DE102018218928A1 - Schweißvorrichtung und Verfahren zum schweißtransformatorfreien Widerstandsschweißen von Werkstücken - Google Patents

Schweißvorrichtung und Verfahren zum schweißtransformatorfreien Widerstandsschweißen von Werkstücken Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Schweißvorrichtung zum schweißtransformatorfreien Widerstandsschweißen von Werkstücken aufweisend Schweißelektroden (1), die dazu eingerichtet sind, gegen einen Schweißpunkt der Werkstücke gepresst zu werden und mit einem Schweißstrom bestromt werden, eine Kondensatorbank mit wenigstens einem Kondensator, wobei der Schweißstrom durch eine Entladung des wenigstens einen Kondensators (23) der Kondensatorbank (3) erzeugbar ist, ein Netzteil (4) zum Aufladen des wenigstens einen Kondensators (23) der Kondensatorbank (3) mit elektrischer Energie, wenigstens einen Leistungsschalter (6), welcher in Reihe zwischen der Kondensatorbank (23) und den Schweißelektroden (1) geschaltet ist, eine Schweißsteuerung (5), die dazu eingerichtet ist, das Netzteil (4), den wenigstens einen Kondensators (23) der Kondensatorbank (3) und den wenigstens einen Leistungsschalter anzusteuern, um dadurch einen Schweißablauf zu steuern, wobei die Schweißsteuerung (5) ferner dazu eingerichtet ist, zur Steuerung des Schweißablaufs eine Spannung der Kondensatorbank (23) zu regeln (31).

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schweißvorrichtung und ein Verfahren zum schweißtransformatorfreien Widerstandsschweißen von Werkstücken.
  • Stand der Technik
  • Im Zuge des sog. Widerstandsschweißens oder Punktschweißens können Werkstücke stoffschlüssig miteinander verbunden werden, wobei Schweißelektroden mit einer Elektrodenkraft gegen die zu verschweißenden Werkstücke gepresst werden. Die Schweißelektroden werden für die Dauer einer Stromzeit mit dem Schweißstrom bestromt, wodurch eine Widerstandserwärmung der beiden zu verschweißenden Werkstücke an dem Schweißpunkt zwischen den Schweißelektroden erfolgt, wodurch die Werkstücke bis zum Erreichen einer erforderlichen Schweißtemperatur erhitzt werden.
  • Aus der DE 10 2014 210 684 A1 sind eine Schweißvorrichtung und ein Verfahren zum schweißtransformatorfreien Widerstandsschweißen in Form des sog. Kondensatorentladungsschweißens bekannt, wobei eine Kondensatorbank mit wenigstens einem Kondensator sowie ein Netzteil zum Aufladen der Kondensatorbank mit elektrischer Energie vorgesehen sind. Ein Schweißstrom durch die Schweißelektroden wird durch Entladung der Kondensatorbank erzeugt. Eine Schweißsteuerung ist dazu eingerichtet und dazu vorgesehen, über ein Schweißprogramm das Netzteil und/oder die Kondensatorbank zu steuern. Ferner ist zumindest ein Leistungsschalter in Reihe zwischen der Kondensatorbank und den Schweißelektroden geschaltet, wobei der Leistungsschalter derart ausgestaltet ist, dass während eines Schweißvorgangs der Schweißstrom durch die Schweißsteuerung vorgebbar veränderbar ist.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Vor diesem Hintergrund werden eine Schweißvorrichtung und ein Verfahren zum schweißtransformatorfreien Widerstandsschweißen von Werkstücken mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche vorgeschlagen. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung.
  • Die Schweißvorrichtung zum schweißtransformatorfreien Widerstandsschweißen von Werkstücken weist Schweißelektroden auf, die dazu eingerichtet sind, gegen einen Schweißpunkt der Werkstücke gepresst und mit einem Schweißstrom bestromt zu werden. Insbesondere wird der Schweißstrom als eine Impulssequenz mit einer bestimmten Schweißenergie bereitgestellt.
  • Ferner ist eine Kondensatorbank mit wenigstens einem Kondensator vorgesehen, wobei der Schweißstrom durch eine Entladung des wenigstens einen Kondensators der Kondensatorbank erzeugbar ist. Eine Ladeschaltung, beispielsweise ein Netzteil, ist zum Aufladen des wenigstens einen Kondensators der Kondensatorbank mit elektrischer Energie vorgesehen.
  • Wenigstens ein Leistungsschalter ist in Reihe zwischen der Kondensatorbank und den Schweißelektroden geschaltet. Insbesondere ist eine Stärke des Schweißstroms mittels dieses wenigstens einen Leistungsschalters vorgebbar veränderbar.
  • Eine Schweißsteuerung ist dazu eingerichtet, insbesondere über ein Schweißprogramm, die Ladeschaltung und den wenigstens einen Leistungsschalter anzusteuern, um dadurch einen Schweißablauf zu steuern. Der Schweißablauf ist dabei insbesondere durch die Schweißsteuerung alleine steuerbar. Ferner ist der Leistungsschalter insbesondere derart ausgestaltet, dass während des Schweißablaufs die Stärke des Schweißstroms durch die Schweißsteuerung vorgebbar veränderbar ist. Dadurch kann ein nahezu beliebiger, auch gepulster, Verlauf des Schweißstroms erreicht werden.
  • Erfindungsgemäß ist die Schweißsteuerung ferner dazu eingerichtet, insbesondere über das Schweißprogramm, zur Steuerung des Schweißablaufs eine Höhe einer Spannung an der Kondensatorbank vorzugeben, insbesondere zu regeln.
  • Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wurde erkannt, dass sich eine erhebliche Verbesserung des schweißtransformatorfreien Widerstandsschweißens bzw. des Kondensatorentladungsschweißens dadurch erzielen lässt, dass die Spannung an der Kondensatorbank gezielt vorgegeben wird, insbesondere im Zuge der Steuerung des Schweißablaufs, ferner insbesondere über das Schweißprogramm, welches in der Schweißsteuerung zur Steuerung des Schweißablaufs ausgeführt wird.
  • Durch eine derartige Vorgabe der Kondensatorbankspannung, insbesondere schweißprogrammabhängig, kann die Lebensdauer der Kondensatorbank erhöht werden. Ferner kann das Widerstandsschweißen mit Hilfe der gezielten Vorgabe der Kondensatorbankspannung insbesondere auch mit geringer Netzpulsleistung durchgeführt werden und es kann zweckmäßigerweise erreicht werden, dass möglichst gleichmäßig eine geringe Netzleistung aufgenommen wird. Insbesondere kann somit nur eine möglichst geringe oder möglichst keine Pulsleistung aus dem Netz aufgenommen werden. Insbesondere wird es durch die Vorgabe der Kondensatorbankspannung ermöglicht, eine Ladeschaltung zum Speisen bzw. Aufladen der Kondensatorbank zu verwenden, welche keine Pulsleistung bereitstellen muss. Somit können kostengünstige und kleine Ladeschaltungen bzw. Netzteile verwendet werden. Die Schweißvorrichtung kann dadurch klein, leicht, verlustarm und kostengünstig gebaut werden.
  • Die vorliegende Erfindung stellt eine Verbesserung und Weiterentwicklung der in der DE 10 2014 210 684 A1 gezeigten schweißtransformatorfreien Widerstandsschweißvorrichtung dar. Hinsichtlich weiterer Details zum schweißtransformatorfreien Widerstandsschweißen sei an dieser Stelle daher vollumfänglich auf dieses Dokument DE 10 2014 210 684 A1 verwiesen, dessen Offenbarung ferner vollumfänglich zum Inhalt dieser Anmeldung gemacht wird.
  • Die vorliegende Schweißvorrichtung und das vorliegende Verfahren weisen ferner auch die bereits in der DE 10 2014 210 684 A1 erkannten Vorteile auf, wie nachfolgend erläutert werden soll.
  • Insbesondere wird beim vorliegenden Widerstandsschweißen vollständig auf einen Schweißtransformator verzichtet. Die Schweißvorrichtung kann besonders kostengünstig durch den Verzicht auf den meist kostspieligen Transformator hergestellt werden. Es wird die Möglichkeit eröffnet, die Schweißleistung nur durch die hier beschriebene Ladeschaltung, bereitzustellen. Eine Pulsbelastung des Netzes durch hohe Schweißleistung kann entfallen.
  • Ferner wird es durch die Verwendung der Ladeschaltung und der Kondensatorbank in Kombination mit dem wenigstens einen Leistungsschalter ermöglicht, hohe Schweißströme bereitzustellen und ferner die Stärke des Schweißstroms auch während des Schweißablaufs bzw. Schweißvorgangs vorgebbar zu verändern. Insbesondere kann der wenigstens eine Leistungsschalter durch die Schweißsteuerung zweckmäßig angesteuert werden, um den Schweißstrom freizuschalten und einzustellen.
  • Bei herkömmlichen Schweißvorrichtungen mit Kondensatorbänken wird oftmals zur Spannungsreduzierung und Stromerhöhung ein Abwärtswandler benötigt, oftmals mit einer in Reihe zu den Elektroden liegenden Induktivität. Bei der vorliegenden Schweißvorrichtung kann mit Hilfe des wenigstens einen Leistungsschalters der Schweißstrom als Entladestrom der Kondensatorbank zweckmäßigerweise direkt zur Bestromung der Schweißelektroden verwendet, eingestellt und geregelt werden, insbesondere als Impulssequenz mit bestimmter Schweißenergie. Insbesondere werden dabei kein Abwärtswandler und ferner keine Induktivität benötigt.
  • Vorteilhafterweise ist die Schweißsteuerung ferner dazu eingerichtet, die Spannung an der Kondensatorbank zu messen. Die gemessene Spannung bzw. der somit ermittelte aktuelle Ist-Wert der Spannung wird dabei insbesondere als Regelgröße zweckmäßigerweise fortlaufend über einen Regler mit Soll-Ist-Wert-Vergleich zur Regelung der Kondensatorbankspannung zurückgeführt. Insbesondere kann die Kondensatorbank eine entsprechende Messeinrichtung zur Spannungsmessung aufweisen, deren Ergebnis an die Schweißsteuerung übertragen bzw. von der Schweißsteuerung ausgelesen wird.
  • Vorteilhafterweise stellt die Ladeschaltung keine Pulsleistung bereit. Somit wird insbesondere keine Pulsleistung aus dem Netz aufgenommen, das Widerstandsschweißen kann auch bei einer geringen Netzpulsleistung durchgeführt werden und eine Pulsbelastung des Netzes kann entfallen. Insbesondere können kostengünstige und kleine Ladeschaltungen verwendet werden. Für eine geringe Netzbelastung und eine günstige Auslegung des Netzteils bzw. der Ladeschaltung kann insbesondere eine maximale Leistung entsprechend der doppelten Nennleistung gewählt werden. Herkömmliche Pulsleistungen bewegen sich statt dessen im Bereich des 5-10-fachen der Nennleistung.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung bilden die Ladeschaltung und die Kondensatorbank eine bauliche Einheit. Somit kann die Schweißvorrichtung besonders klein, leicht, verlustarm und kostengünstig gebaut werden.
  • Vorzugsweise ist die Schweißsteuerung ferner dazu eingerichtet, insbesondere über das Schweißprogramm, den wenigstens einen Leistungsschalter derart anzusteuern, dass eine Stärke eines Entladestroms des wenigstens einen Kondensators der Kondensatorbank gezielt während des Schweißablaufs einstellbar ist. Insbesondere kann der Schweißstrom dabei auch nach Beginn des Schweißablaufs bzw. Schweißvorgangs, das heißt auch nach Beginn des Entladevorgangs des Kondensators, immer noch im Hinblick auf die Schweißstromamplitude und/oder eine Impulsbreite des Schweißstroms individuell angepasst werden kann.
  • Vorzugsweise sind wenigstens zwei in Reihe geschaltete Leistungsschalter vorgesehen, wobei ein erster Leistungsschalter zwischen Kondensatorbank und einer Schweißelektrode z.B. im Pulsbreitenbetrieb gesteuert werden kann. Ein zweiter Leistungsschalter parallel zu den Schweißelektroden kann beispielsweise invertiert zu dem ersten Leistungsschalter in einem Freilaufbetrieb eingeschaltet werden, um Verluste zu minimieren.
  • Bevorzugt ist der wenigstens eine Leistungsschalter als Feldeffekttransistor ausgebildet, besonders bevorzugt als Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor (MOSFET). Derartige Transistoren ermöglichen es dabei besonders vorteilhaft, den Schweißstrom auch nach Beginn des Schweißablaufs, das heißt auch nach Beginn des Entladevorgangs des Kondensators, individuell anzupassen. Derartige MOSFETs können ganz besonders einfach hohe Spannungen in besonders kurzer Zeit aufschalten und/oder unterbrechen, ohne dass ein Schweißprozess erschwert würde. Insbesondere ermöglichen es MOSFETs, nachdem diese durch die Schweißsteuerung freigeschaltet wurden, dass der Schweißstrom innerhalb kürzester Zeit derart ansteigt, dass unmittelbar ein Schweißvorgang in Gang gesetzt werden kann und gleichzeitig der Schweißstrom beispielsweise vorgebbar besonders schnell derart unterbrochen werden kann, dass der Schweißstrom vorzugsweise abrupt zum Erliegen kommt. Insofern ermöglichen es die hier beschriebenen MOSFETs in besonders einfacher Weise, den gesamten Schweißvorgang individuell steuern zu können.
  • Vorteilhafterweise wird die Höhe der Spannung an der Kondensatorbank in Abhängigkeit von einem in der Vergangenheit durchgeführten Schweißprozess vorgegeben, besonders bevorzugt in Abhängigkeit von einem zuletzt durchgeführten Schweißprozess. Entsprechende Daten des letzten Schweißprozesses können insbesondere in der Schweißsteuerung hinterlegt sein. Wenn die vorgegebene bzw. vorgewählte Spannung erreicht ist, ist das System insbesondere schweißbereit. Die vorgegebene bzw. voreingestellte Spannung der Kondensatorbank kann somit zweckmäßigerweise auf Basis der letzten Schweißung für den nächsten Schweißpunkt angepasst werden.
  • Bevorzugt wird die Höhe der Spannung an der Kondensatorbank in Abhängigkeit von einem Schweißstrom I, von einer Schweißzeit t und von einem Sekundärwiderstand R vorgegeben. Eine Energie E der Kondensatorbank kann insbesondere durch folgende Formel ermittelt werden: E = I 2 * R * t
    Figure DE102018218928A1_0001
  • Besonders bevorzugt wird die Höhe der Spannung an der Kondensatorbank in Abhängigkeit von dem Schweißstrom, von der Schweißzeit und von dem Sekundärwiderstand (Widerstand des Schweißstromkreises) des zuletzt durchgeführten Schweißprozesses vorgegeben. Die Leistung des Netzteiles kann insbesondere mit 150% angenommen werden, um die Kondensatorbelastung beim Schweißen zu reduzieren und um bis zu 200% der Netzteilnennleistung als Regelreserve für den Schweißpunkt zur Verfügung zu haben. Dadurch können insbesondere der Wirkungsgrad des Systems verbessert und die Netzbelastung in einem akzeptabel niedrigen Bereich gehalten werden. Während der Schweißung können kleine Strom-Regelabweichungen insbesondere durch die Netzteilleistung ausgeregelt werden und größere Regelabweichungen auf Basis eines vorgegebenen Stromrippels durch den Leistungsschalter geregelt werden.
  • Eine erfindungsgemäße Schweißsteuerung ist, insbesondere programmtechnisch, dazu eingerichtet, ein erfindungsgemäßes Verfahren durchzuführen.
  • Auch die Implementierung eines erfindungsgemäßen Verfahrens in Form eines Computerprogramms mit Programmcode zur Durchführung aller Verfahrensschritte ist vorteilhaft, da dies besonders geringe Kosten verursacht, insbesondere wenn ein ausführendes Steuergerät noch für weitere Aufgaben genutzt wird und daher ohnehin vorhanden ist. Geeignete Datenträger zur Bereitstellung des Computerprogramms sind insbesondere magnetische, optische und elektrische Speicher, wie z.B. Festplatten, Flash-Speicher, EEPROMs, DVDs u.a.m. Auch ein Download eines Programms über Computernetze (Internet, Intranet usw.) ist möglich.
  • Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der beiliegenden Zeichnung.
  • Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachfolgend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
  • Die Erfindung ist anhand eines Ausführungsbeispiels in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung ausführlich beschrieben.
  • Figurenliste
    • 1 zeigt schematisch eine bevorzugte Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Schweißvorrichtung, die dazu eingerichtet ist, eine bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens durchzuführen.
    • 2 zeigt schematisch einen Teil einer bevorzugten Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Schweißvorrichtung in einer perspektivischen Ansicht.
  • Detaillierte Beschreibung der Zeichnung
  • Im 1 ist eine bevorzugte Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Schweißvorrichtung 100 schematisch dargestellt, die dazu eingerichtet ist, eine bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens durchzuführen.
  • Die in der 1 dargestellte Schweißvorrichtung 100 zum schweißtransformatorfreien Widerstandsschweißen bzw. Punktschweißen von Werkstücken, insbesondere von metallischen Bauteilen umfasst zwei Schweißelektroden 1 einer Schweißzange 2, welche unter einer Anpresskraft zusammengeführt werden, durch die im Bereich der zu verschweißenden Schweißzonen elektrischer Schweißstrom I als Impulssequenz mit bestimmter Schweißenergie fließt, der durch Entladung zumindest eines Kondensators 23 einer Kondensatorbank 3 erzeugt wird. Die Kondensatorbank 3 kann aus mehreren Kondensatoren (z.B. „Power-Caps“) in Reihe und/oder parallel je nach erforderlicher Spannung für die Applikation besteht. Die Anzahl der Kondensatoren wird durch den erforderlichen Strom bzw. auch der Stromzeit (Energie) bestimmt. Zudem umfasst die Schweißeinheit 100 zumindest ein Netzteil 4 als Ladeschaltung zum Aufladen des zumindest einen Kondensators 23 der Kondensatorbank 3 mit elektrischer Energie.
  • Ferner umfasst die Schweißvorrichtung zwei Leistungsschalter 6, welche in Reihe geschaltet sind. Einer der Leistungsschalter 6 ist zwischen den Kondensator 23 und eine der Schweißelektroden 1 geschaltet, der andere ist als Freilauf parallel zu den Schweißelektroden geschaltet. Die Leistungsschalter 6 sind derart ausgestaltet, dass während eines Schweißablaufs bzw. Schweißvorgangs die Stärke bzw. der Verlauf des Schweißstroms I vorgebbar veränderbar ist.
  • Die Schweißvorrichtung 100 umfasst ferner eine Schweißsteuerung 5, welche dazu eingerichtet und vorgesehen ist, über ein Schweißprogramm das Netzteil 4, den Kondensator 23 der Kondensatorbank 3 und die Leistungsschalter 6 derart zu steuern, dass ein Schweißablauf insbesondere durch die Schweißsteuerung 5 alleine steuerbar ist.
  • Die Spannung der Kondensatoren 23 kann über die Schweißsteuerung 5 entsprechend dem zu schweißenden Schweißprogramm voreingestellt werden. Aus den Programmdaten kann von der Schweißsteuerung 5 eine notwendige Energie E der Kondensatoren in Abhängigkeit von dem Schweißstrom I, von der Schweißzeit t und von dem Sekundärwiderstand R des zuletzt durchgeführten Schweißprozesses durch folgende Formel ermittelt werden: E = I 2 * R * t
    Figure DE102018218928A1_0002
  • Zweckmäßigerweise wird diese notwendige Energie E abzüglich 150% der Nennleistung des Netzteils 4 multipliziert mit der Schweißzeit t bestimmt.
  • Im Schweißprozess wird der Schweißstrom von einem U/I-Regler auf einen Stromsollwert geregelt. Dabei können kleine Regelabweichungen durch eine Erhöhung oder Erniedrigung der Netzteilleistung ausgeregelt werden. Größere Regelabweichungen können (z.B. auf Basis einer Stromrippelvorgabe) über das Schalten der Leistungsschalter 6 ausgeregelt werden. Dadurch können die Schaltverluste in den Leistungsschaltern 6 reduziert werden.
  • Durch Spannungsvorwahl auf Basis der letzten Schweißung mit einer Anpassung der Spannung zum minimalen Schalten der Ausgangsbrücke 6 kann die Lebensdauer der Kondensatoren 23 erhöht werden und der Schweißprozess energieoptimiert ablaufen. Alternativ kann auch eine automatische Betriebsart vorgesehen sein, bei der bei kurzen Pausen die geringe Spannungsvorwahl des letzten Punktes eingestellt wird. Der nächste Punkt ist das gleiche Bauteil mit gleichem Programm. Bei langer Pause ist eine höhere Spannung für eine neue, eventuell mit mehr Leistungsbedarf verbundene Schweißung erforderlich. Bei der nächsten Schweißung kann die Spannungsvorwahl wieder an den letzten Punkt angepasst werden.
  • Der Schweißstrom I wird durch die Schweißvorrichtung 100 permanent oder in vorgebbaren Zeitmessintervallen über Messsignale 7 gemessen, so dass eine Regelung in Abhängigkeit von einer Strommessung oder von einer Stromsollwertvorgabe auf Grund eines beispielsweise adaptiven Reglers mit einem Elektrodenspannungsmesseingang durchgeführt werden kann. Dadurch ist es möglich, Schweißungen in der gleichen Qualität und Qualitätsüberwachbarkeit wie bei MF-DC (Mittelfrequenz-Gleichstrom-Widerstandspunktschweißen) durchführen zu können. Auch wird über ein Messsignal 8 eine Elektrodenspannung gemessen.
  • Durch diese Regelung des Schweißstroms wird zweckmäßigerweise der Schweißablauf durch die Schweißsteuerung 5 gesteuert. Die Schweißsteuerung 5 ist ferner dazu eingerichtet, zur Steuerung des Schweißablaufs eine Spannung an der Kondensatorbank 3 vorzugeben, insbesondere zu regeln.
  • Zu diesem Zweck umfasst die Kondensatorbank 3 eine Messeinrichtung zur Spannungsmessung, deren Ergebnis als entsprechende Signale 31 an die Schweißsteuerung 5 übertragen bzw. von der Schweißsteuerung 5 ausgelesen werden. In Abhängigkeit von diesen Signalen 31 bestimmt die Schweißsteuerung 5 entsprechende Ansteuersignale zum Ansteuern des Netzteils 4 und ggf. der Kondensatorbank 3.
  • Durch eine derartige Regelung der Kondensatorbankspannung kann die Lebensdauer der Kondensatorbank 3 erhöht werden und das Widerstandsschweißen kann auch bei einer geringen Netzpulsleistung durchgeführt werden.
  • Zweckmäßigerweise kann ein Netzteil 4 zum Aufladen der Kondensatoren 23 der Kondensatorbank 3 verwendet werden, welches keine Pulsleistung bereitstellen muss. Somit können kostengünstige und kleine Netzteile 4 verwendet werden. Die Schweißvorrichtung 100 kann dadurch klein, leicht, verlustarm und kostengünstig gebaut werden.
  • Die Schweißvorrichtung 100 verzichtet vollständig auf jeglichen Schweißtransformator. Der zur Aufladung der Kondensatorbank 3 benötigte Strom wird nicht nur unmittelbar von dem Netzteil 4 bezogen, sondern die Kondensatorbank 3 beaufschlagt nach Freischaltung und/oder Durchschaltung des oberen der Leistungsschalter 6 die Schweißelektroden 1 unmittelbar mit einem Schweißstrom I.
  • Insbesondere kann aus der 1 des Weiteren erkannt werden, dass die Leistungsschalter 6 Feldeffekttransistoren (z.B. MOSFET) 61 umfassen, welche unabhängig voneinander jeweils mittels eines Steuersignals 51 der Schweißsteuerung 5 ansteuerbar sind.
  • In 2 ist ein Teil einer bevorzugten Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Schweißvorrichtung in einer perspektivischen Ansicht schematisch dargestellt.
  • Die Schweißvorrichtung weist in diesem Beispiel vier Kondensatoren 23, beispielsweise sog. Supercaps, zur Speicherung von Energie für Schweißimpulse auf. Das Netzteil 4 ist zwischen diesen vier Kondensatoren 23 angeordnet und grenzt somit an wenigstens zwei seiner Seiten an Kondensatoren 23 der Kondensatorbank 3 an. Das Netzteil 4 weist einen Wechselspannungsanschluss (nicht gezeigt) sowie einen Gleichspannungsanschluss, an den die positiven (in der Figur obere Querschiene) und negativen (in der Figur untere Querschiene) Pole der Kondensatoren 23 angeschlossen sind, auf. Der positive Gleichspannungsausgang der Anordnung ist zugleich mit einem Anschluss 62 in Form einer Stromschiene bzw. Stromplatte verbunden.
  • Die Anschlüsse 63 und 64 in Form von Stromschienen bzw. Stromplatten dienen zum Anschließen der Schweißelektroden bzw. Schweißzange. Anschluss 64 ist direkt mit dem negativen Gleichspannungsausgang der Anordnung verbunden. Ein erstes MOSFET-Modul 61a als Leistungsschalter ist zum Schalten positiver Spannung auf den Anschluss 63 vorgesehen, ein zweites MOSFET-Modul 61b als Leistungsschalter leitet den Schweißstrom zwischen den Anschlüssen 63 und 64 im Freilauf. Das MOSFET-Modul 61a ist zwischen der Stromschiene 62 und der Stromschiene 63 angeordnet und verbindet diese elektrisch. Das MOSFET-Modul 61b ist zwischen der Stromschiene 63 und der Stromschiene 64 angeordnet und verbindet diese elektrisch. Mit anderen Worten ist ein erster Leistungsschalter 61a zwischen einer einen ersten Anschluss der Kondensatorbank 3 bildenden Stromschiene 62 und einer einen Anschluss für eine erste der Schweißelektroden bildenden Stromschiene 63 angeordnet, und ein zweiter Leistungsschalter 61b zwischen einer einen Anschluss für eine erste der Schweißelektroden bildenden Stromschiene 63 und einer einen Anschluss für eine zweite der Schweißelektroden bildenden Stromschiene 64 angeordnet.
  • Die in der 2 gezeigte Schweißvorrichtung ermöglicht einen möglichst widerstandsarmen und induktivitätsarmen Aufbau, wobei hohe Ströme über das Netzteil 4, die Kondensatoren 23 und die MOSFET-Module 61a, 61b möglichst verlustarm in die Schweißzange fließen können.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 102014210684 A1 [0003, 0012, 0013]

Claims (15)

  1. Schweißvorrichtung zum schweißtransformatorfreien Widerstandsschweißen von Werkstücken aufweisend Schweißelektroden (1), die dazu eingerichtet sind, gegen einen Schweißpunkt der Werkstücke gepresst zu werden und mit einem Schweißstrom bestromt werden, eine Kondensatorbank (3) mit wenigstens einem Kondensator (23), wobei der Schweißstrom durch eine Entladung des wenigstens einen Kondensators (23) der Kondensatorbank (3) erzeugbar ist, eine Ladeschaltung (4) zum Aufladen des wenigstens einen Kondensators (23) der Kondensatorbank (3) mit elektrischer Energie, wenigstens einen Leistungsschalter (6), welcher zwischen die Kondensatorbank (23) und eine der Schweißelektroden (1) geschaltet ist, eine Schweißsteuerung (5), die dazu eingerichtet ist, die Ladeschaltung (4) und den wenigstens einen Leistungsschalter (6) anzusteuern, um dadurch einen Schweißablauf zu steuern, dadurch gekennzeichnet, dass die Schweißsteuerung (5) ferner dazu eingerichtet ist, zur Steuerung des Schweißablaufs eine Höhe einer Spannung an der Kondensatorbank (23) vorzugeben.
  2. Schweißvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Schweißsteuerung (5) ferner dazu eingerichtet ist, die Spannung an der Kondensatorbank (23) zu messen (31).
  3. Schweißvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Schweißsteuerung (5) ferner dazu eingerichtet ist, den wenigstens einen Leistungsschalter (6) derart anzusteuern, dass eine Stärke eines Entladestroms des wenigstens einen Kondensators (23) der Kondensatorbank gezielt während des Schweißablaufs einstellbar ist.
  4. Schweißvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der wenigstens eine Leistungsschalter (6) als Feldeffekttransistor (61) ausgebildet ist, insbesondere als Metall-Oxid- Halbleiter-Feldeffekttransistor.
  5. Schweißvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Ladeschaltung (4) und die Kondensatorbank (3) eine bauliche Einheit bilden.
  6. Schweißvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Ladeschaltung (4) an wenigstens zwei Seiten an Kondensatoren (23) der Kondensatorbank (3) angrenzt.
  7. Schweißvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei ein erster Leistungsschalter (61a) zwischen einer einen ersten Anschluss der Kondensatorbank (3) bildenden Stromschiene (62) und einer einen Anschluss für eine erste der Schweißelektroden bildenden Stromschiene (63) angeordnet ist.
  8. Schweißvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei ein zweiter Leistungsschalter (61b) zwischen einer einen Anschluss für eine erste der Schweißelektroden bildenden Stromschiene (63) und einer einen Anschluss für eine zweite der Schweißelektroden bildenden Stromschiene (64) angeordnet ist.
  9. Verfahren zum schweißtransformatorfreien Widerstandsschweißen von Werkstücken mit einer Schweißvorrichtung aufweisend eine Kondensatorbank (3) mit wenigstens einem Kondensator (23), wobei der Schweißstrom durch eine Entladung des wenigstens einen Kondensators (23) der Kondensatorbank (3) erzeugt wird, wobei zur Steuerung eines Schweißablaufs eine Höhe einer Spannung an der Kondensatorbank (23) vorgegeben wird.
  10. Verfahren nach Anspruch 9, wobei die Höhe der Spannung an der Kondensatorbank (23) in Abhängigkeit von einem in der Vergangenheit durchgeführten Schweißprozess vorgegeben wird, insbesondere in Abhängigkeit von einem zuletzt durchgeführten Schweißprozess.
  11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, wobei die Höhe der Spannung an der Kondensatorbank (23) in Abhängigkeit von einem Schweißstrom, von einer Schweißzeit und von einem Sekundärwiderstand vorgegeben wird.
  12. Verfahren nach Anspruch 10 und 11, wobei die Höhe der Spannung an der Kondensatorbank (23) in Abhängigkeit von dem Schweißstrom, von der Schweißzeit und von dem Sekundärwiderstand des zuletzt durchgeführten Schweißprozesses vorgegeben wird.
  13. Schweißsteuerung (5), die dazu eingerichtet ist, ein Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 12 durchzuführen.
  14. Computerprogramm, das eine Schweißsteuerung (5) veranlasst, ein Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 12 durchzuführen, wenn es auf der Schweißsteuerung (5) ausgeführt wird.
  15. Maschinenlesbares Speichermedium mit einem darauf gespeicherten Computerprogramm nach Anspruch 14.
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Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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DE102014210684A1 (de) 2014-06-05 2015-12-17 Robert Bosch Gmbh Schweißeinheit zum schweißtrafofreien Punktschweißen

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