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Elektrische Schweißanordnung mit mehreren Elektroden. Vorliegende
Erfindung betrifft Schweißanordnungen im allgemeinen und im besonderen eine Punktschweißanordnung
mit Mehrfachelektrode, bei der mehrere Elektroden von einer einzigen Stromquelle
gespeist werden.
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Die Punktschweißung findet vielfach zur Verbindung von Metallen Verwendung,
z.B. im Flugzeug- und Automobilbau.
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Um eine Schweißung mit den gewünschten Eigenschaften zu erzielen,
ist es. notwendig, daß die Schweißung jedes Punktes sowohl hinsichtlich der Stärke
des zugeführten Stromes als auch der Schweißbogendauer sorgfältig überwacht wird.
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Bei vielen Schweißungen muß man mehrere Punktschweißungen vornehmen.
Das kann bewirkt werden, indem man die Schweißelektrode bzwo das Werkstück von einer
zur anderen Stellung verschiebt, oder indem mehrere Elektroden verwendet werden,
die so angeordnet sind, daß sie an den gewünschten Stellen die Schweißung vornehmen.
Die Verwendung mehrerer-Elektroden mit den zugehörigen Speisekreisen führt jedoch
zu einer umständlichen und kostspieligen Einrichtung. Andererseits stellt die Verwendung
eines einzigen Kreises eine schwierige Aufgabe dar; die Schweißströme können sehr
stark werden und es ist schwierig, die Umschaltung von einer zur anderen Elektrode
vorzunehmen. Die Verwendung eines einzigen Speisekreises ist auch noch dadurch erschwert,.daß
der Schweißbogen von Schweißung zu Sehweißung neu gezündet werden muß, daß jedes
Mal eine andere
Elektrode in Gang gesetzt wird und daß der Bogen
in einem ganz bestimmten Zeitpunkt einsetzen muß derart, daß der Schweißbogen an
jeder der verschiedenen Elektroden mit Genauigkeit zu steuern ist.
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Es ist Aufgabe vorliegender Erfindung, diese Schwierigkeiten zu überwinden.
Sie betrifft zu diesem Zweck eine elektrische Schweißanordnung mit mehreren Elektroden,
die Punktschweißungen an verschiedenen Stellen des Werkstückes zu liefern hat.
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Die zur Erfüllung der angegebenen Aufgabe vorgeschlagene Anordnung
kennzeichnet sich erfindungsgemäss dadurch, daß ein einziger Speisekreis vorgesehen
ist, der mit Schaltmitteln verbunden ist, welche den Speisekreis von einer Elektrode
an eine andere legen, daß dieser Speisekreis den Strom von der gerade angeschlossenen
Elektrode ableitet, um den Schweißbogen zu unterbrechen und daß er die Speisung
der nächsten Elektrode veranlaßt, um sie wirksam werden zu lassen und sofort.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird der Speisekreis von einer Elektrode
zur andern umgeschaltet, wenn er keinen Strom in seinen Elektroden führt.
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Gemäß einem anderen Ausführung$beispiel ruft der einzige Speisekreis
die Erzeugung von Hochspannungsimpulsen hervor, welche jede Elektrode zünden.
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Die Erfindung erstreckt sich auch auf die nachfolgend beschriebenen
Merkmale und ihre verschiedenen Kombinationen.
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Die Erfindung ist beispielsweise in den Figuren dargestellt. Fig.
1 ist ein Schaltschema der erfindungsgemäss getroffenen Anordnung.
Fig.
2 ist eine Zeittafel, welche den Funktionsablauf der Anordnung wiedergibt.
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Die praktische Ausführung der Erfindung sieht eine Schweißanordnung
vor, die mehrere Elektroden zur Vornahme mehrerer Punktschweißungen an verschiedenen
Stellen des Werkstückes aufweist: Die.Elektroden sind über Schaltmittel wie Relais
an den Speisekreis angeschlossen, der Hochspannungsimpulse zur Zündung der Bögen
und zu deren Aufrechterhaltung liefert. Der Stromkreis zur Erzeugung der Hochspannungsimpulse
enthält einen Gleichrichterkreis, der parallel an den Klemmen der Stromquelle liegt
und hieraus den Vorzündungsstrom entnimmt. Dieser wird zur Einleitung des Bogens
verwendet und er dient auch zur Ableitung des Stroms zwecks Löschung des Bogens.
Wenn, die Zeitpunkte des Einsatzes und der Löschung des Bogens exakt gesteuert werden,
ist die Dauer jedes Bogens genau bestimmt. Der Anschluß des Speisekreises wird von
einem Zeitgeber gesteuert, der auch den Durchlass durch den Shuntkreis sowie den
Einsatz des Hochspannungsimpulses regelt. Der Anschluß der Elektroden wechselt,
sobald kein Strom mehr fließt, um die Bildung von Lichtbögen auf den-Kontakten zu
vermeiden. Wenn ein Bogen hergestellt ist, wird die nächste Elektrode angeschlossen,
die aber erst zündet, wenn ihr ein Zündhochspannungsimpuls zugeführt wird. Der än
einer Elektrode aufgetretene Bogen wird durch den Durchlass des Shuntkreises zur
Ableitung des Stromes unterbrochen und der Anschluß dieser Elektrode wird aufgehoben,
nachdem der Bogen unterbrochen wird.
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In Fig. '! der Zeichnung ist Tine .Anordnung dargestellt, welche fünf
Schweißelektroden ' 1 0 a 11, 12, 13 und 1 4. zur Herstellung von Punktschweißungen
auf einem Werkstück 1 5 enthält. Die Elektroden sind von einer konstanten Stromquelle
18 gespeist, die über die Relaiskontakte 2®fl 219 229 23 und 24 an den Elektroden
liegen.
Der Strom wird von der Stromquelle 18 an Zeitung 29 über die Selbstinduktionsspule
27 und eine Wicklung des Transformators 28 abgegeben. Zeitung 29 liegt unter Zwischenschaltung
der Relaiskontakte an den Elektroden 10 bis 14. Beim in der Zeichnung dargestellten
Ausführungsbeispiel be-. findet sich Relais 20 in erregtem Zustand, so daß hlektrode
10 an der Stromquelle liegt.
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Zur Verwirklichung der gewünschten Punktschweißcharakteristiken muß
die Dauer des Schweißbogens genau gesteuert werden. Hierzu kann ein Stromkreis vorgesehen
sein, der einen Hochspannungsimpuls zwecks Zündung des Bogens an der Elektrode liefert.
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Der genannte Stromkreis enthält einen Siliziumgleichrichter mit Steuerelektrode
30, Thyristor genannt, der in Serie mit Widerstand 31 und Spule 27 an der Stromquelle
liegt.
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Der Durchlass des Thyristors 30 ist vom Zeitgeber 35 gesteuert und
wird durchlässig gemacht, um den Stromdurchgang durch die Spule 27 sicherzustellen,
bevor man einen Sch;:eißbogen zu zünden wünscht.
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Zur Lieferung eines Hochspannungsimpulses zwecks Zündung des Schweißbogens
liegt eine Funkenstrecke (bclateur) mit Wolframelektrode 40 in Serie mit einem Kondensator
42 und einer Primärwicklung 41, die mit der Sekundärwicklung 28 gekoppelt ist. Kondensator
42 wird vom Transformator 43, der an der Wechselstromquelle liegt, mit Strom versorgt.
Dieser Strom wird von den Dioden 44 und 45 gleichgerichtet derart, daß sich an den
Klemmen des Kondensators 42 eine Spannung entwickelt. Der in Serie mit Widerstand
47 liegende Schalter 46 shunted den Kondensator 42, um ihn während des.Vorgangs
(essais) zu entladen.
Ein Entladungskreis ruft die Durchlässigkeit
der Funkenstrecke 40 hervor und er enthält die Thyratronröhre 50, den Kondensator
51, die Primärwicklung des Transformators 52 und den Thyristor 30. Kondensator 51
wird von einem Stromkreis aufgeladen, der den wechselstromgespeisten Transformator
53, den Gleichrichter 54 und den im Nebenschluß zum Kondensator 51 liegenden Widerstand
55 enthält und die gewünschte Zeitkonstante liefert. Das Steuergitter des Thyratron
50 liegt am Zeitgeber 35 derart, daß das Thyratron zur Entladung des Kondensators
51 im Transformator 52 in einem bestimmten Augenblick ausgelöst wird. Bei der Entladung
leitet Kondensator 51-den Strom des Thyristors ab und macht letzteren nichtleitend.-Hierbei
erzeugt die Stromunterbrechung in der Spule 27 an deren Enden einen Spannungsimpuls.
Der die ZENERdiode 32 und den Widerstand 33 enthaltene Stromkreis verhindert, daß
die von der Spule im Falle eines Nichtzustandekommens des Schweißbogens erzeugte
Spannung einen bestimmten Wert überschreitet.
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Die Sekundärwicklung des Transformators 52 liegt an den Kondensatoren
57 und 58. Kondensator 58 wird von dem im Transformator 52 durch die Entladung
des Kondensators 51 fließenden Impuls aufgeladen. Kondensator 58 liegt an den Elektroden
der 'Wolframfunkenstrecke 40 und es bilden die Elektroden 60 und 62 eine erste und
die Elektroden 61 und 63 eine zweite Funkenstrecke. Die Elektroden 60 und 62 liegen
in Serie in einem Stromkreis, der den Kondensator 42 -und die Primärwicklung 41
enthält. Der Kreis ist so ausgebildet, daß er einen schwachen Widerstand aufweist,
doch sorgt die Induktivität der Wicllung 41 dafür, daß die am Kondensator 58 wachsende
Spannung an den Elektroden 60 und 62 sowie 61 und 63 auftritt.
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Die Spannung an den Klemmen der Elektroden 61 und 63 erzeugt einen
Lichtbogen, so daß diese Spannung plötzlich auf einen schwachen Wert abfällt. Hierdurch
steigt die Spannung an den
Klemmen der Elektroden 60 und 62 auf
einen erhöhten Wert und sie erzeugt einen Bogen zwischen ihnen.
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Der von der Wechselatromquelle aufgeladene Kondensator 42 wird über
den Bogen zwischen den Elektroden 60 und 62 und über die Primärwicklung 41 entladen.
Der die Wicklungen 41 und 28 enthaltende Transformator hat einen Ferritkern und
vermehrt die der Primärwicklung 41 zugeführte Impulsspannung um ein Vielfaches,
z.B. im Verhältnis 100 : 1. Diese Impulsspannung addiert sich zu der an den Klemmen
der Spule 27 erzeugten, sobald der Thyristor 30 unterbrochen ist und liefert an
die Zeitung 29 eine sehr hohe Spannung.
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Zur Stromlieferung an den durch den Hochspannungsimpuls gezündeten
Bogen ist ein Überapannungskreis vorgesehen. Er enthält den Transformator 65, der
an der Wechselstromquelle sowie an einem Kupplungstransformator 66 liegt, der seinerseits
zwei paarweise vorgesehene Primärwicklungen zur Lieferung des erforderlichen Stromes
aufweist.
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Die Sekundärwicklung des Kupplungstransformators 66 liegt unter Zwischenschaltung
eines Widerstandes 67 und eines Gleichrichters 68 an dem Kondensator 69 und lädt
diesen auf. Schalter 70 im Zusammenwirken mit Widerstand 71 dienen zur Entladung
des Kondensators 69 während des Vorganges (essais). Kondensator 69 liegt unter Zwischenschaltung
der Spule 73 und der Funkenstrecke 74 an Leitung 29. Sobald der Hochspannungsimpuls
der Zeitung 29 zugeführt wird, zündet die Funkenstrecke 74, wodurch Kondensator
69 über die Spule entladen und Strom an die gerade an der Leitung 29 liegende Schweißelektrode
geliefert wird.
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Die Relais 20 bis 24, welche die Elektroden 10 bis 14 mit der Zeitung
29 verbinden, werden von einem Mehrfachschalter gesteuert,
der als
rotierender Schalter oder auch als Schrittschalter 75 ausgebildet sein kann..Der
Mehrfachschalter weist ein Steuergerät 76, einen drehbaren Hebel 77 und zwei Anordnungen
mit Kontakten in zwei Ebenen auf. Der Schalter ist in einer Stellung dargestellt,
in welcher der drehbare Hebel eine positive Stromquelle 78 mit dem Kontakt 80 verbindet,
der an das Relais 20 angeschlossen ist. Hierdurch werden dessen Kontakte geschlossen
und es wird die Elektrode 10 an Zeitung 29 gelegt. Sobald: der Hebel 77 des Schrittschalters
auf die folgende Stellung gedreht wird, schließt er die Kontakte 81 und 82. Kontakt
82 ist mit Kontakt 80 verbunden und hält Relais 20 in erregtem Zustand. Die Kontakte
80 und 82 des Schalters können in der Weise angeordnet sein, daß Kontakt 82 in Eingriff
mit dem Hebel 77-steht, bevor Kontakt 80 abgeschaltet ist. Man kann auch, davon
abweichend, ein langsam abfallendes Relais 20 wählen, derart, daß das Relais nicht
fällt, wenn der Schalter von der einen in die folgende Stellung übergeht. In der
zweiten Schalter-Stellung schließt Kontakt 81 die Stromquelle 78 auch an das Relais
21 an, so daß die Relais 20 und 21 erregt sind.
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Auf Grund der Verbindungen der Relais mit den Schalterkontakten ist
erkennbar, daß das erste Relais erregt ist (in der dargestellten Stellung ist nur
das Relais 20 erregt) und sodann dieses und das folgende .Relais zusammen erregt
werden. In der folgenden Stellung sind das zweite und das dritte Relais erregt.
Die Steueranordnung 76 des Schalters 77 ist mit dem Zeitgeber 35 derart verbunden,
daß das Arbeiten des Schalters 76 synchron zur Durchlässigkeit des Thyristors 30
und zur Auslösung der Thyratronröhre 50 geschieht.
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Zur Erklärung der Arbeitsfolge dient die Fig. 2.
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Bei Beginn des Betriebes sei angenommen, daß der Thyristor 30 -undurchlässig
sei und der Schalter 75 sich unmittelbar vor der
in der Fig. dargestellten
Stellung befinde: Die Anordnung werde zur Zeit t1 in Gang gesetzt, indem der Thyristor
30 erregt wird.
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Unmittelbar hierauf wird Schalter 75 in der Weise in Gang gesetzt,
daß der Hebel in die dargestellte Stellung verlegt wird, wodurch Relais 20 betätigt
wird. Zum Zeitpunkt t2 wird durch Steuerung vom Zeitgeber 35 aus Thyratron 50 ausgelöst,
das den Thyristor 30 unterbricht und einen Flogen an der Elektrode 10 zündet. Sobald
der Bogen zu Stande gekommen ist, betätigt der Zeitgeber den Schalter 75 und läßt
ihn auf die zweite Stellung vorrücken. die zuvor erläutert, hält dieser das Relais
20 erregt, erregt aber auch das Relais 21.
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Der Bogen an der Elektrode 10 hält an, bis der Thyristor 30" von neuem
zum Zeitpunkt t3 gezündet wird. Wie bereits ausgeführt, shunted der Thyristor 30
den Ausgang der Stromquelle 18 und leitet den Strom des 3ogens von Elektrode 10
ab. Die Stromquelle liefert konstanten Strom und sobald der Strom des Bogens 10
abgeleitet ist, wird der Lichtbogen auf ein Maß zurückgeführt, daß er nicht weiterbestehen
kann. Wenn der Lichtbogen unterbrochen ist, tritt Schalter 75 in Tätigkeit und verlegt
den Hebel 77 in die folgende Stellung, in welcher Relais 20 abfällt und nur noch
Relais 21 erregt ist. Sodann wird zum Zeitpunkt t4 Thyratron 50 von neuem ausgelöst
und ezjzündet den Bogen an Elektrode 11. Hiernach wird Schalter 75 betätigt, geht
in die nächste Stellung und erregt Relais 22, währenddessen Relais 21 noch erregt
gehalten wird. Thyristor 30. zündet von neuem zum Zeitpunkt t5 und unterbricht den
Bogen an Elektrode 11.
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Dieser Vorgang setzt sich fort, bis an den Elektroden 12, 13 und 14
nacheinander Lichtbögen erzeugt worden sind. Wird der Bogen an r"lektrode 14 unterbrochen,
so wandert der Hebel des
Schalters 75 von Kontakt 83 zur folgenden
Stellung, in der kein Relais erregt und der Vorgang angehalten wird. Es sei bemerkt,
daß die Zeitintervalle zwischen den Zeitpunkten t1, t2, t3 ... nicht so, wie in
Fig: 2 dargestellt ausgebildet zu sein brauchen. Das Zeitintervall zwischen den
Zeitpunkten t2 und t3, t4 und t5 usw. steuert jeweils die Dauer der Schweißbögen
an den Elektroden 10, 11 usw.
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Diese Zeiten können für die verschiedenen Elektroden einander gleich
oder untereinander verschieden sein, um die gewünschten Schweißbedingungen zu erzielen.
Es können z.B. verschiedene Zeiten notwendig sein, wenn die Dicke des Werkstückes
an einer Stelle größer als an einer anderen ist.
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Die beschriebene Anordnung zur Speisung mehrerer Punktschweißelektroden
von einer Stromquelle aus wurde als voll befriedigend befunden. Die Schaltung liefert
Impulse zum Zünden des Bogens wie auch zum Unterbrechen, indem der Bogenstrom abgeleitet
und so geschwächt wird,' daß er nicht mehr bestehen kann. Die beschriebenen Elektroden
werden in dem Augenblick an-und abgeschaltet, wenn kein Strom an sie geliefert wird.
Es entstehen infolgedessen keine Schwierigkeiten mit verbrannten Kontakten beim
Ein- oder Ausschalten, wenn ein starker Strom fließt.
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Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten und beschriebenen Beispiele
beschränkt; die Ausführungsformen können abgewandelt werden, ohne daß der Rahmen
der Erfindung verlassen wird.