DE10143788A1

DE10143788A1 - Schweissanordnung

Info

Publication number: DE10143788A1
Application number: DE2001143788
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Kaesdorf; Manfred Merkator
Original assignee: K TEC GmbH
Current assignee: K TEC GmbH
Priority date: 2001-09-06
Filing date: 2001-09-06
Publication date: 2003-04-03

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schweißanordnung (10) zur Durchführung von Schweißungen, insbesondere Widerstandsschweißungen, umfassend zumindest eine mit einer Versorgungseinheit (16) verbundene Schweißeinheit (14.1 bis 14.n) zur Durchführung der Schweißungen an Schweißpunkten P¶1¶ bis P¶n¶ eines Werkstückes (12). Damit ein Werkstück mit mehreren Schweißpunkten bei verkürzter Schweißzeit und kostengünstig verarbeitet werden kann, ist vorgesehen, dass zumindest einige der Schweißpunkte P¶1¶ bis P¶n¶ jeweils einer Schweißeinheit (14.1 bis 14.n) zugeordnet sind, dass die Schweißeinheiten (14.1 bis 14.n) mit der einen Versorgungseinheit (16) verbunden sind und dass jede Schweißeinheit (14.1 bis 14.n) über einen steuerbaren Leistungsschalter T1 bis Tn ansteuerbar ist.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schweißanordnung zur Durchführung von Schweißungen, insbesondere Widerstandsschweißungen, umfassend zumindest eine mit einer Versorgungseinheit verbundene Schweißeinheit zur Durchführung von Schweißungen an Schweißpunkten eines Werkstückes sowie auf ein Verfahren zur Durchführung von Schweißungen, wobei zumindest eine mit einer Versorgungseinheit verbundene Schweißeinheit zur Durchführung von Schweißungen an Schweißpunkten des Werkstückes angesteuert wird.
Schweißanordnungen der oben beschriebenen Art sind der Anmelderin als betriebsinterner Stand der Technik bekannt. Dabei ist die Schweißeinheit unmittelbar mit einem Ausgang der Vorsorgungseinheit verbunden, an dem eine Schweißspannung anliegt. Die Schweißeinheit umfasst ein Elektrodenpaar, das unter Einwirkung von Druck mit einem Schweißpunkt verbunden wird, so dass ein Stromfluss erzeugt wird, durch den der gewünschte Schweißeffekt erzielt wird. Je nach Werkstück besteht die Notwendigkeit, Schweißungen an mehreren Punkten eines Werkstückes durchzuführen. Bei Anordnungen der bekannten Art mit nur einer Schweißeinheit hat sich als nachteilig erwiesen, dass das Werkstück zum Erreichen sämtlicher Schweißpunkte verfahren werden muss, so dass insgesamt mit längeren Schweißzeiten pro Schweißpunkt zu rechnen ist.
Ferner besteht die Möglichkeit, die Schweißanordnung mit mehreren Schweißeinheiten auszustatten, wobei jeder Schweißeinheit eine Versorgungseinheit zuzuordnen ist. Dies ist jedoch mit erhöhtem Montage- und Kostenaufwand verbunden.
Der vorliegenden Erfindung liegt das Problem zu Grunde, eine Schweißanordnung der zuvor genannten Art dahingehend weiterzubilden, dass ein Werkstück mit mehreren Schweißpunkten bei verkürzter Schweißzeit und kostengünstig bearbeitet werden kann.
Zur Lösung des Problems ist erfindungsgemäß im Wesentlichen vorgesehen, dass zumindest einigen der Schweißpunkte jeweils ein Schweißelement zugeordnet ist, dass die Schweißeinheiten mit der Versorgungseinheit verbunden sind und dass jede Schweißeinheit über einen steuerbaren Leistungsschalter T1 bis Tn ansteuerbar ist.
Der Erfindung liegt der Gedanke zu Grunde, jedem Schweißpunkt des Werkstückes eine Schweißeinheit zuzuordnen, die von ein- und derselben Versorgungseinheit mit Schweißspannung zw. Schweißstrom versorgt wird und wobei die Schweißeinheiten über die steuerbaren Leistungsschalter nacheinander angesteuert und mit der Schweißspannung zum Schweißen des Werkstückes verbunden werden. Die Anordnung bietet den Vorteil, dass alle Schweißeinheiten bzw. Elektroden zusammen verfahren und nacheinandner von den steuerbaren Leistungsschaltern T1 bis Tn angesteuert werden. Hierdurch wird die kurze Schweißzeit ausgenutzt und die mechanische Zeit fällt nur ein einziges Mal an. Alle restlichen mechanischen Zeiten fallen in die erste Schweißung. Danach wird nur die Zeit für das Umschalten der Leistungsschalter T1 bis Tn fällig. Dadurch wird einerseits die Schweißzeit verkürzt und andererseits können Kosten eingespart werden.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass die steuerbaren Leistungsschalter mit einer Steuereinheit verbunden sind und nacheinander angesteuert werden, wobei die Leistungsschalter in zeitlicher Abfolge angesteuert werden. Pro Sekunde können beispielsweise vier Schweißpunkte gesetzt werden. Nach dem Stand der Technik sind mittlere Schweißzeiten im Bereich von 1,5 s pro Schweißpunkt üblich, wohingegen die Schweißzeit durch die erfindungsgemäße Anordnung im Mittel auf 300 ms/Schweißpunkt reduziert werden kann.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weisen die Schweißeinheiten zwei Elektroden auf, die über Zuleitungen mit einem Ausgang der Versorgungseinheit verbunden sind und wobei im Verlauf zumindest einer Zuleitung der steuerbare Leistungsschalter angeordnet ist.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist die Versorgungseinheit einen Inverter und/oder einen Transformator und/oder einen Gleichrichter auf. Ein Ausgang des Inverters, an dem vorzugsweise eine Rechteckspannung mit einstellbarer Pulsweite anliegt, mit einem Eingang des Transformators verbunden ist, dessen Ausgang mit einem Eingang des Gleichrichters verbunden ist, an dessen Ausgang vorzugsweise eine gleichgerichtete pulsierende Gleichspannung als Schweißspannung zur Verfügung steht. Auch kann vorgesehen sein, dass die Versorgungseinheit lediglich einen Transformator aufweist, dessen Eingang an Netzspannung liegt und an dessen Ausgang eine Wechselspannung als Schweißspannung zur Verfügung steht. Alternativ besteht des Weiteren die Möglichkeit, dass der Eingang des Transformators an Netzspannung liegt, wobei ein Ausgang des Transformators mit dem Eingang des Gleichrichters verbunden ist und wobei an dem Ausgang des Gleichrichters eine gleichgerichtete Wechselspannung als Schweißspannung anliegt.
Sofern die Schweißspannung bzw. ein Schweißstrom als gleichgerichtete Wechselspannung bzw. gleichgerichteter Wechselstrom vorliegt, ist der Leistungsschalter als Leistungshalbleiterbauelement wie Thyristor ausgebildet. Sofern die Schweißspannung bzw. der Schweißstrom als Wechselgröße vorliegt, ist der Leistungsschalter als Triac ausgebildet. Zur Kühlung des Leistungshalbleiterelementes ist ein Kühlelement, vorzugsweise mit einer Wasserkühlung vorgesehen.
Verfahrensmäßig wird das Problem dadurch gelöst, dass zumindest einigen der Schweißpunkte P₁ bis P_n jeweils eine Schweißeinheit zugeordnet wird und dass die Schweißeinheiten im zeitlichen Abstand angesteuert und mit der einen Versorgungseinheit verbunden werden. Durch die aufeinanderfolgende Ansteuerung der Schweißeinheiten wird der Vorteil erreicht, dass diese an ein- und derselben Versorgungseinheit angeschlossen werden können, ohne dass diese dadurch überlastet wird, wobei durch die Zuordnung von Schweißeinheiten zu den jeweiligen Schweißpunkten weiterhin erreicht wird, dass das Werkstück während des Schweißvorgangs seine Stellung beibehalten kann. Sofern genügend Platz vorhanden ist, kann sowohl die Schweißeinheit als auch das Werkstück verschoben werden.
Eine bevorzugte Verfahrensweise sieht vor, dass die Schweißeinheiten in einer zeitlichen Abfolge nacheinander angesteuert werden können. Dadurch wird erreicht, dass während einer Sekunde vier Schweißpunkte gesetzt werden können. Vorzugsweise behält das Werkstück während der Durchführung der Schweißungen seine Lage bei, d. h. ein zeitaufwendiges Verfahren des Werkstückes ist nicht notwendig.
Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich nicht nur aus den Ansprüchen, den diesen zu entnehmenden Merkmalen - für sich und/oder in Kombination -, sondern auch aus der nachfolgenden Beschreibung einer der Zeichnung zu entnehmenden bevorzugten Ausführungsbeispiels.
In der einzigen Figur ist rein schematisch eine Schweißanordnung 10 dargestellt, mit der Schweißungen, insbesondere Widerstandsschweißungen an Schweißpunkten P₁ bis P_n eines Werkstückes 12 durchgeführt werden können. Die Schweißanordnung umfasst im vorliegenden Ausführungsbeispiel eine Vielzahl von Schweißeinheiten 14.1, 14.2 bis 14.n, die an einer Versorgungseinheit 16 angeschlossen und den Schweißpunkten P₁ bis P_n zugeordnet sind.
Die Versorgungseinheit 16 enthält beispielhaft einen Inverter 18, dessen Eingang 20 an Netzspannung U_N liegt. Ein Ausgang 22 des Inverters 18, an dem vorzugsweise eine Rechteckspannung oder andere Spannungsform mit vorzugsweise variabler Pulsweite p im Bereich von 20% ≤ p ≤ 90% anliegt, ist mit einem Eingang 24 eines Transformators 26 verbunden. Ein Ausgang 28 des Transformatos 26 ist mit einem Eingang 30 eines Gleichrichters 32 verbunden, an dessen Ausgang 34 vorzugsweise eine gleichgerichtete, pulsierende Rechteckspannung als Schweißspannung U_S anliegt. Selbstverständlich kann der Inverter 18 so angesteuert werden, dass auch andere Spannungsformen möglich sind.
Der Schweißstrom bzw. die Schweißspannung U_S kann als Gleichgröße, Wechselgröße, gleichgerichtete Wechselgröße oder als pulsierende Gleichgröße eingestellt werden. Die Schweißzeit bzw. die Zeit, nach der die Schweißeinheiten nacheinander eingeschaltet werden, sowie Schweißstrom bzw. Schweißspannung können in Abhängigkeit von dem Inverter und/oder den Leistungsschaltern eingestellt werden. Eine Verschiebung des Werkstücks und/oder der Schweißeinheit ist ebenfalls möglich, insbesondere, wenn genügend Platz zur Verfügung steht.
Die Schweißeinheiten 14.1 bis 14.n sind parallel an den Ausgang 34 angeschlossen und werden jeweils von der gleichen Schweißspannung U_S versorgt.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass jede Schweißeinheit 14.1 bis 14.n jeweils über einen steuerbaren Leistungsschalter T1 bis Tn mit dem Ausgang 34 des Gleichrichters 32 bzw. mit der Spannung U_S verbindbar ist, wobei im Betrieb immer nur eine der Schweißeinheiten 14.1 bis 14.n mit Schweißspannung U_S versorgt wird. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind die steuerbaren Leistungsschalter als Leistungshalbleiterbauelemente T1 bis Tn, vorzugsweise als Thyristoren ausgebildet, deren Steuereingänge mit einer Steuereinheit verbunden sind. Dazu ist eine Ausgangsklemme 36 des Gleichrichters 32, an dem positives Potential anliegt, jeweils mit einer Anode der Thyristoren T1 bis Tn verbunden. Kathodenseitig sind die Thyristoren T1 bis Tn mit Ausgangsklemmen 42.1 bis 42.n verbunden, an denen Elektroden 44.1 bis 44.n der Schweißeinheiten 14.1 bis 14.n angeschlossen sind.
Eine Ausgangsklemme 38, die vorzugsweise mit Massepotential verbunden ist, ist über Zuleitungen jeweils mit Ausgangsklemmen 46.1 bis 46.n verbunden, an denen eine zweite Elektrode 48.1 bis 48.n der Schweißeinheiten 14.1 bis 14.n angeschlossen ist.
Bei einem typischen Schweißvorgang fließt ein Schweißstrom I_S pro Schweißeinheit 14.1 bis 14.n im Bereich von beispielsweise 4 kA ≤ I_S ≤ 15 kA bei einer Spannung U_S im Bereich von beispielsweise 2 V ≤ U_S ≤ 10 V. Dabei beträgt die Frequenz des Schweißstromes I_S vorzugsweise f_S = 1000 Hz, wobei der Schweißstrom I_S bzw. die Schweißspannung U_S eine Pulsweite p im Bereich von beispielsweise 20% ≤ p ≤ 99% aufweist. Die Schweißzeit pro Schweißpunkt P₁ bis P_n beträgt t_S = max. 200 ms, wobei die Schweißelektroden mit einer Schweißfrequenz F_S = 0,25 Hz betrieben werden, womit vier Schweißpunkte pro Sekunde bearbeitet werden können.
Zusammenfassend ist anzumerken, dass bei der erfindungsgemäßen Anordnung neben einer deutlichen Einsparung von Equipment eine Verkürzung der mittleren Schweißzeit von 1,5 s pro Schweißpunkt auf 300 ms pro Schweißpunkt erreicht wird.

Claims

1. Schweißanordnung (10) zur Durchführung von Schweißungen, insbesondere Widerstandsschweißungen, umfassend zumindest eine mit einer Versorgungseinheit (16) verbundene Schweißeinheit (14.1 bis 14.n) zur Durchführung der Schweißungen an Schweißpunkten P₁ bis P_n eines Werkstückes (12), dadurch gekennzeichnet, dass zumindest einigen der Schweißpunkte P₁ bis P_n jeweils eine Schweißeinheit (14.1 bis 14.n) zugeordnet ist, dass die Schweißeinheiten (14.1 bis 14.n) mit der einen Versorgungseinheit (16) verbunden sind und dass jede Schweißeinheit (14.1 bis 14.n) über einen steuerbaren Leistungsschalter T1 bis Tn ansteuerbar ist.

2. Schweißanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die steuerbaren Leistungsschalter T1 bis Tn mit einer Steuereinheit (40) verbunden sind und nacheinander angesteuert werden.

3. Schweißanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schweißeinheiten (14.1 bis 14.n) jeweils zwei Elektroden (44.1, 48.1) aufweisen, die über Zuleitungen mit einem Ausgang (42.1 bis 42.n; 46.1 bis 46.n) der Versorgungseinheit (16) verbunden sind und dass im Verlauf zumindest einer Zuleitung der steuerbare Leistungsschalter (T1 bis Tn) angeordnet ist.

4. Schweißanordnung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Versorgungseinheit (16) einen Inverter (18) und/oder einen Transformator (26) und/oder einen Gleichrichter (32) aufweist.

5. Schweißanordnung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Ausgang (22) des Inverters, an dem vorzugsweise eine Rechteckspannung mit einstellbarer Pulsweite anliegt, mit einem Eingang (24) des Transformators (26) verbunden ist, dessen Ausgang (28) mit einem Eingang (30) des Gleichrichters (32) verbunden ist, an dessen Ausgang (34) vorzugsweise eine gleichgerichtete pulsierende Gleichspannung als Schweißspannung U_S zur Verfügung steht.

6. Schweißanordnung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Versorgungseinheit (16) nur den Transformator (26) aufweist, dessen Eingang (24) an Netzspannung liegt und an dessen Ausgang (28) eine Wechselspannung als Schweißspannung U_S zur Verfügung steht.

7. Schweißanordnung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Eingang (24) des Transformators (26) an Netzspannung liegt, wobei ein Ausgang (28) des Transformators mit dem Eingang (30) des Gleichrichters (32) verbunden ist und wobei an dem Ausgang (34) des Gleichrichters (32) eine gleichgerichtete Wechselspannung als Schweißspannung U_S anliegt.

8. Schweißanordnung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der steuerbare Leistungsschalter (T1 bis Tn) ein Thyristor ist.

9. Schweißanordnung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der steuerbare Leistungsschalter (T1 bis Tn) ein Triac ist.

10. Schweißanordnung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Leistungsschalter (T1 bis Tn) mit einem Kühlelement, vorzugsweise mit einem Wasserkühlelement versehen sind.

11. Verfahren zur Durchführung von Schweißungen, insbesondere Widerstandsschweißungen, wobei zumindest eine mit einer Versorgungseinheit (16) verbundene Schweißeinheit (14.1 bis 14.n) zur Durchführung der Schweißungen an Schweipunkten P₁ bis P_n eines Werkstückes (12) angesteuert wird, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest einigen der Schweißpunkte P₁ bis P_n jeweils eine gesonderte Schweißeinheit (14.1 bis 14.n) zugeordnet wird und dass die Schweißeinheiten (14.1 bis 14.n) in zeitlichem Abstand angesteuert und mit der einen Versorgungseinheit (16) verbunden werden.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Schweißeinheiten (14.1 bis 14.n) in einer zeitlichen Abfolge nacheinander angesteuert werden.

13. Verfahren nach Anspruch 11 und 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Schweißspannung U_S als Gleichspannung eingestellt wird.

14. Verfahren nach Anspruch 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Schweißspannung U_S als Wechselspannung eingestellt wird.

15. Verfahren nach Anspruch 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Schweißspannung U_S als gleichgerichtete Wechselspannung eingestellt wird.

16. Verfahren nach Anspruch 11 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Schweißspannung U_S als pulsierende Gleichspannung eingestellt wird.

17. Verfahren nach Anspruch 11 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Schweißzeiten und/oder der Schweißstrom und/oder die Schweißspannung in Abhängigkeit der Leistungsschaltelemente T1. . .Tn und des Inverters einstellbar sind.