DE1125097B

DE1125097B - Switching arrangement for stud arc welding with capacitor discharge

Info

Publication number: DE1125097B
Application number: DEK39302A
Authority: DE
Inventors: Frank Kenneth Kelemen; Ralph Kenneth Ritter
Original assignee: KSM Products Inc
Current assignee: KSM Products Inc
Priority date: 1959-11-30
Filing date: 1959-11-30
Publication date: 1962-03-08

Description

Schaltanordnung zur Bolzen-Lichtbogen-Schweißung mit Kondensatorentladung Bei Bolzen-Lichtbogen-Schweißgeräten wird im allgemeinen ein Bolzen verwendet, der an dem zu verschweißenden Ende einen kleinen Fortsatz trägt. Vor der Verschweißung wird der Bolzen mittels des Schweißgerätes in eine solche Lage gebracht, daß der Fortsatz in Berührung mit dem Werkstück steht und mit einer vorbestimmten Kraft auf das Werkstück zu vorgespannt ist. Um den Bolzen mit dem Werkstück zu verschweißen, wird vorzugsweise durch das Entladen eines Kondensators ein Strom durch den Bolzen und das Werkstück geleitet. Der Strom bewirkt, daß der verhältnismäßig kleine Fortsatz des Bolzens nahezu augenblicklich zerstört wird, so daß sich der Bolzen auf den betreffenden Körper bzw. das Werkstück zu bewegen kann. Dabei entsteht ein Lichtbogen zwischen dem Ende des Bolzens und dem Werkstück.Switching arrangement for stud arc welding with capacitor discharge In stud arc welding equipment, a stud is generally used which carries a small extension at the end to be welded. Before welding the stud is brought into such a position by means of the welding device that the Extension is in contact with the workpiece and with a predetermined force is biased towards the workpiece. To weld the stud to the workpiece, a current is preferably drawn through the bolt by discharging a capacitor and guided the workpiece. The current causes the relatively small appendix of the bolt is destroyed almost instantly, so that the bolt on the relevant body or the workpiece to move. This creates an arc between the end of the bolt and the workpiece.

Das zur Durchführung dieses Schweißverfahrens benutzte Gerät umfaßt im allgemeinen eine mit der Hand geführte Schweißpistole sowie ein Gerät zur Erzeugung des Schweißstromes und die Zuführungsleitungen. Der Bolzen wird dabei in ein am vorderen Ende der Spindel der Pistole vorgesehenes Futter eingespannt.The equipment used to perform this welding process includes generally a hand-held welding gun and a device for generating it of the welding current and the supply lines. The bolt is in an am chuck provided at the front end of the spindle of the gun.

Bei einem bekannten Bolzen-Lichtbogen-Schweißgerät ist gegenüber dem Spindelkopf ein von diesem betätigter Schalter vorgesehen. Dieser Schalter liegt in dem Auslösekreis für den Schweißstrom; er muß geschlossen sein, wenn eine Auslösung erfolgen soll. Zusätzlich zu diesem Schalter liegt ein weiterer, von Hand zu betätigender Schalter in dem Auslösekreis. Zur Auslösung der Schweißung ist also die Schließung beider Schalter erforderlich.In a known stud arc welding device is opposite to Spindle head provided a switch operated by this. This switch is located in the trip circuit for the welding current; it must be closed when a trip occurs should take place. In addition to this switch, there is another manually operated switch Switch in the trip circuit. The closure is therefore used to trigger the weld both switches required.

Insbesondere bei einem schnellen Arbeiten besteht in dem Vorhandensein des zusätzlichen Handschalters ein Nachteil. Zur Beseitigung dieses Nachteiles ist die Schaltanordnung zur Bolzen-Lichtbogen-Schweißung mit Kondensatorentladung ohne Anheben des Bolzens zur Lichtbogenbildung und mit wechselweiser Unterbrechung des Lade- und Entladestromkreises des Kondensators gemäß der Erfindung so ausgebildet, daß in an sich bekannter Weise der Kopf der Bolzenträgerspindel beim Aufdrücken des Bolzens einen Steuerkontakt für den Schweißstrom schließt und daß unter Fortfall eines handbetätigten Steuerschalters durch das Schließen des Kontaktes allein der Schweißstrom über ein Relais eingeschaltet wird.In particular, when working quickly, there is a presence the additional manual switch is a disadvantage. To eliminate this disadvantage is the switching arrangement for stud arc welding with capacitor discharge without Lifting the bolt to create an arcing and with alternating interruption of the Charging and discharging circuit of the capacitor according to the invention designed so that in a known manner the head of the bolt support spindle when pressing of the stud closes a control contact for the welding current and that with omission of a manually operated control switch by closing the contact alone Welding current is switched on via a relay.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand der Zeichnung beispielsweise beschrieben; in dieser zeigt Fig.1 einen Axialschnitt einer Bolzenschweißpistole gemäß der Erfindung und Fig.2 eine schematische Darstellung der für die Bolzenschweißpistole nach Fig. 1 bestimmte Schaltanordnung gemäß der Erfindung.The invention is illustrated below with reference to the drawing, for example described; FIG. 1 shows an axial section of a stud welding gun according to the invention and FIG. 2 a schematic representation of the for the stud welding gun 1 certain switching arrangement according to the invention.

Das nachstehend beschriebene Ausführungsbeispiel einer Bolzenschweißpistole ist gemäß der Erfindung als eine im wesentlichen automatische Pistole ausgebildet, die nach dem Laden mit einem Bolzen gegen das Werkstück gedrückt wird, um den Bolzen mit dem Werkstück zu verschweißen. Die Pistole umfaßt in bekannter Weise ein Gehäuse 10, eine in diesem Gehäuse gleitend verschiebbare, mit einem Bolzenspannfutter 12 versehene Spindel 11 sowie einen federnd (15) nachgebenden Fuß 13, der mit dem Werkstück in Berührung gebracht wird, um die Pistole zusammen mit dem nicht dargestellten Bolzen in eine vorbestimmte Stellung gegenüber dem Werkstück zu bringen. Innerhalb der Spindel ist ein verstellbarer Anschlagstift 17 für den einzusetzenden Bolzen vorgesehen.The embodiment of a stud welding gun described below is designed according to the invention as an essentially automatic gun which, after loading with a stud, is pressed against the workpiece in order to weld the stud to the workpiece. The pistol comprises in a known manner a housing 10, a spindle 11 which is slidable in this housing and is provided with a bolt chuck 12, and a resiliently (15) yielding foot 13 which is brought into contact with the workpiece in order to prevent the pistol together with the not to bring the bolt shown in a predetermined position relative to the workpiece. An adjustable stop pin 17 is provided within the spindle for the bolt to be inserted.

Der mittels der Pistole gemäß der Erfindung anzuschweißende Bolzen trägt - wie eingangs erwähnt -an seinem vorderen Ende einen kleinen Fortsatz. Das Festschweißen des Bolzens am Werkstück erfolgt dadurch, daß der Bolzen gegen das Werkstück vorgespannt wird, wobei der Fortsatz das Werkstück berührt, und daß dann ein kräftiger Strom über den Bolzen an das Werkstück geleitet wird, so daß eine nahezu augenblickliche Zerstörung des Fortsatzes erfolgt. Infolge dieser Zerstörung des Fortsatzes kann sich der Bolzen auf das Werkstück zu bewegen, und während dieser Bewegung tritt der das Schweißen bewirkende Lichtbogen zwischen dem vorderen Ende des Bolzens und dem Werkstück auf. Bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel erfolgt die Vorspannung des Bolzens gegen das Werkstück durch eine als Druckfeder wirkende Schraubenfeder 14. Bei der Benutzung der Schweißpistole wird der von dem Futter 12 aufgenommene Bolzen zur Anlage am Werkstück gebracht, und das Pistolengehäuse wird gegen das Werkstück gedrückt, so daß die Spindel 11 entgegen der Kraft der Feder 14 nach hinten gedrückt wird, wobei die Feder 14 eine vorbestimmte Kraft auf die Spindel 11 und den Bolzen ausübt.The stud to be welded by means of the gun according to the invention carries - as mentioned at the beginning - a small extension at its front end. That The stud is welded to the workpiece by the stud against the Workpiece is biased, the extension touching the workpiece, and that then a powerful current is passed through the bolt to the workpiece, so that a almost instantaneous destruction of the appendage takes place. As a result of this destruction of the extension, the bolt can move towards the workpiece, and during this movement, the arc causing the welding occurs between the front end of the bolt and the workpiece. In the described embodiment the bolt is pretensioned against the workpiece by a compression spring acting coil spring 14. When using the welding gun, the Chuck 12 picked up bolts brought into contact with the workpiece, and the gun housing is pressed against the workpiece, so that the spindle 11 against the force of the Spring 14 is pushed backwards, the spring 14 applying a predetermined force the spindle 11 and the bolt exercises.

Die Zufuhr des Schweißstromes an die Spindel 11 und an den in das Futter 12 eingesetzten Bolzen erfolgt über ein Kabel 100, dessen eines Ende in eine Öffnung 102 in dem Spindelkopf 16 eingesetzt ist und in diesem durch eine in die Spindel axial eingeschraubte Klemmschraube 104 festgehalten wird. Das Kabel 100 verläuft durch eine Hülse 106 in das Innere des Gehäuses 10. Die Hülse 106 ist in eine Öffnung 108 des Gehäuses eingesetzt. Derjenige Abschnitt des Kabels 100, welcher sich innerhalb des Gehäuses 10 von der Kabeleinführungsstelle bis zur Verbindungsstelle des Kabels mit der Spindel 11 erstreckt, hängt so weit durch, daß sich die Spindel 11 ungehindert bewegen kann. Zur Feststellung des Kabels 100 ist ein sich durch das Kabel 100 und die Hülse 106 erstreckender Haltestift 112 vorgesehen.The welding current is supplied to the spindle 11 and to the stud inserted in the chuck 12 via a cable 100, one end of which is inserted into an opening 102 in the spindle head 16 and is held in place by a clamping screw 104 axially screwed into the spindle . The cable 100 extends through a sleeve 106 into the interior of the housing 10. The sleeve 106 is inserted into an opening 108 of the housing. That section of the cable 100 which extends within the housing 10 from the cable entry point to the connection point of the cable with the spindle 11 sags so far that the spindle 11 can move unhindered. To fix the cable 100, a retaining pin 112 extending through the cable 100 and the sleeve 106 is provided.

Am hinteren Ende des Gehäuses ist ein Kontaktklotz 118 eingesetzt, der aus einem elektrisch leitenden Material besteht und bei dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel an seiner Vorderseite eine U-förmige Kontaktfeder 120 trägt. Bei einer anderen Ausbildungsform des Kontaktklotzes und der Kontaktfeder kann diese unter einem stumpfen Winkel gebogen und statt an der Vorderseite an einer Seitenfläche des Kontaktklotzes befestigt sein, so daß sie sich nach vorn und dann längs der Vorderseite des Kontaktklotzes erstreckt. Ferner ist ein Steuerkabel 122 vorgesehen, dessen eines Ende in dem Kontaktklotz 118 mittels einer Klemmschraube 124 befestigt ist und das sich durch eine angesenkte Bohrung 126 in dem Gehäuse 10 erstreckt, in welcher das Kabel von einer der Hülse 106 ähnelnden Hülse 128 umgeben ist, um ein Durchbiegen und Abbrechen des Kabels an seiner Einführung in das Pistolengehäuse zu verhindern.At the rear end of the housing, a contact block 118 is inserted, which consists of an electrically conductive material and, in the exemplary embodiment described here, has a U-shaped contact spring 120 on its front side. In another embodiment of the contact pad and the contact spring, this can be bent at an obtuse angle and instead of being attached to the front side on a side surface of the contact pad, so that it extends forwards and then along the front side of the contact pad. Furthermore, a control cable 122 is provided, one end of which is fastened in the contact block 118 by means of a clamping screw 124 and which extends through a countersunk bore 126 in the housing 10 , in which the cable is surrounded by a sleeve 128 similar to the sleeve 106 to prevent bending and breaking of the cable as it enters the gun body.

Die Kontaktfeder 120 ist gemäß der Erfindung über die Leitung 122 mit dem einen Pol; die Spindel 11 über den zu verschweißenden Bolzen und das Werkstück mit dem anderen Pol eines Steuer- und Auslösekreises verbunden. Dieser Kreis wird geschlossen, wenn sich die Spindel 11 nach dem Aufsetzen des Gerätes auf das Werkstück so weit nach hinten bewegt hat, daß die Kontaktfeder 120 vom Spindelkopf 16 berührt wird. Dadurch kann z. B. die Entladung eines Kondensators ausgelöst werden, so daß über das Kabel 100 ein Schweißstrom durch die Spindel 11 fließt. Wenn der Fortsatz am vorderen Ende des in das Futter 12 eingesetzten Bolzens zerstört ist, bewegt sich dieser zusammen mit der Spindel unter der Vorspannkraft der Feder 14 nach vorn. Bei ihrer Bewegung nach hinten verformt die Stange die U-förmige Kontaktfeder 120 durch Ausbiegen ihres vorderen Schenkels nach hinten, so daß die Kontaktfeder bei der Vorwärtsbewegung der Stange während des Schweißvorganges, d. h. nach der Zerstörung des Fortsatzes an dem Bolzen, in Berührung mit dem Spindelkopf bleibt, während sich die den Bolzen tragende Spindel nach vorn bewegt; dadurch wird gewährleistet, daß der Auslösestromkreis geschlossen bleibt und das Fließen des Schweißstromes während der vorbestimmten Dauer des Schweißvorganges nicht unterbrochen wird.According to the invention, the contact spring 120 is connected to one pole via the line 122; the spindle 11 is connected to the other pole of a control and release circuit via the bolt to be welded and the workpiece. This circle is closed when the spindle 11 has moved so far backwards after the device has been placed on the workpiece that the contact spring 120 is touched by the spindle head 16. This allows z. B. the discharge of a capacitor can be triggered, so that a welding current flows through the spindle 11 via the cable 100. If the extension at the front end of the bolt inserted into the chuck 12 is destroyed, it moves forward together with the spindle under the pretensioning force of the spring 14. When it moves backwards, the rod deforms the U-shaped contact spring 120 by bending its front leg backwards so that the contact spring comes into contact with the spindle head during the forward movement of the rod during the welding process, ie after the destruction of the extension on the bolt remains while the spindle carrying the bolt moves forward; this ensures that the trigger circuit remains closed and the flow of the welding current is not interrupted during the predetermined duration of the welding process.

Die Schaltung des Auslöse- und Steuerkreises sowie des Schweißstromkreises ist in Fig. 2 schematisch dargestellt. Eine Wechselstromquelle 130 ist an die Primärklemmen eines verstellbaren Spartransformators 132 angeschlossen; sie liefert den Ladestrom für einen Kondensator. Außerdem ist die Wechselstromquelle 130 mit einem zweiten Transformator 134 verbunden, der den Steuerstromkreis mit Strom versorgt. Die Wechselstromquelle liefert also den Strom zum Laden des den Schweißstrom liefernden Kondensators und zum Betrieb der den Schweißvorgang steuernden Schaltung. Zwischen der Wechselstromquelle und den Transformatoren 132 und 134 ist ein Ausschalter 136 vorgesehen, mittels dessen die Stromquelle abgeschaltet und die Steuer- und Schweißstromzuführungsmittel außer Betrieb gesetzt werden können.The switching of the trigger and control circuit as well as the welding circuit is shown schematically in FIG. An AC power source 130 is connected to the primary terminals a variable autotransformer 132 connected; it provides the charging current for a capacitor. In addition, the AC power source 130 is connected to a second Transformer 134 connected, which supplies the control circuit with power. The AC power source thus supplies the current for charging the capacitor which supplies the welding current and to operate the circuit controlling the welding process. Between the AC power source and the transformers 132 and 134 a circuit breaker 136 is provided by means of whose power source is switched off and the control and welding power supply means can be decommissioned.

Der Stromkreis zum Zuführen des Schweißstromes umfaßt einen Kondensator 138 in Reihenschaltung mit der Sekundärwicklung eines Trenntransformators 140 sowie einen Gleichrichter 142 und die normalerweise geschlossenen Kontakte 148a. Der Trenntransformator 140 liefert über den Gleichrichter 142 den Strom zum Laden des Kondensators 138 und wird seinerseits durch den Spartransformator 132 gespeist. Eine Seite des Kondensators 138 ist geerdet, während die andere Seite über die normalerweise offenen Kontakte 148 b und das Kabel 100 mit der Spindel 11 der Schweißpistole verbunden werden kann. Wenn der Schalter 136 geschlossen ist, wird der Kondensator 138 durch den von dem Transformator 140 abgegebenen Strom geladen. Das Entladen des Kondensators 138 und das Zuführen des Schweißstromes von dem Kondensator zu der Schweißpistole erfolgt durch Schließen der Kontakte 148 b.The circuit for supplying the welding current comprises a capacitor 138 connected in series with the secondary winding of an isolating transformer 140 as well as a rectifier 142 and the normally closed contacts 148a. The isolation transformer 140 supplies the current for charging the capacitor 138 via the rectifier 142 and is in turn fed by the autotransformer 132. One side of the capacitor 138 is grounded while the other side has the normally open contacts 148 b and the cable 100 can be connected to the spindle 11 of the welding gun. When switch 136 is closed, capacitor 138 is charged by the Transformer 140 is charged electricity delivered. The discharging of the capacitor 138 and the welding current is supplied from the capacitor to the welding gun by closing contacts 148 b.

Der Steuer- und Auslösekreis umfaßt eine Schaltschützspule 148, die über die normalerweise geschlossenen Kontakte 154 a an die Wechselstromquelle 130 angeschlossen werden kann. Die Spule 148 steuert den Betrieb der Kontakte 148 a und 148 b; sie ist so geschaltet, daß sie bei Stromdurchfluß die Kontakte 148a öffnet und die Kontakte 148b schließt. Der Transformator 134 liefert den Strom für einen Gleichrichter 152. Ein Pol dieses Gleichrichters ist über ein Gleichstromrelais 154 geerdet, während der andere Pol an den Kontaktklotz 118 bzw. die Kontaktfeder 120 der Schweißpistole 10 angeschlossen ist. Das Gleichstromrelais 154 steuert die Kontakte 154 a, die beim Einschalten dieses Relais geschlossen werden.The control and trip circuit comprises a contactor coil 148 which can be connected to the alternating current source 130 via the normally closed contacts 154 a. The coil 148 controls the operation of the contacts 148 a and 148 b; it is switched so that when current flows through it opens the contacts 148 a and the contacts 148 b closes. The transformer 134 supplies the current for a rectifier 152. One pole of this rectifier is grounded via a direct current relay 154, while the other pole is connected to the contact block 118 or the contact spring 120 of the welding gun 10. The DC relay 154 controls the contacts 154 a, which are closed when this relay is switched on.

Der Betrieb der Schweißpistole mit der beschriebenen Schaltanordnung verläuft gemäß der Erfindung wie folgt: Die Pistole wird gegen ein geerdetes Werkstück gedrückt, bis der Spindelkopf 16 der Spindel 11 die Kontaktfeder 120 berührt, so daß ein Stromkreis über den Gleichrichter 152 geschlossen wird; hierdurch wird das Gleichstromrelais 154 eingeschaltet, so daß die Kontakte 154 a geschlossen werden. Die Hauptschützentwicklung148 wird unterStrom gesetzt, so daß die Kontakte 148 a geöffnet und die Kontakte 148 b geschlossen werden, damit sich der Kondensator 138 über die Leitung 100, die Spindel 11, den Bolzen und das Werkstück entladen kann. Wenn die Schweißpistole nach Beendigung eines Schweißvorganges von dem angeschweißten Bolzen abgenommen wird, wird der Stromkreis über das Gleichstromrelais 154 geöffnet, so daß sich die Kontakte 154 a öffnen, wodurch die Hauptschützspule 148 stromlos wird, so daß die Kontakte 148 b geöffnet werden, während sich die Kontakte 148a schließen, damit das erneute Aufladen des Kondensators 138 beginnen kann.The operation of the welding gun with the switching arrangement described is as follows according to the invention: the gun is pressed against a grounded workpiece until the spindle head 16 of the spindle 11 contacts the contact spring 120, so that a circuit is closed via the rectifier 152; As a result, the direct current relay 154 is switched on, so that the contacts 154 a are closed. The main contactor development 148 is energized so that the contacts 148 a are opened and the contacts 148 b are closed so that the capacitor 138 can discharge via the line 100, the spindle 11, the bolt and the workpiece. When the welding gun is removed from the welded stud after completion of a welding process, the circuit is opened via the DC relay 154, so that the contacts 154 a open, whereby the main contactor coil 148 is de-energized, so that the contacts 148 b are opened while contacts 148a close to allow capacitor 138 to begin recharging.

Die Ladung des Kondensators und damit der Schweißstrom werden durch den verstellbaren Spartransformator 132 geregelt, der es ermöglicht, die Ladespannung an der Sekundärwicklung des Transformators 140 zu variieren. Parallel zu der Sekundärwicklung des Transformators 140 und dem Kondensator 138 ist zwischen diesem und dem Gleichrichter 142 ein Widerstand 156 eingeschaltet. Dieser hat die Aufgabe, den Kondensator 138 bei einer Herabsetzung der Ausgangsspannung des Transformators 140 bis auf diese Spannung zu entladen.The charge of the capacitor and thus the welding current are carried through regulated by the adjustable autotransformer 132, which enables the charging voltage on the secondary winding of the transformer 140 to vary. In parallel with the secondary winding of transformer 140 and capacitor 138 is between this and the rectifier 142 a resistor 156 is switched on. This has the task of the capacitor 138 when the output voltage of the transformer 140 is reduced to this level Discharge voltage.

Um beim Abnehmen des Gehäuses eine Abschaltung der Spannung und eine Entladung des Kondensators zu bewirken, ist ein Steuerrelais 158 vorgesehen, das in Reihe mit einem Sicherheitsschalter 160 an die Wechselstromquelle 130 angeschlossen ist. Der Sicherheitsschalter ist in dem Gehäuse so angeordnet, daß er beim Öffnen oder Abnehmen des Gehäuses geöffnet wird. Das Steuerrelais 158 weist drei Kontaktpaare auf, und zwar die normalerweise offenen Kontakte 158 a und 158 b sowie die normalerweise geschlossenen Kontakte 158c. Die Kontakte 158a und 158b liegen jeweils in einer der beiden Zuführungsleitungen der Primärwicklungen der Transformatoren 132 und 134.In order to switch off the voltage and discharge the capacitor when the housing is removed, a control relay 158 is provided, which is connected in series with a safety switch 160 to the alternating current source 130. The safety switch is arranged in the housing so that it is opened when the housing is opened or removed. The control relay 158 has three pairs of contacts, namely the normally open contacts 158 a and 158 b and the normally closed contacts 158 c. The contacts 158a and 158b each lie in one of the two feed lines of the primary windings of the transformers 132 and 134.

Bei einer Öffnung des Sicherheitsschalters 160 öffnen die Kontakte 158b und 158a, während die Kontakte 158 c schließen und den Kondensator 138 über einen Widerstand 168 entladen. Ein Voltmeter 169 zeigt den Ladezustand des Kondensators 138 an. Weiter ist hinter dem Schalter 136 eine Kontrollampe 170 eingeschaltet, welche anzeigt, ob der Schalter 136 geschlossen ist. When the safety switch 160 opens, the contacts 158b and 158a open, while the contacts 158c close and the capacitor 138 is discharged via a resistor 168. A voltmeter 169 indicates the state of charge of the capacitor 138. Furthermore, behind the switch 136, a control lamp 170 is switched on, which indicates whether the switch 136 is closed.

Claims

PATENT CLAIM: Switching arrangement for bolt arc welding with capacitor discharge without lifting the bolt for arcing and with alternating interruption of the charging and discharging circuit of the capacitor, characterized in that the head (16) of the bolt support spindle (11) when pressed on in a manner known per se of the stud closes a control contact (120) for the welding current and that, with the elimination of a manually operated control switch, the closing of the contact (120) only switches on the welding current via a relay (148). Documents considered: German Patent No. 1009 333; British Patent No. 555,593; USA. Patent Nos. 2260969, 2640133, 2235385, 2 622 179, 2796513, 2817001, 2763755, 2,307,026th