DE1565478B2

DE1565478B2 - Geraet zum lichtbogen-bolzenschweissen

Info

Publication number: DE1565478B2
Application number: DE1965C0036044
Authority: DE
Inventors: Paul A. Amtierst Ohio Glorioso (V.StA.)
Original assignee: Crompton Parkinson Ltd
Current assignee: Crompton Parkinson Ltd
Priority date: 1964-06-05
Filing date: 1965-06-04
Publication date: 1972-12-28
Also published as: US3532851A; SE316351B; US3291958A; DE1565478A1; FR1449718A; GB1114202A

Description

Die Erfindung betrifft ein Gerät zum Lichtbogen-Bolzenschweißen mit einer elektromagnetisch betätigten Hubspule zum Zurückziehen des anzu-

schweißenden Bolzens von einem Werkstück entgegen der Wirkung einer Feder um einen Zündüchtbogen und anschließend einen Schweiß-Lichtbogen zu ziehen, sowie einer Zeitsteuervorrichtung für den Stromkreis der Hubspule und einer Zeitsteuervorrichtung für einen Schweiß-Lichtbogen-Stromkreis.

Ein derartiges Gerät zum Lichtbogen-Bolzenschweißen ist bekannt (deutsche Patentschrift 963 363). Bei diesem bekanten Gerät findet das elektrische Netz als Stromquelle Verwendung. Somit steht elektrische Energie unbegrenzt in vorbestimmter Größe zur Verfügung. Es ist auch bereits ein Bolzenschweißverfahren bekannt, bei dem zur Lieferung der Energie ein Kondensator verwendet wird (deutsche Auslegeschrift 1198468). Bei diesem bekannten Verfahren wird die Schweißenergie zu einem Zeitpunkt abgegeben, wo sich Bolzen und Gegenwerkstück fest aneinandergedrückt befinden. Somit wird dort ein Verschweißen im Sinne einer Widerstandsschweißung vorgenommen. Auch sind ao die vorhandenen Zeitsteuervorrichtungen nicht unabhängig voneinander einstellbar.
, Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, beim Kondensator-Lichtbogen-Schweißen das zeitliche Verhältnis zwischen der Einleitung des Hauptlichtbogens und dem Beginn des Vorschnellen des Bolzens an die verwendete Stromquelle in Form eines Kondensators, der Größe und der Form des verwendeten Bolzens, der Eigenschaft des Metalls, aus dem dieser hergestellt ist, sowie der Größe, der Dicke und dem Material des Werkstückes, sowie dem Oberflächenzustand des Werkstückes anpassen zu können.

Die Erfindung löst diese Aufgabe dadurch, daß beim Kondensator-Lichtbogen-Bolzenschweißen sowohl der Zeitpunkt der Einleitung der Rückbewegung des Bolzens als auch der des Beginns des Schweißlichtbogens unabhängig voneinander einstelle bar ist.

Es ist zwar beim Lichtbogen-Bolzenschweißen schlechthin allgemein bekannt, Zeitsteuervorrichtungen für den Ablauf der Einzelphasen vorzusehen. Nach dem Stand der Technik sind aber diese Zeitsteuervorrichtungen nicht für die Phasen nach der Erfindung vorgesehen, und diese Zeitsteuervorrichtürigen sind nicht unabhängig voneinander einstellbar. Die Erfindung bietet vor allem durch die unabhängige Einstellung der nötwendigen Zeitsteuervorr richtung die Möglichkeit, die aus einem Kondensator zu entnehmende Energie voll auszunutzen.
^: Das zeitliche Verhältnis zwischen dem Vorschneilen und der Einleitung des Hauptlichtbogens ist außerordentlich wichtig, weil im Speicherkondeniator als Energiequelle sich innerhalb eines sehr kurzen Zeitraums entlädt. Wenn der Schweißlichtbogen zu spät eingeleitet wird, tritt zwischen dem Bolzen und dem Werkstück am Ende der Vorschnellbewegung ein vollständiger Kurzschluß auf, wenn der Schweißstrom immer noch fließt, und die volle Schweißenergie wird nicht ausgenutzt, was zu einer ischwachen Schweißverbindung führt. Wenn der Schweißlichtbogen noch später eingeleitet wird, kann er zum Schmelzen des Bolzenendes und des Werkstückes überhaupt unwirksam sein, in welchem Falle keine Schweißung stattfindet. Andererseits können, wenn der Schweißlichtbogen zu früh eingeleitet wird, die kleinen Schmelzbäder aus schmelzflüssigem Metall erstarren, bevor sie miteinander in Kontakt kommen, so daß ebenfalls eine schwache Schweißverbindung oder überhaupt keine Schweißung erhalten wird. Das endgültige zeitliche Verhältnis zwischen der Einleitung des Schweißlichtbogens und der Vorschnellbewegung verändert sich entsprechend bestimmten Faktoren. Das zeitliche Verhältnis ist abhängig, z. B. von der Art der verwendeten Stromquelle, von dem besonderen verwendeten Schweißwerkzeug, von der Größe und Form des Bolzens, von den Eigenschaften des Metalls, aus dem er hergestellt ist, und von der Größe, der Dicke und dem Material des Werkstückes sowie von dem Oberfläehenzustand des Werkstücks.

Nach einer Ausgestaltung der Erfindung wird die einstellbare Zeitsteuervorrichtung für den Schweißlichtbogen durch die einstellbare Zeitsteuervorrichtung für die Rückbewegung des Bolzens in Gang gesetzt. Hierbei kann der Schweißlichtbogen erst nach dem Beginn der Rückbewegung des Bolzens eingeleitet werden.

Soll der Schweißlichtbogen bereits früher eingeleitet werden, so sind die Zeitsteuervorrichtung für die Rückbewegung des Bolzens und die Zeitsteuervorrichtung für den Schweißlichtbogen unabhängig einstellbar auszubilden und gleichzeitig in Gang zu setzen. Der Schweißlichtbogen kann entweder vor oder nach dem Beginn der Rückbewegung des Bolzens eingeleitet werden. '

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen. Eine beispielsweise Ausführungsform der Erfindung wird an Hand der Zeichnung näher beschrieben. In der Zeichnung zeigt

F i g. 1 eine Schnittansicht eines in Verbindung mit der Erfindung verwendeten geeigneten Schweißwerkzeugs,

Fig. 2 ein elektrisches Schaltbild einer Schaltanordnung zur Verwendung mit dem in F i g. 1 dargestellten Werkzeug,

Fig. 3 und 4 Schaltbilder von Abänderungsformen eines Teils der in F i g. 2 dargestellten Schaltanordnung und

F i g. 5 eine graphische Darstellung, welche die Bewegung eines Bolzens während eines Schweißvorgangs und die Entladung eines Speicherkondensators in Zusammenwirkung mit der Bolzenbewegung zeigt.

Das Werkzeug zum Verschweißen eines Bolzens durch das Ziehen eines Lichtbogens braucht eine Anhebespule zum Zurückziehen des Bolzens von eines Werkstück und eine Feder, durch welche der Bolzen in Richtung zu dem und gegen das Werkstück bewegt werden kann. Gewöhnlich ist eine Vorrichtung vorgesehen, durch welche der Bolzen in der zurückgezogenen Stellung gehalten wird, bis er wieder zum Werkstück bewegt wird. Bei einem Werkzeug mit schneller Arbeitsfolge kann die Halteperiode jedoch kurz oder praktisch nicht bestehend sein, in welchem Falle keine Haltevorrichtung notwendig ist. Das in F i g. 1 gezeigte Schweißwerkzeug 10 ist ein Beispiel für ein geeignetes Werkzeug und besitzt einen Hauptkörper 12 aus dielektrischem Material, der aus einem Stück mit einem Pistolengriff 14 besteht, und eine abnehmbare hintere Endkappe 16. Am vorderen Ende des Werkzeuges befindet sich ein Futter 18, das während des Schweißvorgangs einen Bolzen 20 hält. Das Futter 18 ist bei der dargestellten Ausführungsform von einer bleibenden Funkenabschirmung 22 umgeben, die an einem Schweißfuß 24 befestigt ist, der von zwei Schenkeln 26 verstellbar getragen wird. An Stelle der Funkenabschirmung 22

kann eine keramische Zwinge verwendet werden, und für manche Anwendungsfälle ist überhaupt keine Abschirmung oder Zwinge erforderlich.

Das Futter 18 ist an einem Futterschenkel 28 befestigt, der auf eine Kabelklemme 30 aufgeschraubt ist, welche in einem vorderen Teil des Körpers 12 gleitbar gelagert ist. Der Schweißstrom wird durch ein biegsames Hauptschweißkabel 32 der Kabelklemme 30 und über den Futterschenkel 28 dem Futter 18 und damit dem von diesem getragenen BoI-zen20 zugeführt.

An der Rückseite der Kabelklemme 30 ist ein hinterer Kabelklemmenteil 34 befestigt, der in geeigneter Weise mit einer Anhebestange 36 verbunden ist, die eine Führungsstange 38 trägt, welche sich durch einen beweglichen Kern 40 nach rückwärts erstreckt. An dem beweglichen Kern 40 ist ein Anhebehaken 42 befestigt, der so angeordnet ist, daß er an einem Anhebering 44 zur Anlage kommt, wenn er durch den Kern 40 nach rückwärts bewegt wird. Der Ring 44 hat einen Innendurchmesser, der geringfügig größer als der Außendurchmesser der Anhebestange 36 ist, und wird in einer senkrechten Stellung durch eine Anheberingfeder 46 gehalten, welche den Ring 44 gegen eine Anschlagplatte 48 belastet, die durch eine Rückführ- oder Vorschnellfeder 50 in ihrer Lage gehalten wird. In dieser Stellung ist der Anhebering 44 frei von der Anhebestange 36, welch letztere sich beim Zurückziehen durch diesen hindurchbewegen kann, wenn der BoI-zen und das Futter aus einer ausgefahrenen Stellung in eine geringfügig zurückgezogene anfängliche Schweißstellung bewegt werden, wenn der Bolzen 20 und die Abschirmung 22 gegen das Werkstück gepreßt werden. Diese anfängliche Schweißstellung kann sich bei Veränderungen in der Länge des durch das Futter gehaltenen Bolzens geringfügig verändern. Wenn der Anhebehaken 42 am Anhebering 44 zur Anlage kommt, bewegt sich der Ring in eine geneigte Stellung, in welcher er an der Anhebestange 36 angreift und diese in eine voll zurückgezogene Stellung zurückzieht, wenn der Kern 40 sich nach rückwärts bewegt. Auf diese Weise werden der Bolzen und das Futter um einen bestimmten Betrag unabhängig von der Länge des Bolzens zurückgezogen.

Der bewegliche Kern 40 wird zurückgezogen, wenn Strom einer Anhebe- und Haltespule 52 durch Leitungen 54 zugeführt wird. Die Rückwärtsbewegung des Kerns 40, welche den Betrag der Anhebung des Bolzens 22 und des Futters 18 bestimmt, wird durch ein verstellbares Kernstück 56 begrenzt, das auf den beweglichen Kern 40 zu bzw. von diesem weg gedreht werden kann, um die Länge des Anhebehubes sowie die Länge des Vorschnellhubes zu verändern. Die Betätigung und die Steuerung des Werkzeugs 10 geschieht durch einen Regler, dessen Schaltung in F i g. 2 gezeigt ist, in welcher ein Kondensator zur Energiespeicherung für den Schweißstrom dient.

Der Bolzen 20, das Futter 18 und die Vorschnellfeder 50 sind in Fig. 2 schematisch dargestellt, in welcher der Teil A den Hauptschweißstromkreis bildet, wobei das Hauptschweißkabel mit der einen Seite eines Hauptschweißspeicherkondensators 58 durch einen gesteuerten Siliciumhauptgleichrichter SCRl verbunden ist, der die Entladung des Kondensators 58 über den Bolzen steuert. Mit der anderen Seite des Kondensators 58 ist ein Werkstück 60 über eine Induktivität 62 verbunden. Die Induktivität 62 dient dazu, die Entladung des Kondensators etwas zu verbreitern und deren Spitzenwert zu verringern. Ein - Zündlichtbogen-Stromkreis befindet sich in Parallelschaltung zu dem Gleichrichter SCR 1 über einen zweiten gesteuerten Siliciumgleicher SCR 2 und einen Widerstand R1.

Im Betrieb des Hauptschweißstromkreises wird der Gleichrichter SCR 2 getriggert, so daß er leitend wird und dadurch einen Zündlichtbogen annähernd zum gleichen Zeitpunkt erzeugt, an welchem der Bolzen 20 vom Werkstück 60 abgehoben wird. Nachfolgend wird der Gleichrichter 5CjRI getriggert, um den Hauptschweißlichtbogen zwischen dem Bolzen 20 und dem Werkstück 60 durch die Entladung des Kondensators 58 über die Induktivität bzw. Spule 62 zu erzeugen. Durch den Hauptschweißlichtbogen wird der Bolzen mit dem Werkstück verschweißt, wenn der Bolzen in Kontakt mit dem Werkstück durch die Feder 50 vorgeschnellt wird.

Der Bolzenschweißvorgang wird mit Hilfe des Teils B der in Fig. 2 gezeigten Schaltung eingeleitet. Zum Einleiten des Vorganges werden die Kontakte 64 durch einen Auslöser66 (Fig. 1) geschlossen, wodurch ein Steuerrelais CR1 mit einer Stromquelle in Form einer Sekundärwicklung 68 eines ersten Leistungstransformators verbunden wird. Der Stromkreis wird jedoch nur geschlossen, wenn sich der Bolzen 20 in Kontakt mit dem Werkstück 60 befindet, so daß eine elektrische Verbindung zwischen den Punkten »X« und »Y« besteht, welche mit dem Werkstück 60 bzw. mit dem Futter 18 verbunden sind. Hierdurch wird eine vorzeitige Betätigung verhindert, wenn sich das Werkzeug nicht in der Schweißstellung befindet und der Auslöser 66 gedruckt wird. Hierdurch werden Arbeitskontakte CR1-1 eines Relais CR1 geschlossen, wodurch ein Stromkreis zwischen dem Relais CR1 und einem Kondensator Cl geschlossen wird, der sich entlädt, wodurch das Steuerrelais Ci? 1 während eines zur Fertigstellung eines Schweißvorganges ausreichenden Zeitraumes gehalten wird, selbst wenn der Auslöser 66 freigegeben wird und sich die Kontakte 64 öffnen. Gleichzeitig werden Ruhekontakte CR1-2 geöffnet, wodurch der Kondensator Cl sowie ein zweiter Kondensator C 2, der nachfolgend näher beschrieben wird, von der Stromquelle getrennt werden. Eine Diode Dl trennt den Zündstromkreis vom Schweißstromkreis.

Wenn sich die Kontakte CR1-1 schließen, wird ferner ein Stromkreis zwischen einer Primärwicklung Tl-P eines ersten Impulsübertragers und dem zweiten Kondensator C 2 geschlossen. Wenn sich der Kondensator C2 über die Primärwicklung Tl-P entlädt, wird ein Impuls erzeugt, dessen Aufgabe nachfolgend erläutert wird. Eine Diode D 2 trennt den Kondensator Cl von der Primärwicklung Tl-P, und eine Diode D 3 sperrt den Strom von der Stromquelle zur Primärwicklung T1-P, bis die Kontakte CRl-I geschlossen werden. Eine parallel zur Prl·- märwicklung Tl-P geschaltete Diode D 4 verhindert eine Impulslieferung dieser Wicklung durch den Kondensator Cl dadurch, daß praktisch ein Kurzschluß in der einen Richtung über die Primärwicklung hergestellt wird.

Durch eine Diode D 5 wird der Wechselstrom aus der Wicklung 68 zum Laden des Kondensators Cl gleichgerichtet und dieser ferner gegen eine Impulsabgabe an die Primärwicklung Tl-P über den

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äußeren Strömkreis gesperrt. Durch eine Diode D 6 was zur Folge hat, daß derKondensator C 4 sich über

wird die Stromquelle für den Kondensator C 2 gleich- den Gleichrichter SCR 3 zürückentlädt, wodurch die-

geriehtet und ferner verhindert, daß sich der letzter6 sei »herüiitergefahren« und die Anhebespule 52 ent-

züm Kondensator Cl entlädt. Eine Diode £>7 regt wird. Der Gleichrichter SCR 4 verursacht ferner

schließt die Gegenspähriüng kürz, welche durch das 5 eine langsame erneute. Auf ladung des Kondensators

Relais CRl Beim Abfällen desselben, erzeugt wird, C4 über die Spule 52, jedoch mit der entgegengesetz-

wödürch verhindert wird, daß die Primärwicklung ten Lädungspolarität. Wenn der Gleichrichter SCR 3

Tl-P ein zweites Mal gepulst wird. Ein Widerstand während des nächsten Schweißspiels wieder leitend

Ri verhindert, daß das. Relais CjRl durch die Ström- wird, entlädt sich der Kondensator CA über den

UüeÜe68 betätigt wird, um die Möglichkeit einer 10 Gleichrichter SCR A zurück, wodurch dieser gesperrt

Selbsterregung, Mir die die Bezeichnung »Blubbern« wird,

bekannt ist, auszuschalten. Die Prirnärwicklung T2-P induziert ferner einen

Eine zusätzliche Sekundärwicklung 70 des ersteh Impuls in einer zusätzlichen Sekundärwicklung T 2-S 2

Leistungstransförmatörs liefert einen zweiWeggleich- des zweiten impuisübertragers, welche eine zweite

gerichteten und geglätteten Strom mittels ernes 15 Zeitschaltung nut dein Gleichrichter 76 über einen

Gleichrichters 72 und eines Kondensators C 3 zur Gleichrichter 5Ci? 5 verbindet. Hierdurch wird ein

Ähhebespule 52 de's Werkzeugs 10, wie im Teilß Kondensator C 7 aufgeladen und beim Erreichen eines

der F i g. 2 gezeigt. Der Ström ist durch eiiien ge- bestimmten Wertes ein zweiter Einschichttransistor

steuerten Siliciumgleichrichter SCR 3 gesperrt, bis er Q 2 gezündet. Die Zeit, welche der Kondensator C 7

durch einen Impuls aus einer Sekundärwicklung 20 braucht, um seine Ladung zu erreichen, wird durch

T1-51 des ersten Impuisübertragers getriggert wird. einen zweiten veränderlichen Widerstand Fi? 2 ge-

Zu diesem Zeitpunkt wird der gesteuerte Silicium- steuert, der ebenfalls von der Bedienungsperson mit-

gieichri6hter5Ci?3 leitend und der Strömkreis zur tels der üblichen drehbaren Steuerwelle oder durch

Anhebespuie 52 geschlossen, wodurch das Zurück- eine andere äußere Einstellmöglichkeit verändert wer-

zieheii des Futters 18 und des Bolzens 20 eingeleitet 25 den kann. Der Einschichttransistor Q 2 pulst eine Pri-

wird. Das Triggern des Gleichrichters SCR 3 hat märwickhmg Γ3-Ρ eines dritten Impulsübertragers,

ferner zur Folge, daß ein Kondensator CA über einen der einen Impuls in einer Sekundärwicklung ΪΓ3-5 im

Widerstand R 3 aufgeladen wird. Hauptschweißstromkreis induziert. Hierdurch wird

Gleichzeitig mit der Erregung der Anhebespüle 52 der erste gesteuerte Siliciumgleichrichter 5Ci? 1 ge-

triggerri zusätzliche Sekundärwicklungen T1-5 2 des 30 zündet, wodurch der Hauptschweißkondensator 58

ersten Impuisübertragers den Gleichrichter SCR 2, parallel zum Bolzen 20 und zum Werkstück 60 ge-

wodurch ein Ströirikreis für den Züiidiichibögen über schaltet wird, um den Hauptschweißlichtbogen zu

den Widerstand i? 1 geschlossen wird, um einen bilden.

Zündlichtbogen zwischen dem Bolzen 20 und dem Eine Zenerdiode ZD1 hält eine konstante Span-Werkstück 60 zu erzeugen, wenn der Bolzen zurück- 35 ^nung für die Zeitschaltung aufrecht, so daß die Ladegezogen wird, zeit für die Kondensatoren C 6 und C 7 genau gesteu-

Die Synchrönisierungsschaltüng (Teil D) der Ge- ert werden kann.

samtschweißschaltungsanordiiung ermöglicht eine ge- Bei der in Fig. 2 dargestellten Synchronisierungs-

naue zeitliche Steuerung des Hauptschweißlichtbögehs schaltung wird die Einleitung des Vorschnellhubes

und des Vorschnellhubes. Die Einleitung sowohl des 40 von dem Drücken des Auslösers 66 und der Erregung

Schweißiichtbogens als auch der Rückbewegung bzw. des Steuerrelais CR1 an zeitlich gesteuert, welch

des Vorschnellhubes wird gesondert zeitlich gesteuert letztere im wesentlichen zu dem gleichen Zeitpunkt

und kann unabhängig zur Veränderung des Schweiß- stattfindet, in welchem das Zurückziehen des Futters

spiels eingestellt werden. Wenn das Steuerrelais CR Ϊ 18 und des Bolzens 20 beginnt. Die zeitliche Steue-

erregt wird, schließt es ferner Arbeitskontakte CR1-3, 45 rung des Hauptschweißlichtbogens wird dann vom

welche eine Stromquelle, die durch eine Sekundär- Beginn des Vorschnellhubes des Futters, wenn der

wicklung 74 eines zweiten Leistungstransförmators erste Einschichttransistor β 1 leitend wird (keyed),

gebildet wird, dessen Ausgang in einem Zweiweg- aus bestimmt. Daher muß bei der in F i g. 2 gezeigten

gleichrichter 76 gleichgerichtet und durch einen Kon- Zeitschaltung der Hauptschweißlichtbogeri nach dem

densätör C 5 geglättet wird, mit den Zeitschältungen 50 Beginn des VorschrieUhubes gezogen werden,

verbinden. Wenn die Kontakte CR1-3 geschlossen Ein mit dieser Synchrönisierungsschaltüng erzieltes

sitid, bögiiirit ein .Kondensator C6 Sich mit einer Ge- typisches Schweißs|)iel ist in Fig. 5 graphisch darge-

schwindigkeit aüfzüladeii, die durch einen yeränder- Stellt. Iri Fig. 5 ist in der waagerechten Achse die

liehen Widöistaäd FT? Ϊ bestimmt wiid. Der Wert des Zeit mit eirieöi Maßstab t aufgetragen, während in

Veränderlichen Widerstandes VR1 kann vöh außen 55 der senkrechten Achse der Abstand des Bolzens von

durch die Bediehüngspefson mit Hilfe der üblichen der Werkstückoberfläche sowie die Intensität des

drehbaren Welle öd. dgl. eingestellt weiden, um die Schweißiichtbogens mit willkürlichen Maßstäben, die

Äüflädegescliwihdigkeit und damit deii Zeitpunkt zu mit W bezeichnet sind, aufgetragen ist. Für den BoI-

yerandeiri, an welchen! das Futter i.8 und der Öölzeri zeii stellt eiiie geneigte Linie *78 den Anhebehub zur

20 deii VoischaeUhub beginnen. Werin die Ladung 60 zurückgezogenen Stellung dar, während eine waage-

äni Kondensator C 6 eiiieii bestifnmten Wert" erreicht, rechte Linie 80 den Söizen in der zurückgezogenen

steüSft sie eiiien eisten Eirtschichtträrisistör Q ί, wel- Sitöliurig gehalten darstellt. Eine dritte schwächer ge-

cher eine Primärwickiüng ti-P eiües zweiten impuls- neigte". Linie 82 steillt deü Vorschiiellhub des Bolzens

Überträgers ßülst Hierdurch wird έΐη Impuls in einer dar. Für die Syhchrönisierungsschäitürig nach F i g. 2

Sekündärwickiüngr2^!-51 de§ zweiten Impülsüber- 65 ist derStrprnflüß im Schweißlichtbogen durch eine

trägers in der FütteräntriebssChäiturig erzeugt. Der in Kürve;84 därgesteÜt, Welcher Schweißlichtppgen nach

diesef SekundärwicklungJüduziefte. Impuls triggert deiü Beginn.des Yörschnellhubes; eingeleitet wird,

einen vierten gesteuerten Siliclümgltelchrichter 5Ci? 4, wobei die zeitliche Verzögerung durch die Zeit be-

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stimmt wird, welche zur Aufladung des Kondensators leitung des Anhebehubes beginnt, wird durch das Cl auf einen Wert erforderlich ist, der ausreicht, den Addieren der Zeiten bestimmt, die zur Aufladung der zweiten Einschichttransistors β 2 zu zünden. Der Be- Kondensatoren C 8 und C 6 erforderlich sind. In ginn des Schweißlichtbogens wird nach dem Beginn ähnlicher Weise wird der Zeitpunkt zur Einleitung des Anhebehubes durch die Zeit bestimmt, welche zur 5 des Schweißlichtbogens nach der Einleitung des AnAufladung der Kondensatoren C6 und Cl auf ihre hebehubes dadurch bestimmt, daß die Zeiten addiert Zündwerte erforderlich ist. Der Beginn des Vor- werden, die zur Aufladung der Kondensatoren C 8 schnellhubes wird nach der Einleitung des Anhebe- und Cl erforderlich sind.

hubes durch die Zeit bestimmt, welche zur Aufladung Bei den Synchronisierungsschaltungen nach F i g. 3 des Kondensators C6 auf einen Wert erforderlich ist, io und 4 kann der Schweißlichtbogen nach dem Beginn der zum Zünden des Einschichttransistors β1 aus- des Vorschnellhubes auftreten, wie durch die Kurve reicht. Daher können der Zeitpunkt, an welchem der 84 in F i g. 5 dargestellt, er kann zum gleichen Zeit-Vorschnellhub beginnt, und der Zeitpunkt, an wel- punkt beginnen, wie durch eine Kurve 86 dargestellt, chem der Schweißlichtbogen eingeleitet wird, beide oder es kann der Schweißlichtbogen früher beginnen, von dem Zeitpunkt an bestimmt werden, an welchem 15 wie durch eine Kurve 88 dargestellt. Der durch die der Anhebehub des Bolzens beginnt oder der Aus- Kurve 88 dargestellte Lichtbogen ist etwas weniger löser gedrückt wird. intensiv und breiter als die durch die Kurven 84 und

Die besondere Synchronisierungsschaltung nach 86 dargestellten Lichtbogen infolge der Verwendung F i g. 2, bei welcher die zeitliche Steuerung des Vor- einer abweichenden Impedanz im Schweißstromkreis, schnellhubes und des Schweißlichtbogens in Aufein- 20 Der durch die Kurve 88 dargestellte breitere Lichtanderfolge geschieht, ist für Schweißwerkzeuge be- bogen ist natürlich leichter mit dem Vorschnellhub zu sonders wirksam, bei welchen der Vorschnellhub ver- koordinieren, da er über einen längeren Zeitraum verhältnismäßig langsam ist. Wenn der Vorschnellhub breitert ist. In jedem Falle ist es gewöhnlich wüneines besonderen Werkzeugs schneller ist oder wenn sehenswert, den Schweißlichtbogen im wesentlichen der Schweißlichtbogen über einen längeren Zeitraum 25 bis zum Auftreffen des Bolzens auf dem Werkstück verbreitert wird, oder beides, kann es wünschenswert oder später aufrechtzuerhalten, um die Möglichkeit sein, den Schweißlichtbogen zu dem gleichen Zeit- zu verhindern, daß die kleinen Schmelzbäder aus punkt einzuleiten, an welchem der Vorschnellhub be- schmelzflüssigem Metall am Bolzen und am Werkginnt oder sogar noch vor dem Beginn des Vor- stück nach dem Erlöschen des Lichtbogens erstarren, schnellhubes. 30 Der Vorschnellhub endet natürlich, wenn der BoI-

Eine modifizierte Synchronisierungsschaltung von zen auf dem Werkstück auftrifft, und bei einer Konder in Fig. 3 dargestellten Art kann zum Erzielen densatorstromquelle für den Schweißlichtbogen, wie einer breiteren Veränderung der zeitlichen Steuerung dargestellt, hört der Stromfluß selbsttätig auf, wenn als in F i g. 2 verwendet werden. In diesem Falle be- der Kondensator entladen ist. Wenn ein Generator ginnen sich beide Kondensatoren C 6 und Cl aufzu- 35 oder eine andere Stromquelle für den Schweißlichtladen, wenn die Relaiskontakte Ci? 1-3 nach dem bogen verwendet wird, kann der Stromfluß durch eine Drücken des Auslösers 66 schließen, so daß die Kon- Zeitsteuervorrichtung in der Schaltung, beispielsweise densatorenC6 und Cl den jeweiligen Einschichttran- durch ein verzögertes Relais, in an sich bekannter sistorßl und β 2 zünden, wenn sie auf bestimmte Weise beendet werden.

Werte aufgeladen worden sind. Die zum Erreichen 40 Besonders bei den gezeigten Festkörper-Schalt-

dieser bestimmten Werte erforderliche Zeit wird wie- elementen besteht die Möglichkeit, daß eine gefähr-

derum durch die veränderlichen Widerstände VR1 liehe Spannung am Bolzen und am Werkstück auf-

und VR 2 bestimmt. Der Vorschnellhub und der tritt, wenn bestimmte Schaltelemente beschädigt sind.

Schweißlichtbogen können bei der in F i g. 3 darge- Wenn beispielsweise der gesteuerte Siliciumgleich-

stellten Schaltung so gesteuert werden, daß der eine 45 richter SCR 1 durchschlägt und kurzschließt, solange

oder der andere zuerst beginnen kann, oder daß sich der Bolzen 20 im Abstand vom Werkstück 60

beide gleichzeitig beginnen können. Die Sekundär- befindet, wird die volle Ladung des Schweißkonden-

wicklung T2-52 ist bei der in Fig. 3 dargestellten sators58 an den Bolzen und das Werkstück oder an

Schaltung weggelassen. das Futter und das Werkstück gelegt. Dies kann zu

Für eine noch größere Vielseitigkeit kann die Syn- 5° einem gefährlichen Schlag führen, welcher mit der chronisierungsschaltung nach F i g. 3 durch eine zu- Sicherheitsschaltung vermieden werden kann, die den sätzliche Zeitschaltung statt durch unmittelbares TeilE der Schaltung nach Fig. 2 bildet und den Schließen der Kontakte CR1-3 erregt werden. Für Strom abschaltet, wenn die Spannung am Futter und diesen Zweck wird ein Kondensator C 8 aufgeladen, am Werkstück einen bestimmten Wert überschreitet, wenn die Kontakte CR1-3 der Anordnung nach 55 Durch eine Sekundärwicklung 90 eines dritten Lei-Fig. 4 geschlossen werden, und dieser Kondensator stungstransformators, einen Gleichrichter 92 und lädt einen dritten Einschichttransistor β 3 beim Er- einen Kondensator C 9 wird ein konstanter geglätteter reichen eines bestimmten Wertes. Der Transistor β 3 Gleichstrom geliefert. Der dritte Leistungstransforpulst die Primärwicklung T4-P eines vierten Impuls- mator erregt normalerweise ein Abfallrelais Di?, wenn Übertragers, der eine Sekundärwicklung T 4-5 des- ^6o der erste Leistungstransformator 68 erregt wird. Das selben pulst und einen gesteuerten Siliciumgleichrich- ' Relais DR besitzt zwei Kontakte Di?-1 in der Leitung ter SCR 6 zündet. Hierdurch wird die gleiche Zeit- für den ersten Leistungstransistor oder in den Hauptschaltung wie in Fig. 3 erregt, bei welcher die zeit- versorgungsleitungen für alle drei Transformatoren, liehe Steuerung für die Einleitung des Vorschnell- wenn gewünscht. An Stelle der Anordnung der Konhubes und des Hauptschweißlichtbogens wieder durch 65 takte Di?-1 in den Hauptversorgungsleitungen können die Zeit bestimmt werden, die zur Aufladung der sie auch im Hauptschweißstromkreis zwischen dem Kondensatoren C 6 und Cl bestimmt wird. Der Zeit- Kondensator und dem Futter verwendet werden. Das punkt, an welchem der Vorschnellhub nach der Ein- Relais DR besitzt ferner einen zweiten Satz Ruhe-

kontakte DR-2 parallel zum Schweißkondensator 58, die offen sind, wenn das Relais Pi? erregt ist, sich jedoch schließen, wenn es zur Entladung des Kondensators 58 entregt wird.

Parallel zum Abfallrelais DR ist ein gesteuerter Siliciumgleichrichter SCR! geschaltet, der durch einen Einschichttransistor Q 4 getriggert werden kann, wenn ein Kondensator ClO auf eine bestimmte Spannung aufgeladen wird. Wenn der Gleichrichter SCR 7 getriggert wird, schließt er das Abfallrelais DR kurz, wodurch die Energiezufuhr und die Entladung des Schweißkondensators verhindert wird. Die Ladung am Kondensator ClO wird durch die Spannung über das Futter 18 und das Werkstück 60, gemessen an den Punkten »X« und »Y«, bestmimt, welche Spannung durch einen Spannungsteiler geteilt wird, der die Widerstände R 4 und R 5 aufweist. Diese Widerstände sind so gewählt, daß der Kondensator ClO den Gleichrichter SCR 7 zündet und das Relais DR zum Abfallen bringt, wenn die Spannung über das Futter und das Werkstück beispielsweise 50VoIt überschreitet, welche Spannung oberhalb derjenigen liegt, die normalerweise während eines Schweißspiels auftritt. Diese Spannung liegt natürlich auch unterhalb derjenigen, die über das Futter und das Werkstück aufgeprägt wird, wenn der Gleichrichter SCR 1 durchschlägt. Der Kondensator ClO kann irgendwelche plötzlichen »Spitzen« aufnehmen, die während des Schweißspiels entstehen, ohne daß der Einschichttransistor QA gezündet wird.

Es ist wichtig, daß der Hauptschweißkondensator 58 jedesmal auf die gleiche Spannung aufgeladen wird, um gleichmäßige Schweißverbindungen aufrechtzuerhalten. Die Spannungsregelschaltung, Teil F der Fig. 2, ermöglicht die Aufladung des Kondensators58 innerhalb eines Bereiches von ±0,1 Volt im Vergleich zu einem Bereich bis zu 15 Volt bei den bisher verwendeten Spannungsregelschaltungen. Dies wird dadurch ermöglicht, daß die Spannung jede Halbperiode des Ladestromes geregelt wird.

Zum Aufladen des Kondensators 58 wird eine einzige Stromquelle verwendet, die durch eine Sekundärwicklung 94 und einen Gleichrichter 96 dargestellt ist, obwohl auch eine andere Wechselstromquelle oder eine Quelle für einen gleichgerichteten Wechselstrom verwendet werden kann, solange er nicht geglättet ist und daher periodisch auf Null zurückkehrt. Ein vierter Satz von Kontakten Ci? 1-4 des Steuerrelais CR1 wird während eines Schweißspiels geöffnet, um den Kondensator 58 von der Spannungsquelle zu trennen. Sonst sind die Kontakte CR1-4 geschlossen, und die dem Schweißkondensator 58 zugeführte Ladung wird durch einen gesteuerten Siliciumgleichrichter SCR 8 geregelt. Letzter wird seinerseits durch eine Sekundärwicklung T S-S eines fünften Impulsübertragers getriggert, der einen Impuls von einer Primärwicklung TS-P aufnimmt. Die Primärwicklung T5-P wird durch einen fünften Einwegtransistor Q 5 gepulst, wenn dieser durch einen Kondensator CIl erregt wird. Obwohl der Einschichttransistor QS bevorzugt wird, können auch andere Impulserzeuger, wie eine Neonröhre oder eine Shokley-Diode, verwendet werden.

Die Leistung zum Aufladen des Kondensators CIl wird am Ausgang eines Transistors TR1 entnommen, der eine Spannung von einem Spannungsteilernetzwerk erhält, das durch einen Widerstand i? 6 und eine Anzapfung 98 gebildet wird. Diese Spannung wird mit einer Bezugsspannung aus einer Zenerdiode ZD 2 verglichen, die eine konstante Spannungsquelle hat, welche durch einen Kondensator C12, einen Widerstand i? 7 und eine Diode D 8 gebildet wird. Wenn die Spannung an der Anzapfung 98 geringer als ein bestimmter Betrag ist, hat ein dem Kondensator CIl zugeführtes Sparmungssignal zur Folge, daß der Einschichttransistor QS gezündet bzw. erregt wird, und die Primärwicklung T5-P gepulst wird, wodurch der gesteuerte Siliciumgleichrichter SCR 8 erregt wird. Beispielsweise kann die verwendete Bezugsspannung 6 Volt betragen, in welchem Falle die Spannung an der Anzapfung 98 ebenfalls 6VoIt betragen soll, wenn der Kondensator 58 auf die gewünschte Spannung aufgeladen wird, die beispielsweise 200VoIt betragen kann. Ein dritter veränderlicher Widerstand VR 3 ist mit dem Spannungsteilerwiderstand i? 6 in Reihe geschaltet, um die Spannung zu regeln, auf welche der Schweißkondensator 58 aufgeladen wird.

Wenn die Spannung am Ende jeder Halbperiode auf Null abfällt, wird der Gleichrichter SCR 8 gesperrt, der gesperrt bleibt, bis er während der nächsten Halbperiode wieder getriggert wird. Der Kondensator CIl ist mit dem Gleichrichter SCi? 8 durch die einzige Stromquelle synchronisiert und beginnt sich zum Beginn jeder Halbperiode wieder aufzula-den. Je näher die Abgriffsspannung der Bezugsspannung liegt, desto langer ist die Zeit, die erforderlich ist, um den Kondensator C11 ausreichend zum Zünden des Einschichttransistors Q S und zum Pulsen der Primärwicklung T5-P aufzuladen, nachdem jede Halbperiode des gleichgerichteten Wechselstroms beginnt. Dies hat zur Folge, daß in jeder Halbperiode die Einleitung der Zündung des gesteuerten Siliciumgleichrichters SCR 8 um so später ist. Wenn die Abgriffspannung die Bezugsspannung überschreitet, wird durch die Aufladung des Kondensators CIl der Gleichrichter SCR 8 überhaupt nicht gezündet.

Wenn der Einschichttransistor QS durch den Kondensator erregt wird und die Primärwicklung T S-P pulst, wird dieser tatsächlich eine Anzahl von Malen mit der von der Größe der Ladung aus dem Kondensator abhängigen Frequenz gepulst. Der gesteuerte Siliciumgleichrichter SCR 8 wird jedoch nicht durch die Frequenz der Impulse beeinflußt, da er, nachdem er einmal getriggert worden ist, unabhängig von der Frequenz der Impulse leitend bleibt, bis die Spannung wieder auf Null abfällt.

Parallel zum Hauptkondensator 58 ist ein Belastungswiderstand i? 8 geschaltet, um überschüssige Ladung von diesem abzuleiten. Da der Gleichrichter SCR 1 keinen vollkommenen Widerstand darstellt, wenn er nichtleitend ist, nimmt der Kondensator 58 eine geringe Ladung auf, besonders, wenn ein Stromstoß bzw. eine Stromspitze von der Stromquelle aufgenommen wird, so daß die überschüssige Ladung abgeleitet werden muß. Es wurde ferner festgestellt, daß eine geringfügig bessere Spannungsregelung dadurch erzielt werden kann, daß ein Teil der Ladung abgeleitet wird, so daß der Gleichrichter SCR 8 während mindestens eines kleinen Teils jeder Halbperiode gezündet wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Gerät zum Lichtbogen-Bolzenschweißen mit einer elektromagnetisch betätigten Hubspule zum Zurückziehen des anzuschweißenden Bolzens von einem Werkstück entgegen der Wirkung einer Feder um einen Zündlichtbogen und anschließend einen Schweiß-Lichtbogen zu ziehen, sowie einer Zeitsteuervorrichtung für den Stromkreis der Hubspule und einer Zeitsteuervorrichtung für den Schweiß-Lichtbogen-Stromkreis, dadurch gekennzeichnet, daß beim Kondensator-Lichtbogen-Bolzenschweißen sowohl der Zeitpunkt der Einleitung der Rückbewegung des Bolzens als auch der des Beginns des Schweißlichtbogens unabhängig voneinander einstellbar ist.

2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die einstellbare Zeitsteuervorrichtung (C 7, VR2) für den Schweißlichtbogen durch die einstellbare Zeitsteuervorrichtung (C 6, FjRI) für die Rückbewegung des Bolzens in Gang gesetzt wird.

3. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitsteuervorrichtung (C 6, Fi? 1) für die Rückbewegung des Bolzens und die Zeitsteuervorrichtung (C 7, VR 2) für den Schweiß-! lichtbogen unabhängig einstellbar und gleichzeitig in Gang gesetzt werden.

4. Gerät nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine dritte einstellbare Zeitsteuervorrichtung (C 8, Fi? 3) zur Ingangsetzung der Zeitsteuervorrichtungen für die Rückbewegung des Bolzens und für den Schweißlichtbogen vorhanden ist.

5. Gerät nach den Ansprüchen 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß jede Zeitsteuervorrichtung einen Kondensator (C₆, C₇, C₈) aufweist, der in einen Ladestromkreis (VR 1), VR 2, VR 3) von veränderlicher Impedanz so eingeschaltet ist, daß jeweilige Zeitschaltung erfolgt, wenn der Kondensator auf ein bestimmtes Potential aufgeladen ist.

6. Gerät nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Kondensator (C₆, C₇, G₈) an einen Einschichttransistor (Q₁, Q₂, Q₃) angeschlossen ist.

7. Gerät nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Einschichttransistor (Q₁,. Q»_v Q₃) in den Primärkreis eines Impulsüberträgers (T₂, T₃, T₄) geschaltet ist, dessen Sekundärkreis so geschaltet ist, daß er einen jeweiligen gesteuerten Siliciumgleichrichter (SCR4, SCR 1, SCR6) triggert, von denen der eine (SCR 4) den elektrischen Strom durch die Hubspule (52) schaltet, während der andere (SCRl) den elektrischen Ström^!für den Schweißlichtbogen schaltet. ..

8. Gerät nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der eine gesteuerte Siliciumgleichrichter (SCR4) mit einem Widerstand (R3) in Reihe geschaltet ist, um einen Parallelzweig zu einem zweiten Zweig zu bilden, der einen weiteren gesteuerten Siliciumgleichrichter (SCR3) in Reihenschaltung mit der Hubspule (52) enthält, und zwischen den beiden Zweigen ein Kondensator (C 4) geschaltet ist, um den Mittelpunkt zwischen dem gesteuerten Siliciumgleichrichter (SCR4) und dem Widerstand (R3) im ersten

Zweig mit dem Mittelpunkt zwischen dem gesteuerten SiliciumgleichriQhter (SCR 3) und der Hubspule (52) im anderen Zweig zu verbinden, so daß, wenn einer der gesteuerten Siliciurngleichrichter getriggert wird, sich der Kondensator (C 4) über den anderen gesteuerten Siliciumgleichrichter entlädt und dieser dadurch gesperrt wird.

9.; Gerät nach den vorangehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß ,der Speicherkondensator (58) zur Speisung des Hauptlichtbogens zur Aufladung auf eine bestimmte Spannung an eine periodisch veränderliche Spannungsquelle (94, 96) geschaltet ist, welche in jeder Periode durch einen Nullwert hindurchgeht, wobei die Spannung des Speicherkondensators durch eine Schaltung bestimmt wird, die einen gesteuerten Siliciumgleichrichter (SCR 8) enthält, welcher so geschaltet ist, daß Strom von der Stromquelle zum Kondensator hindurchgeht und daß ein Impulsüberträger zum Triggern des gesteuerten Siliciumgleichrichters und ein Impulsgenerator vorhanden ist, der auf den Unterschied zwischen einer Spannung, die zu derjenigen des Kondensators proportional ist, und einer Bezugsspannung entspricht, die der erwähnten bestimmten Spannung proportional ist, um den Impulsüberträger mit Energie zu beliefern. '

10. Gerät nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Speicherkondensator (58) in Parallelschaltung zu einem Belastungswiderstand (jR 8) befindet.

11. Gerät nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Bezugsspannung durch eine Zenerdiode (ZD 2) enthaltende Schaltung geliefert wird.

12. Gerät nach den vorangehenden Ansprüchen, gekennzeichnet durch eine Sicherheitsschaltung (E in F i g. 2) zur Messung der Spannung zwischen dem anzuschweißenden Bolzen (20) und einem Werkstück (60) und zur Abschaltung der Stromzufuhr zum Bolzen, wenn diese Spannung einen vorbestimmten Wert überschreitet.

13. Gerät nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Sicherheitsschaltung ein norma- !erweise erregtes Relais (BR) mit Kontakten (DjRI) im Speisestromkreis für den anzuschweißenden Bolzen (20) und eine Kurzschlußverbindung für das Relais aufweist, die leitend gemacht

,wird, wenn die Spannung zwischen dem Bolzen und dem Werkstück einen vorbestimmten Wert überschreitet, wodurch das Relais entregt wird.

14. Gerät nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Bolzen (20) und dem Bolzenschalter (18) ein Kondensator (ClO) geschaltet ist, dessen Spannung dazu dient, einen gesteuerten Siliciumgleichrichter (5CjR 7) zu triggern, der die Kurzschlußverbindung bildet, wenn die Spannung einen vorbestimmten Wert überschreitet.