DE1790262A1

DE1790262A1 - Stud welding device

Info

Publication number: DE1790262A1
Application number: DE19641790262
Authority: DE
Inventors: Pease Charles Connor; English Lawrence Paul
Original assignee: KSM Products Inc
Current assignee: KSM Products Inc
Priority date: 1963-05-13
Filing date: 1964-05-11
Publication date: 1972-02-10
Also published as: DE1790262B2; FR1391494A

Description

PATENTANWXLTEPATENT ANWXLTE

DR. E. WIEGAND DIPL.-ING. W. NIEMANN 1/90262DR. E. WIEGAND DIPL.-ING. W. NIEMANN 1/90262

DR. M. KÖHLER DIPL-ING. C. GERNHARDTDR. M. KÖHLER DIPL-ING. C. GERNHARDT

MÖNCHEN HAMBURGMÖNCHEN HAMBURG

TELEFON: 395314 2000 HAMBU RG 50, ■TELEPHONE: 395314 2000 HAMBU RG 50, ■

TELEGRAMME: KARPATENT KDNIGSTRASSE 28TELEGRAMS: KARPATENT KDNIGSTRASSE 28

W. 24 476/70 12/Pl P 15 40 866.9-34 Tr.A-..W. 24 476/70 12 / Pl P 15 40 866.9-34 Tr.A- ..

KSM Products, Inc.,
Moorestown, New Jersey (V.St.A.)KSM Products, Inc.,
Moorestown, New Jersey (V.St.A.)

BolzenschweißvorrichtungStud welding device

Die Erfindung bezieht sieh auf das elektrische Schweißen und insbesondere auf Bolzenschweißgeräte, die dazu verwendet werden, das eine Ende eines sich axial erstreckenden Bolzens mit der Oberfläche eines sich seitlieh erstreckenden Werkstückes zu beliebigen Zwecken zu verbinden. So kann beispielsweise das freie Ende des Bolzens, nachdem er an das Werkstück angeschweißt worden ist, mit Gewinde versehen werden, um irgendwelche Bauelemente an dem Werkstück befestigen zu können.The invention relates to the electrical Welding and in particular on stud welding devices that used to connect one end of an axially extending bolt to the surface of a laterally extending workpiece for any purpose connect to. For example, the free end of the stud after it has been welded to the workpiece is to be provided with threads in order to attach any components to the workpiece can.

Für Bolzenschweißgeräte der vorstehend genannten Art sind bereits verschiedene elektrische Einrichtungen vorgeschlagen worden. Bei einer Ausführungsform einer solchen Einrichtung wird der Bolzen gegen das Werkstück gedrückt, und den aneinanderstoßenden Seilen des Bolzens und de3 Werkstückes wird Energie aus einer zweckentsprechenden Energiequelle augeführt. In diesem Fall kann der Bolzen mit einem Vorsprung versehen sein, der mit dem Werkstück in solcher Weise in Druckberührung gebracht wird, daß die Entladung der Energiequelle über den Bolzenvorsprung und das Werkstück zu einer Zerstörung des Vorsprunges, zu einer Erhitzung der aneinanderstoßenden Seile des Bolzens und des Werkstückes auf Schweißtsemperatur und zu einerFor stud welding devices of the type mentioned above various electrical devices have been proposed. In one embodiment of such Device, the bolt is pressed against the workpiece, and the abutting ropes of the bolt and de3 Work piece becomes energy from an appropriate one Energy source performed. In this case, the bolt can be provided with a protrusion that engages with the workpiece is brought into pressure contact in such a way that the Discharge of the energy source via the bolt projection and the workpiece to a destruction of the projection a heating of the abutting ropes of the bolt and of the workpiece at welding temperature and to one

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Diffusionsverbindung der Teile unter dem angelegten Druck führt. Bei einer anderen Ausführungsfοim kann der unter einer Vorspannung gehaltene Bolzen zur Bewegung gegen das Werkstück freigegeben werden, so daß, wenn er mit dem Werkstück in Berührung tritt, die Energeiquelle entladen und die Schweißung erzeugt wird. Bei einer weiteren Ausführungsform kann der Bolzen, nachdem er gegen das Werkstück gedrückt worden ist, von diesem weggezogen werden, um einen Lichtbogen zu ziehen, und danach wieder gegen das Werkstück gedrückt werden, um die durch den Lichtbogen angeschmolzenen, aneinandergrenzenden Teile miteinander zu verbinden. In jedem Fall sind die Schweißströme sehr hoch, so daß die zum Schalten dieser hohen Schweißströme vorzusehenden Vorrichtungen unter sehr rauhen Bedingungen arbeiten. Demzufolge müssen diese Schaltvorrichtungen von schwerer Ausführung sein und erfordern eine l&*¥ige und beträchtliche Wartung.Diffusion bonding of the parts leads under the applied pressure. In another embodiment, the preloaded bolts are released for movement against the workpiece so that when it is with the Workpiece comes into contact, the energy source is discharged and the weld is generated. In another embodiment can the bolt, after it has been pressed against the workpiece, be pulled away from it, to draw an arc, and then be pressed again against the workpiece in order to be caused by the arc fused, adjoining parts with each other connect to. In any case, the welding currents are very high, so that the switching of these high welding currents devices to be provided work under very harsh conditions. As a result, these switching devices must be of heavy construction and require little and considerable maintenance.

Die Erfindung schafft zur Verwendung bei einer Bolzenschweißeinrichtung von irgendeiner der vorgenannten Arten eine neuartige Schaltvorrichtung, welche sich durch das Fehlen beweglicher Teile und durch ein ungewöhnlich geringes Gewicht auszeichnet und welche ein Minimum an Wartung bedarf, während sie ein wirksames Arbeiten aufrechterhält. The invention provides for use in a stud welding device of any of the aforementioned types a novel switching device, which is characterized by the Lack of moving parts and is characterized by an unusually low weight and which a minimum Maintenance needs while keeping it working effectively.

Ein Hauptzweck der Erfindung besteht darin, einen ungewöhnlich wirksamen Schaltstromkreis für die Schweißströme bei Bolzenschweißeinrichtungen der vorgenannten Art zu schaffen, bei dem das Schalten mittels eines Torgleichrichters, vorzugsweise eines gesteuerten Siliziumgleichrichters, erfolgt·A primary purpose of the invention is to provide an unusually efficient switching circuit for the welding currents to be created for stud welding devices of the aforementioned type, in which switching by means of a gate rectifier, preferably a controlled silicon rectifier, takes place

Ein weiterer Zweck der Erfindung besteht darin, einen Schaltstromkreis der vorgenannten Art zu schaffen» in welchem der Torgleichrichter die Entladung eines Kondensators über die miteinander zu verschweißenden Teile steuert.Another purpose of the invention is to create a switching circuit of the aforementioned type which the gate rectifier controls the discharge of a capacitor over the parts to be welded together.

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Ein weiterer Zweck der Erfindung besteht darin, einen Schaltstromkreis £_er vorgenannten Art zu schaffen, in welchem der Torgleichrichter die Erzeugung eines Lichtbogens zwischen den miteinander zu verschweißenden Teilen steuert.Another purpose of the invention is to provide a switching circuit £ _he above-mentioned type, in which the Torgleichrichter an arc between the controls generation parts to be welded together.

Weitere Zwecke der Erfindung gehen aus der nachfolgenden Beschreibung hervor.Further purposes of the invention emerge from the following Description.

Die Erfindung wird nachstehend an Hand der Zeichnung näher erläutert* Die einzige Figur ist eine schematische Darstellung einer Ausführungsform einer Bolzenschweißvorrichtung gemäß der Erfindung.The invention is explained in more detail below with reference to the drawing * The single figure is a schematic Representation of an embodiment of a stud welding device according to the invention.

Die in der Pig. dargestellte Einrichtung weist allgemein eine Bolzenschweißpistole 90 und einen Steuerstromkreis 92 auf. Der Steuerstromkreis 92 enthält einen Transformator 94 zur Wechselstromzufuhr, einen Kondensator 96, der, wenn er aufgeladen ist, einen Schweißstrom liefert, einen gesteuerten Siliziumgleichrichter 98 zum Aufladen des Kondensators 96 und einen zweiten gesteuerten Siliziumgleichrichter 100, welcher den durch die Schweißpistole hindurchgehenden Schweißstrom steuert. Die Arbeitsweise des Steuerstromkreises 92 wird weiter unten näher erläutert, und die Arbeitsweise der Pistole 90 wird nachstehend in Verbindung mit einem Bolzen 102 und einem Werkstück 104 beschrieben.The one in the Pig. device shown generally has a stud welding gun 90 and a control circuit 92. The control circuit 92 includes a transformer 94 for alternating current supply, a capacitor 96 which, when charged, supplies a welding current, a silicon controlled rectifier 98 for charging the capacitor 96 and a second silicon controlled rectifier 100 which controls the welding current passing through the welding gun. The way of working of control circuit 92 is discussed in greater detail below, and the operation of gun 90 is described below in connection with a bolt 102 and a workpiece 104.

Die Pistole 90 enthält ein Spannfutter 106 zum Halten des Bolzens 102, dessen Ende mit einem Vorsprung 108 versehen ist. Das Spannfutter 106 ist innerhalb des Gehäuses 110 der Pistole 90 hin- und herbewegbar gelagert, und es wird durch eine Feder 112 in seine äußerste Stellung gedrückt. Das Spannfutter 106 ist derart angeordnet, daß es in das Gehäuse 110 hineinbewegt wird, wenn die Pistole von Hand gegen das Werkstück 104 gedrückt wird. Sobald ein Schweißstrom durch den Bolzen 102, dessen Vorsprung 108 und das Werkstück 104 hindurchgeht, wird der Vorsprung 108 in bekannter Weise zerstört und der Bolzen 102 unterThe gun 90 includes a chuck 106 for holding the bolt 102, the end of which is provided with a protrusion 108 is. The chuck 106 is reciprocable within the housing 110 of the gun 90, and it is urged to its extreme position by a spring 112. The chuck 106 is arranged such that it is moved into the housing 110 when the gun is pressed against the workpiece 104 by hand. As soon as a welding current passes through the stud 102, its projection 108 and the workpiece 104 passes through, becomes the protrusion 108 destroyed in a known manner and the bolt 102 below

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der Kraft der Feder 112 in Berührung mit dem Werkstück 104 zu einem Zeitpunkt gebracht, zu welchem die einander zugekehrten Teile des Bolzens und des Werkstückes durch den Schweißstrom auf Schweißtemperatur erhitzt worden sind.the force of the spring 112 in contact with the workpiece 104 brought at a point in time at which the facing parts of the bolt and the workpiece have been heated to the welding temperature by the welding current.

Der gesteuerte Siliziumgleichrichter 98 veranschaulicht eine Art der Zuführung von Gleichstrom zu dem Kondensator 96 beim Ansprechen auf aus dem Transformator 94 erhaltenen Wechselstrom. Dieser gesteuerte Siliziumgleichrichter 98 weist eine Anode 114, eine Kathode 116 und eine Torelektrode 118 auf.The silicon controlled rectifier 98 illustrated a manner of supplying direct current to the capacitor 96 in response to from the transformer 94 received alternating current. This silicon controlled rectifier 98 has an anode 114, a cathode 116 and a Gate electrode 118 on.

Der Primärseite 120 des Transformators 94 wird Wechselstromenergie über einen Schalter und eine Sicherung (nicht dargestellt) zugeführt. Beim Einlegen des Schalters tritt an den Klemmen 122 und 124 der Sekundärwicklung des Transformators 94 eine Wechselspannung auf. Wenn die Klemme 124 mit Bezug auf die Klemme 122 negativ ist, fließt Strom (in Richtung des Elektronenflusses) von der Klemme 124 zu dem Kondensator 96, von diesem über einen Widerstand 126 zur Kathode 116 des gesteuerten Siliziumgleichrichters 98, über e"ine Diode 128, einen Widerstand 130, einen ausgewählten Teil eines Potentiometers 132,* zwischen dessen Abgriff 134 und seinem Ende 136, und über eine Diode 138 zur Klemme 122. Außerdem fließt, wenn die Klemme T24 in bezug auf die Klemme 122 negativ ist, Strom durch das Potentiometer 132 und die Diode 138 hindurch und erzeugt einen Spannungsabfall zwischen dem Ende 140 und dem Abgriff 134 des Potentiometers 132. Der Abgriff 134 kann eingestellt werden, um an dem Potentiometer irgendeine Spannung zwischen dem Wert Null, und einem maximalen Wert ~zu*erzeugen, wobei der maximale Wert gleich der Spannung zwischen den Enden 140 und 136 des Potentiometers 132 ist. -The primary 120 of the transformer 94 is AC power supplied via a switch and a fuse (not shown). When inserting the switch occurs at terminals 122 and 124 of the secondary winding of the Transformer 94 an alternating voltage. When terminal 124 is negative with respect to terminal 122, flows Current (in the direction of electron flow) from terminal 124 to capacitor 96, from this via a resistor 126 to the cathode 116 of the silicon controlled rectifier 98, via a diode 128, a resistor 130, a selected one Part of a potentiometer 132, * between its Tap 134 and its end 136, and through a diode 138 to terminal 122. In addition, when terminal T24 is in is negative with respect to terminal 122, current is passed through potentiometer 132 and diode 138 and generated a voltage drop between the end 140 and the tap 134 of the potentiometer 132. The tap 134 can be adjusted to generate any voltage between the value zero and a maximum value ~ * at the potentiometer, the maximum value being equal to the voltage between ends 140 and 136 of potentiometer 132. -

Wenn die Spannung an dem Kondensator 96 auf eihen Wert ansteigt, der ungefähr gleich dem Spannungsabfall zwischen den Punkten 134 und 140 des Potentiometers 132 ist, ist dieWhen the voltage on capacitor 96 is at a value which is approximately equal to the voltage drop between points 134 and 140 of potentiometer 132 is the

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zwischen der Torelektrode 118 und der Kathode 116 des gesteuerten Siliziumgleichrichtera 98 auftretende Spannung kleiner als die minimale Zündspannung dieses Gleichrichters. Sobald sich die Polarität zwischen den Klemmen 122 und 124 der Sekundärwicklung des Transformators 94 in jeder Halbperiode des Speisewechselstroms umkehrt, sinkt der von der Kathode zur Anode des Gleichrichters 98 fließende Strom zu diesem Zeitpunkt auf den Wert Null. Der Strom ist daher kleiner als der Haltestrom, so daß der gesteuerte Siliziumgleichrichter 98 in den nichtleitenden Zustand geschaltet wird. Br verbleibt in diesem Zustand, bis zufolge der Betätigung des zweiten gesteuerten Siliziumgleichrichters 100 in der nachstehend | zu beschreibenden Weise wieder ein Torstrom fließt.between the gate electrode 118 and the cathode 116 of the controlled silicon rectifier 98 occurring voltage is lower than the minimum ignition voltage of this Rectifier. As soon as the polarity between the Terminals 122 and 124 of the secondary winding of transformer 94 in each half cycle of the alternating current supply Conversely, the voltage from the cathode to the anode of the rectifier drops 98 current flowing to the at this point Value zero. The current is therefore smaller than the holding current, so that the silicon controlled rectifier 98 is switched to the non-conductive state. Br remains in this state until following the actuation of the second silicon controlled rectifier 100 in the following | To be described, a gate current flows again.

Wenn der Bolzen 102 in Berührung mit dem Werkstück 104 gebracht ist und der als Schalter ausgebildete -Abzug 144 der Pistole 90 von Hand betätigt wird, wird ein Stromkreis von der einen Seite einer Gleichrichterschaltung 146 über ein Relais 148, den Abzugschalter 144, den Bolzen 102 und über Erde zu der anderen Seite der Gleichrichtersehaltung 146 geschlossen. Durch die Erregung des Relais 148 werden normalerweise geschlossene Kontakte 150 dieses Relais geöffnet und normalerweise offene Kontakte 152 des Relais geschlossen« Beim Schließen der Kontakte 152 wird zwischen die Torelektrode und die Kathode des zweiten gesteuerten Siliziumgleichrichters 100 eine Spannung angelegt, die { durch einen Widerstand 154 auf einen Sicherheitswert begrenzt wird. When the bolt 102 is brought into contact with the workpiece 104 and the trigger 144 of the pistol 90, which is designed as a switch, is operated by hand, a circuit is established from one side of a rectifier circuit 146 via a relay 148, the trigger switch 144, the bolt 102 and closed via ground to the other side of the rectifier bracket 146. By energization of the relay 148 closed contacts are normally 150 opens this relay and normally open contacts 152 of relay "closed when closing the contacts 152 a voltage is applied between the gate electrode and the cathode of the second silicon controlled rectifier 100, the {by a resistance 154 is limited to a safety value.

Eine Diode 155 verhindert, daß an die Torelektrode d es zweiten gesteuerten Siliziumgleichrichters 100 eine ngative Spannung angelegt wird. Ein Widerstand 157, der über die Kathode des Siliziumgleichrichters 100 und die eine Seite des Kondensators 96 geschaltet ist, vtrhindert einen zu raschen Spannungsanstieg (d.h. des Wertes 4x) zwischen der Anode und der Kathode des gesteuerten Siliziumgleichrichters 'A diode 155 prevents it from being applied to the gate electrode second silicon controlled rectifier 100 a negative Voltage is applied. A resistor 157 that is about the Cathode of silicon rectifier 100 and one side of capacitor 96 is connected, prevents one from closing rapid voltage increase (i.e. the value 4x) between the Anode and cathode of the silicon controlled rectifier

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100. Die Zwischen der Torelektrode und der Kathode des Gleichrichters 100 erzeugte Spannung bewirkt, daß dieser Gleichrichter leitend gemacht wird, so daß sich der Schweißkondensator 96 über den Bolzen 102 und das Werkstück 104 entlädt, wodurch die Schweißung herbeigeführt wird. Ein dem Relais 148 parallelgeschalteter Kondensator 156 bewirkt eine Zeitverzögerung an dem Relais 148, wenn der Abzugsschalter 144 geöffnet wird oder wenn die Pistole von dem Bolzen 102 wejbewegt wird, und er läßt dem gesteuerten Siliziumgleichrichter 100 genügend Zeit, um in seinen sperrenden Zustand zurückzukehren, bevor die Kontakte 150 des Relais 148 geschlossen werden.100. The between the gate electrode and the cathode of the The voltage generated by the rectifier 100 causes this rectifier to be rendered conductive, so that the Weld capacitor 96 discharges across stud 102 and workpiece 104, causing the weld to occur will. A capacitor 156 connected in parallel to relay 148 causes a time delay on relay 148, when the trigger switch 144 is opened or when the Pistol is moved by the bolt 102, and he leaves the controlled silicon rectifier 100 has enough time to return to its blocking state before the Contacts 150 of relay 148 are closed.

Big. wahlweise anwendbares Merkmal bildet ein dem Ladewiderstand 126 parallelgeschaltetes Relais 158, das erregt wird, wenn Ladestrom durch den Widerstand 126 hindurchgeht. Durch die Erregung des Relais 158 werden diesem zugeordnete, normalerweise geschlossene Kontakte 161 geöffnet, wodurch der Entladungskreis unwirksam gemacht wird, während ein dem Relais 158 parallelgeschalteter Kondensator 160 dazu dient, zu gewährleisten, daß dieses Relais erregt bleibt, bis der Schweißkondensator 96 voll aufgeladen ist.Big. Optionally applicable feature is a charging resistor 126 Relay 158 connected in parallel that is energized when charging current passes through resistor 126. When the relay 158 is energized, normally closed contacts 161 assigned to it are opened, whereby the discharge circuit is made ineffective, while a capacitor 160 connected in parallel with the relay 158 serves to ensure that this relay remains energized until the welding capacitor 96 is fully charged.

Die Erfindung sieht somit einen leichten und wirksamen Schalter vor, der hohe Schweißströme zu steuern vermag und keine sich bewegenden mechanischen Teile aufweist, die einer Abnutzung und Pehleinstellung unterliegen.The invention thus provides a light and effective switch capable of controlling high welding currents and has no moving mechanical parts that are subject to wear and tear and misalignment.

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Claims

Patent sayings

\. "U / stud welding device that has a welding gun for holding a stud to be welded to a workpiece, an energy supply for supplying the welding energy, a Fade-in or gate rectifier between the power supply and the bolt and the workpiece with a gate circuit for turning on the rectifier to control the Delivery of visual energy, and circuit means for protecting the gate rectifier and for preventing premature switching on, indicated by a with the rectifier (100) and the energy supply (96) in series with impedance device (157), which has a to g

rapid increase in voltage (i.e. of the value ^) between the anode and the cathode of the silicon controlled rectifier (100).

2. Apparatus according to claim 1 ,. characterized in that the energy supply (96) is a capacitive energy supply and that the impedance means (159 is a resistor.

3. Device according to claim 1 or 2, characterized in that that the impedance device (157) is connected in parallel to the bolt (108) and the workpiece (104) and thereby when the bolt (108) comes into contact with the workpiece (104) is shunted.

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