ausschalten des Schaltelementes die Blindleistung erhöht.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Stromversorgungseinrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, welcher die oben genannten Nachteile nicht anhaften.

Die erfindungsgemässe Stromversorgungseinrichtung ist durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 angeführten Merkmale gekennzeichnet.

Der Erfindungsgegenstand ist nachstehend mit Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung beispielsweise näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 das Blockschema einer bevorzugten Ausführungsform der erfmdungsgemässen Stromversorgungseinrichtung,

Fig. 2 die schematische Anordnung von Elektroden, die in dem bevorzugten Ausführungsbeispiel verwendet werden, Fig. 3 ein Schaltschema eines Reaktors und einer Stromsteuervorrichtung des bevorzugten Ausführungsbeispiels,

Fig. 4 das Schaltschema eines Oszillators der Stromsteuereinrichtung gemäss der Fig. 3,

Fig. 5 die graphische Darstellung des konventionellen Schweissstromes,

Fig. 6 die graphische Darstellung des Basisstromes eines Transistors der Stromsteuervorrichtung,

Fig. 7 die graphische Darstellung des Gleichstromes in der Sekundärwicklung der Reaktanz und

Fig. 8 die graphische Darstellung eines Schweissstromes, welcher im Ausführungsbeispiel gemäss der Erfindung fliesst.

Die Fig. 1 bis 3 zeigen ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der erfmdungsgemässen Stromversorgungseinrichtung. In der Fig. 2 sind zwei plattenförmige Teile, die zusammen-geschweisst werden sollen, mit 1 bzw. 2 bezeichnet. Endbereiche dieser Platten überlappen einander und auf gegenüberhegenden Seiten der Platten sind drehbare Elektroden 3 und 4 zum Nahtschweissen angeordnet. Die dargestellte Einrichtung umfasst weiter einen Schweisstransformator 5, eine 600 Hz-Wechselstromquelle 6 mit einem vorgeschalteten (nicht dargestellten) Umsetzer zum Umsetzen der Ströme eines dreiphasigen Wechselstromnetzes in einen geeigneten Gleichstrom, einen (nicht dargestellten) Umsetzer zum Umsetzen des Gleichstromes in den höher frequenten Strom,

eine Reaktanz 7 mit einem Kern, auf dem sich eine die Reaktanz bildende und zwischen den Schweisstransformator 5 und der Wechselstromquelle 6 geschaltete Primärwicklung 7b sowie eine eine Mittelanzapfung aufweisende Sekundärwicklung 7a befinden, und eine an die Sekundärwicklung 7a der Reaktanz 7 angeschaltete Stromsteuervorrichtung 8. Die Stromsteuervorrichtung 8 ist so ausgebildet, dass wenn der Schweissstrom einen vorbestimmten Wert überschreitet, der Strom in der Sekundärwicklung 7a so gesteuert wird, dass die Impedanz der Reaktanz 7 ansteigt, wodurch der Schweissstrom unter dem vorbestimmten Wert gehalten wird.

Die Fig. 3 zeigt das Schaltschema der Stromsteuervorrichtung mit weiteren Einzelheiten. Mit den Bezugszeichen 9 und 10 sind Dioden zum Gleichrichten des Stromes in der Sekundärwicklung 7a bezeichnet; mit 11 ein in der Schaltung angeordneter Transistor, durch den der von den Dioden 9 und 10 gelieferte Gleichstrom fliesst; mit 12 eine Drossel zum Glätten des Gleichstromes und damit zum Glätten des Schweissstromes; mit 13 ein Stromtransformator zum Feststellen des Gleichstromes; mit 14 ein Widerstand zum Erzeugen einer Spannung in Abhängigkeit des vom Stromtrans-

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formator 13 festgestellten Stromes; mit 15 ein Widerstand; mit 16 eine Stromeinstelleinheit, welche eine Ausgangsspannung in Abhängigkeit eines gesetzten Stromwertes (beispielsweise If) abgibt; mit 17 ein Operationsverstärker, welcher ein Ausgangssignal erzeugt, wenn der durch den Stromtransformator festgestellte Stromwert grösser ist als der in der Stromeinstelleinheit 16 eingestellt Wert und mit 18 ein Oszillator.

Wenn der Operationsverstärker 17 kein Ausgangssignal abgibt, so gestattet der Oszillator 18, dass ein in der Fig. 6 dargestellter Strom durch den Transistor 11 fliesst, und wenn der Operationsverstärker 17 ein Ausgangssignal abgibt, so schwingt der Oszillator mit etwa 10 kHz, um den Basisstrom des Transistors zu stoppen, wie dies in der Fig. 6 dargestellt ist. Die Widerstände 14 und 15, die Stromeinstell-[einheit 16, der Operationsverstärker 17 und der Oszillator 18 bilden eine Schwingungseinheit 19. In der Fig. 3 ist eine positive Anschlussklemme mit P bezeichnet, welche mit dem (nicht dargestellten) positiven Strompfad der Wechselstromquelle 6 verbunden ist, und mit N ist die negative Anschlussklemme bezeichnet, die mit dem (nicht dargestellten) negativen Strompfad der Wechselstromquelle 6 verbunden ist. Weiter ist in der Fig. 3 mit 20 eine Diode und mit 21 ein Elektrolytkondensator bezeichnet.

Nachstehend ist die Betriebsweise der Schweissstromver-sorgungseinheit beschrieben. Während dem Schweissvor-gang rollen die Elektroden 3 und 4 auf den plattenförmigen Teilen 1 bzw. 2 ab und pressen diese gegeneinander, so dass der von der Wechselstromquelle 6 und dem Schweisstransformator 5 gelieferte Schweissstrom durch die plattenförmigen Teile 1 und 2 fliessen kann, wobei Joulsche Wärme erzeugt und die genannten Teile 1 und 2 zusammengeschweisst werden.

Die Ausgangsspannung der Wechselstromquelle 6 ist rechteckförmig. Wenn jedoch die Reaktanz 7 unwirksam ist, ist der Schweissstrom durch den Einfluss der Induktanz des Schweisstransformators und andere Einflüsse dreieckförmig, wie dies in der Fig. 5 dargestellt ist.

Beim oben beschriebenen erfmdungsgemässen Ausführungsbeispiel erzeugt der Operationsverstärker 17 kein Ausgangssignal, wenn der Schweissstrom kleiner ist als der in der Stromeinstelleinheit eingestellte Wert IF und deshalb ist der Oszillator 18 abgeschaltet. Daher fliesst ununterbrochen Strom zur Basis des Transistors 11, siehe Fig. 6, und der Stromkreis der Sekundärwicklung 7a der Reaktanz 7 ist geschlossen. Unter diesen Bedingungen ist die Impedanz der Reaktanz 7 klein und der Schweissstrom wird durch sie nicht begrenzt.

Wenn der Schweissstrom den eingestellten Wert IF überschreitet, erzeugt der Operationsverstärker 17 ein Ausgangssignal und der Oszillator 18 beginnt zu schwingen, wodurch ein intermittierender Strom zur Basis des Transistors 11 fliesst, siehe Fig. 6. Der durch den Transistor 11 fliessende Gleichstrom wird intermittierend unterbrochen, wodurch sich die Impedanz der Primärwicklung 7b der Reaktanz 7 erhöht. Daraus resultiert, dass der Gleichstrom an den Anschlussklemmen der Dioden 9 und 10 die in der Fig. 7 gezeigte Form aufweist und dass der Spitzenwert des vom Schweisstransformator 5 gelieferten Schweissstromes auf den genannten eingestellten Wert If begrenzt ist, wie dies in der Fig. 8 dargestellt ist. Die Drossel 12 bewirkt, dass die Spitzenwerte jeder Halbwelle des Schweissstromes weitgehend geglättet werden.

Durch die Wahl des einstellbaren Wertes If kann der Schweissstrom auf einen gewünschten Wert begrenzt werden, wobei die Form des Schweissstromes in befriedigender Weise beibehalten wird.

Weil der Strom durch die Reaktanz 7 gesteuert wird, ist der Leistungsverlust klein. Der Leistungsverlust kann weiter reduziert werden durch-Rückführung des Sekundärstromes der Sekundärwicklung 7a über die Diode 20 und den Elektrolytkondensator 21 zurück zur Wechselstromquelle 6.

Wenn eine höher frequente Leistungsquelle mit einer Frequenz in der Grössenordnung von 600 Hz benützt wird, so kann eine einwandfreie Stromsteuerung ohne weiteres erreicht werden, auch wenn dünne Platten mit einer geringen Wärmekapazität verschweisst werden sollen, weil die Einrichtung schnell auf die auftretenden Wechsel während dem Schweissvorgang anspricht.

Die Erfindung wurde oben mit Bezugnahme auf die Nahtschweissung beschrieben. Es sei jedoch vermerkt, dass das technische Konzept der Erfindung auch für andere Wi-derstandsschweissvorgänge wirksam eingesetzt werden kann.

Aus dem Voranstehenden ist ersichtlich, dass bei der erfmdungsgemässen Stromversorgungseinrichtung die auf dem Kern befindliche Primärwicklung 7b der Reaktanz 7 zwischen der Wechselstromquelle 6 und dem Schweisstransformator 5 geschaltet ist und dass die Sekundärwicklung 7a die Mittelanzapfung aufweist und an die Stromsteuervorrichtung 8 angeschlossen ist. Durch die Stromsteuervorrichtung 8 wird, wenn der Schweissstrom den vorbestimmten Wert überschreitet, der durch die Sekundärwicklung 7a fliessende Strom so gesteuert, dass der Schweissstrom gleich dem vorbestimmten Wert oder kleiner ist. Dementsprechend ist der Leistungsverlust klein und ein weiter Bereich von Schweiss-bedingungen kann leicht erzielt und die Schweissqualität verbessert werden.

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1 Blatt Zeichnungen

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1. Stromversorgungseinrichtung zur Lieferung eines Schweissstromes zum Erzeugen von Joulscher Wärme in Materialien, die zum Schweissen bestimmt sind, gekennzeichnet durch Elektroden (3,4) zum Anlegen von Wechselstrom an die zu schweissenden Materialien, einen Schweiss-transformator (5) mit einem an eine Wechselstromquelle (6) anschliessbaren Primärstromkreis und einem mit den Elektroden verbundenen Sekundärstromkreis, einer Reaktanz (7) mit einer in den Primärstromkreis des Schweisstransforma-tors geschalteten Primärwicklung (7b) und einer an eine Sekundärwicklung (7a) der Reaktanz angeschlossenen Stromsteuervorrichtung (8) zum Steuern des Stromes in der Sekundärwicklung (7a) der Reaktanz zum Vergrössern der Impedanz der Reaktanz, um den Schweissstrom auf höchstens einen Sollwert zu begrenzen, wenn der Schweissstrom diesen Sollwert überschreitet.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromsteuervorrichtung (8) umfasst, einen an die Sekundärwicklung (7a) der Reaktanz (7) angeschlossenen Stromtransformator (13) zum Feststellen des Schweissstromes im Schweisstransformator (5) und einen Schaltkreis (11, 12, 19) zum sofortigen Unterbrechen des Stromes in der Sekundärwicklung (7a) der Reaktanz (7), wenn der durch den Stromtransformator (13) festgestellte Schweissstrom den genannten Sollwert überschreitet, wobei durch den Stromunterbruch sich die Impedanz der Primärwicklung (7b) der Reaktanz (7) vergrössert.

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PATENTANSPRÜCHE

3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Schaltkreis ein Schaltelement (11) und einen Oszillator (19) zum Ein- und Ausschalten des Schaltelementes umfasst.