DE1947482C3 - Maschine zum Kondensatorimpulsschweißen - Google Patents

Description

eine Kondensator-Impulsschweißmaschine mit zwei Schaltern bekannt, bei denen das Einschalten des ersten Schalters das Aufladen der Kondensatorbatterie und das Einschalten des zweiten Schalters das Entladen der Kondensatorbatterie bewirkt Zur Steuerung dieser Schalter sind parallel zur Kondensaiorbatterie zwei ÄC-Glieder vorgesehen, deren Kapazitäten derart mit elektrischen Schaltelementen, die bei Anlegen einer bestimmten Spannung öffnen, zusammenwirken, daß abwechselnd Steuerimpulse zum Öffnen der beiden Schaller gegeben werden. Auf diese Weise wird aus der die Maschine speisenden Gleichspannung eine kontinuierliche Serie von Schweißimpulsen gleichen Pegels erzeugt.

Bei dieser bekannten Maschine geht es jedoch von vornherein nicht um die Verwirklichung eines Zwciimpuls-Schweißzyklus.

Bei einer erfindungsgemäßen Maschine ist die Arbeitskondensatorenbatterie ohne Zwischenschaltung irgendeines Schalters ständig an den Ladegleichrichter angeschlossen. Sie ist einfach im Aufbau und von hoher Zuverlässigkeit. Sie erlaubt eine stufenlose Regelung und gute Stabilisierung der Spannung an dem Arbeitskondensator und gestattet die Verwirklichung eines kombinierten Schweißzyklus mit optimaler Charakieristik der Schweißzonenerwärmung. Es ergeben sich sehr flexible Variationsmöglichkeiten durch die unabhängi ge Regelung des ersten Formicrungs- und des /weilen Schweißstromimpulses, sowie durch die Regelung der Pause /wischen den beiden Stromimpulsen.

Die Maschine ist gegen Schwankungen der Net/ spannung in einem Bereith von + 15¹Vn unempfindlich, gestattet die Speicherung einer streng dosierten Energiemenge und hält die elektrischen Parameter des Schweißvorgangs stabil. Die elektrische Schaltung der Maschine ist einfach, wirtschaftlich und gewährleistet hohe Leistungsfähigkeit und guten Wirkungsgrad.

Besonders wirkungsvoll ist die Verwendung der vorgeschlagenen Maschine bei hochprä/iser Widerstands-Mikroschweißung von integrierten Schaltungen. Er-Zeugnissen der elektronischen und Halbleitertechnik, an die erhöhte technologische Anforderungen (Unzu-Ia igkeit von Melallsprit/ern, Stabilität und erhöhte FeMigkeitseigenschaften der zu verschweißenden Teile) gestellt werden.

Eine zweckmäliige Ausbildung der erfindungsgemäßen Maschine ist es, wenn einer der Stromkreise der Steuereinrichtung, die die Steuerimpulse erzeugt, in Reihenschaltung einen Dynistor und die Primärwicklung eines Dreiwicklungs-Impulstransformator enthält, während die übrigen Stromkreise in Reihenschaltung je einen Dynistor, die Primärwicklung eines Z.wciwicklungs-lmpulstransformators und einen Trennkondensator enthalten, parallel zu welchem hintereinander geschaltet sind ein Widerstand, Schließkontakte der Starttaste und eine Vorspannungsquclle. die den Schaltzustand des Dynislors nach seinem Ansprechen aufrechterhält, wobei die Sekundärwicklungen der Impulstransformatoren über Trenndioden an eine der Arbeitselektroden und die Steuerelektrode des Entladeschalters, und die dritte Wicklung des Drciwicklungs-Impulstransformators an den Steuerkreis des Ladeschalters angeschlossen sind.

Weiterhin ist es zweckmäßig, daß der Stcuerkreis des Ladeschalters aufgebaut ist aus der Reihenschaltung einer Vorspannungsquelle eines Dynistors, zu dem parallel ein Öffnungskontakt der Starttaste liegt, eines Begrenzungswiderstands und einer Referenzdiode, wobei diese an die dritte Wicklung des Dreiwicklungs-Transformators, und der Dynistor über einen Begrenzungswiderstand an eine der Arbeitselektroden und an die Steuerelektrode des Ladeschalters angeschlossen ist

Es sei bemerkt, daß mit einer erfindungsgemäßen Maschine die Schweißung mit einer beliebigen Anzahl von Schweißimpulsen durchgeführt werden kann. In der Regel wird jedoch die Verwirklichung eines Zweiimpuls-Schweißzyklus schon /u befriedigenden Schweißergebnissen führen. Demgemäß wird nachfolgend die Erfindung an Hand eines Ausführungsbeispiels weiter erläutert, welches eine Zweiimpuis-Kondensatorschweißmaschine betrifft. Es zeigt

F i g. 1 das Prinzipschaltbild dieser Maschine.

F i g. 2 Diagramme der Spannung an den Kondensatoren und des Stroms im Schweißstromkreis bei Betrieb der Maschine.

Wie aus F i g. 1 ersichtlich ist, enthält die Maschine einen Aufladeschalter 1 (einen Triac oder einen sym metrischen Thyristor), der in dem Stromkreis der Primärwicklung des Ladetransformators 2 eingeschaltet ist und die Aufladung der Arbeitskondensatoren-Batterie J heginnen läßt An die Sekundärwicklung des Ladetransformators 2 ist über eine Begren/ungsdrosscl 4 ein Gleichrichter 5 angeschlossen, an dessen Ausgang die Arbeitskondensatoren-Batterie J angeschlossen ist. In dem Entladekreis der Maschine sind an die Kondensatoren-Batterie Ϊ ein Entladcschalicr 6 (Thyristor) und ein Schweißtransformator 7 in Reihe geschallet, dessen Primärwicklung eine Freilaufdiode 8 überbrückt.

Als Spjnnungspegeleinsieller sind Spannungsteiler 9 und 10 verwendet Die Steuereinrichtung besteht aus zwei Kreisen für die Erzeugung der Steuerimpulse. Die Eingänge dieser Kreise stellen Auslösekondensatorcn

11 und 12 dar. die /u den unteren Armen 'ler Spannungsteiler 9 und 10 parallel geschaltet sind und Dioden H und 14 im Nebenschluß aufweisen.

Die Verwendung von Auslosekondensaloren Il und

12 erhöht die Betriebssicherheit der Maschine und erlaubt die Verwendung von hochohmigen Spannungsteilern 9 und 10.

Die Ausgänge der Stromkreise der Steuereinrichtung sind über Impulslransfoimatoren 15 und Ib und Trenndioden 17 und 18 an den Eingang des Stromkreises des Entladeschalters 6 angeschlossen, wobei an denselben Schalter ein Kondensator 19. ein Widerstand 20 und eine Diode 21 angeschlosssn sind, welche die Betriebssicherheit des Thyristors 6 erhöhen. Die ge nannten Stromkreise enthalten Dynisioren 22 und 2J. welche mit den Primärwicklungen der Inipulsiransfoi matoren 15 und 16 in Reihe geschaltet sind. Der an den Ausgang des Spannungsteilers 9 (an ilen unteren Ann) angeschlossene Stromkreis enthält außerdem einen Trennkondensator 24 parallel /u welchem cm Widerstand 25, cmc stabilisierte Vurspannungsqiiclle 26, welche den Schaltzustand des Dynistors 22 sichert, und die Schließknntakte 27 der Slarttaste geschaltet sind. Die Steuereinrichtung enthüll auch einen Steuerkreis Hilden Ladeschalter 1, der aus der Reihenschaltung von Vorspannungsquclle 28, Dynistor 29, der durch die .Schließkontakte 27' der Slarttaste überbrückt ist. Be gren/.ungswidcrstand JO und Referenzdiode Π besteht, an die die dritte Wicklung des Impiilsiransformators 16 angeschlossen ist. Der Steiierkreis enthält auch einen Kondensator 32, eine Diode M und einen Widerstand 34, die parallel mit dem Dynistor 29 über den Begrenzungswiderstand 35 an eine der Arbeitselektroden und

an die Steuerelektrode des Ladeschalters I angeschlossen sind.

Im Anfangszustand gewährleistet der Steuerkreis die Sperrung des Ladeschalter I. Der Spannungsteiler 9 läßt die Arbcitskondensalorcn-Batterie 3 sich auf einen niedrigeren Spannungspcgel als der Spannungsteiler 10 aufladen, wobei sich die Einschaltspannung für den Dynistor 22 aus zwei Spannungen, der durch den Spannungsteiler 9 bedingten Spannung und der Spannung der Vorspannungsquelle 26 zusammensetzt. Die Starttaste enthält im Ruhezustand geschlossene Öffnungskontakle 27' in dem Steuerkreis des Schalters 1 und im Ruhezustand geöffnete Schließkonlakte 27 in dem Impulserzeugungskreis, der an den Spannungsteiler 9 angeschlossen ist.

Bei der Betätigung der Starttaste wird an die Steuerelektrode des Schalters 1 eine positive Vorspannung gegeben und der Stromkreis der Einschaltung des Dynistors 22 vorbereitet.

Nach Schließen des Schalters 1 kommt es zu der stufenlosen Aufladung der Arbeitskondensatoren-Batterie 3 über die Begrenzungsdrossel 4 und den Gleichrichter 5. Nachdem in Abhängigkeil von der Einstellung des Spannungsteilers 9 die Zündspannung des Dynistors 22 erreicht ist, schaltet sich dieser ein. Der Impulstransformator 15 bringt den Einschaltimpuls zu dem Entladeschaller 6, und es erfolgt die Entladung der Arbeitskondensatoren-Batterie 3 auf den Schweißtransformator 7. Dieser Impuls bewerkstelligt nur die Formierung der Kontaktflächen der Teile, die zwischen den Schweißelektroden eingespannt sind.

Der Dynislor 22 bleibt im eingeschalteten Zustand, da über ihn der Strom der Vorspannungsquelle 26 durchfließt. Der Schalter 1 schaltet sich bei der Entladung der Batterie 3 nicht ab; es kommt daher gleich nach der ersten Entladung zur Aufladung der Batterie 3 bis auf die durch den Spannungsteiler 10 beeinflußbare Spannung. Der Schaller 6 wird durch die Ausbildung des Stroms über die Freilaufdiode 8 geschlossen.

Nach dem Erreichen der Zündspannung des Dynistors 23 in Abhängigkeit von der Einstellung des Spannungsteilers 10 schallet sich der Dynistor 23 ein, und das Steuersignal des Impulstransformators 16 schaltet den Entladeschalter 6 ein. Die Kondensatorenbatterie 3 entlädt sich zum zweiten Mal auf den Schweißtransformator 7, indem sie den zweiten die Schweißung durchführenden Stromstoß abgibt. Gleichzeitig schaltet das

ίο von der dritten Wicklung des Impulstransformators 16 abgenommene Signal den Dynistor 29 ein, der den Steuerkreis des Ladeschalters 1 überbrückt. Der Ladeschalter 1 schaltet sich dadurch ab und trennt den Ladekreis der Batterie 3.

Läßt man die Startlaste frei, so kommt die Schaltung in den Ausgangszustand zurück.

Bei wiederholtem Drücken der Starttaste läuft der Zweiimpuls-Schweißzyklus wiederum ab.

Die Zweiimpuls-Betriebsart der Schweißung, welche durch die vorgeschlagene Einrichtung verwirklicht wird, veranschaulichen (F i g. 2) die Kennlinien der Spannung (U) an der Batterie 3 und die des Schweißstromes (i). ■ Wie aus der graphischen Darstellung ersichtlich ist erfolgen nacheinander zwei Stromimpulse, wobei der erste Stromimpuls, der eine kleinere Amplitude als der zweite hat, die Formierung der Kontaktflächen der Teile durchführt, die zwischen den Elektroden eingespanni sind, wodurch die Schweißbedingungen verbessert werden. Der zweite Impuls führt die Schweißung aus.

Die Zweiimpuls-Bctricbsart der Schweißung kommt wie beschrieben, dadurch zustande, daß die Kondensa torenbatterie 3 zweimal bis auf verschiedene Span· nungspegel aufgeladen wird, welche durch die Span nungsteiler 9 und 10 vorgegeben werden, und siel· zweimal auf den Schweißtransformator 7 über den Ent ladeschalter 6 entlädt.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Maschine zum Kondensatorimpulsschweißen mit einer Einrichtung zum Aufladen einer Kondensatorbatterie. Schaltern zum Laden und Entladen dieser Kondensatorbatterie und einer Steuereinrichtung, die bewirkt, daß die Kondensatorbatterie während eines Arbeitszyklus für aufeinanderfolgende getrennte Schweißimpulse von zunehmender Größe jeweils auf eine vorbesiimnite Spannung aufgeladen and anschließend entladen wird, dadur.ch gekennzeichnet, daß

a) zwei Schalter vorgesehen sind und das Einschalten des ersten Schalters (1) das Aufladen der Kondensatorbatterie (3) und das Einschalten des zweiten Schalters (6) das Entladen der Kondensatorbatterie bewirkt und der zweite Schalter (6) nach Beendigung des Entladevorgangs ausschaltet und zur Steuerung dieser Schalter parallel zur Kondensatorbatterie geschaltete Spannungsteiler (9. 10) vorgesehen sind, an deren Ausgänge Auslösekondensatoren (11, 12) angeschlossen sind, die nacheinander über elektrische Schaltelemente (22,23), die bei Anlegen einer bestimmten Spannung öffnen, /ur Betätigung <ler Schalter dienende Steuerimpulse abgeben, und

b) der erste (1) der beiden Schalter während des gesamten Arbeitszyklus eingeschaltet bleibt, die Spannungsteiler Po'entiometer sind und Hilfsstromkreise vorgesehen sind, welche die elektrischen Schaltelemente (22.23) nach ihrem Ansprechen bis zum F.nde des Arbeitszyklus geöffnet halten.

2. Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß einer der Stromkreise der Steuereinrichtung, die die Steuerimpulse erzeugt, in Reihenschaltung einen Dynistor (23) und die Primärwicklung eines Dreiwicklungs-lmpulstransformators (16) enthält, während die übrigen Stromkreise in Reihenschaltung je einen Dynistor (22), die Primärwicklung eines Zwciwieklungs-Impulstransformators (15) und einen Trennkondensator (24) enthalten, parallel zu welchem hintereinander geschaltet sind ein Widerstand (25). Schließkontakte der Starttaste (27) und eine Vorspannungsquelle (26), die den Schaltzustand des Dynistors (22) nach seinem Ansprechen aufrechterhält, wobei die Sekundärwicklungen der Impulstransformatoren (15 und 16) über Trenndioden (17 und 18) an eine der Arbeitselektroden und die Steuerelektrode des Hntladeschalters (6), und die dritte Wicklung des Dreiwicklungs-Impulstransformators (16) an den Stcuerkreis des Ladest, !alters (1) angesch'ossen sind.

3. Maschine nach Anspruch 2, dadurch gekenn zeichnet, daß der Steuerkreis des Ladeschalters (I) aufgebaut ist aus der Reihenschaltung einer Vorspannungsqucllc (28) eines Dynistors (29), zu dem parallel ein Öffnungskontakt (27') der Starttaste liegt, eines Begrenzungswidcrstandes (30) und einer Referenzdiode (31), wobei diese an die dritte Wicklung des Rreiwicklungs-Transformators (16), und der Dynistor (29) über einen Begrenzungswidersland (35) an eine der Arbcitselcktroden und an die Steuerelektrode des Ladeschalter (I) angeschlossen ist.

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Maschine zum Kondensatorimpulsschweißen mit einer Einrichtung zum Aufladen einer Kondensatorbatterie. Schaltern zum Laden und Entladen dieser Kondensatorbatterie und einer Steuereinrichtung, die bewirkt, daß die Kondensatorbatterie während eines Arbeitszyklus für aufeinanderfolgende getrennte Schweißimpulse von zunehmender Größe jeweils auf eine vorbestimmte Spannung aufgeladen und anschließend entladen wird. Eine solche Maschine ist aus der schweizerischen Patentschrift 414 889 bekannt.

Bei einer solchen, im Zweiimpulszyklus arbeitenden Maschine erfolgt der erste Schweißimpuls mit geringe rer Energie und dient zur Vorbereitung der eigentlichen Schweißung durch den zweiten Impuls. Dabei werden bessere Scbweißergebnisse erzielt als mit einem Einimpuls-Arbeitszyklus; es werden weitgehend Metallspritzer aus der Schweißzone vermieden, und es können Teile gesehweißi werden, die anders für das Widerstandsschweißen ungeeignet wären.

Bei der bekannten Zweiimpuls-Schweißmaschine sind zur Verwirklichung des erwähnten Schweißablaufs an einem Gleichrichter zwei Ausgänge verschiedener Gleichspannung vorhanden, die über zwei zugehörige Schalter den Arbeitskondensator nacheinander jeweils auf das ihnen eigene Spannungsniveau aufladen und wobei die Steuereinheit der Maschine außer das den Arbeitskondensator auf die Schweißstelle entladende Schaltventil auch noch diese beiden Schalter betätigen muß. Der Aufbau dieser Maschine ist mithin aufwendig und kompliziert

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung einer Mehrimpuls-Kondensatorschweißmaschine, bei der ebenso wie bei der bekannten Maschine nach der ersten Entladung des Arbeitskondensators von einem niedrigeren Potential zur Erzeugung des Formierimpulses sofort die Aufladung auf das für den eigentlichen Schweißimpuls oder die weiteren Schweißimpulse benötigte höhere Potential weitergeht und die Entladung von hier ebenso automatisch ausgelöst wird. Dabei soll die Maschine jedoch von großer Einfachheit und Störungsfreiheit sein, die beiden Auslösungen sollen bei mit großer Zuverlässigkeit gleichbleibenden Spannungsniveaus erfolgen und diese Spannungsniveaus sollen leicht stufenlos einstellbar sein.

Ausgehend von einer Maschine der eingangs beschriebenen Art wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß erfindungsgemäß

a) zwei Schaller vorgesehen sind und das Einschalten des ersten Schalters das Aufladen der Kondensatorbatterie und das Einschalten des zweiten Schalters das Entladen der Kondensatorbatterie be wirkt und der zweite Schalter nach Beendigung des Entladevorgangs ausschaltet und zur Steuerung dieser Schalter parallel zur Kondensatorbatterie geschaltete Spannungsteiler vorgesehen sind, an deren Ausgänge Auslösekonder.satoren ange schlossen sind, die nacheinander über elektrische Schaltelemente, die bei Anlegen einer bestimmten Spannung öffnen, zur Betätigung der Schalter dienende Steuerimpulse abgeben, und

b) der erste der beiden Schalter während des gesamten Arbeitszyklus eingeschaltet bleibt, die Spannungsteiler Potentiometer sind und Hilfsstromkreise vorgesehen sind, welche die elektrischen Schaltelemente nach ihrem Ansprechen bis zum Ende des Arbeitszyklus geöffnet halten.

An sich ist aus dem UdSSR-Erfinderschein 238 701