DE20018092U1

DE20018092U1 - Stromversorgung für Elektroschweißgeräte

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Publication number: DE20018092U1
Application number: DE20018092U
Authority: DE
Original assignee: Harms & Wende & Co KG GmbH
Current assignee: Harms & Wende & Co KG GmbH
Priority date: 2000-10-23
Filing date: 2000-10-23
Publication date: 2000-12-28
Anticipated expiration: 2010-10-24

Description

Die Erfindung betrifft eine Stromversorgung für Elektroschweißgeräte und -anlagen mit einem Transformator und einer flüssigkeitsgekühlten Thyristorsteuerung für den Schweiß-5 strom.

Beim Elektroschweißen wird die Netzspannung durch einen Transformator auf niedrigere Spannungen herunter transformiert, wobei man dann entsprechend große Schweißströme zur

10 Verfügung hat. Die Schweißspannung bzw. der Schweißstrom wird dabei auf der Primärseite des Transformators durch Thyristoren gesteuert bzw. geregelt. Zu diesem Zweck sind zwei Thyristoren antiparallel geschaltet. Bei jeder Halbwelle wird der entsprechende Thyristor, der in dieser Richtung leiten kann,

15 nach einem steuerbaren Intervall nach Beginn der Halbwelle

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gezündet und bleibt solange leitend, bis die Spannung der Halbwelle auf Null abgesunken ist. Die Schweißspannung und der Schweißstrom werden durch die Veränderung der zeitlichen Länge des Intervalls, nach dem die Zündung erfolgt, gesteuert bzw. geregelt.

In den Thyristoren treten hohe Verlustleistungen auf, so daß sie flüssigkeitsgekühlt werden müssen, normalerweise mit Wasser.

Dabei ist es bekannt, die beiden Thyristoren zwischen zwei gekühlten leitenden Platten einzuspannen, die vom Kühlwasser durchströmt werden. Da die Kühlplatten nicht nur thermisch leitend sondern auch elektrisch leitend mit den Kühlplatten verbunden sind und damit zwischen den beiden Kühlplatten die volle Netzspannung von 400V anliegt und Wasser bekanntlich den elektrischen Strom leitet, muß das Wasser auf seinem Weg von der einen Kühlplatte zur anderen über eine nicht unbeträchtliche Strecke umgeleitet werden, damit der Wasserweg für die Spannung lang genug ist. Für die Kühlleitung kann für diese Strecke aus offensichtlichen Gründen kein Metall verwendet werden; es finden vielmehr Gummischläuche Anwendung. Diese bekannte Thyristorsteuerung hat die folgenden Nachteile.

Sie nimmt sehr viel Platz ein. Die Thyristoren müssen gegenüber der Grundplatte bzw. dem Gehäuse isoliert angeordnet werden. Die ganze Steuerung muß wegen der offenliegenden stromführenden Teile aufwendig in ein Gehäuse eingeschlossen werden. Der Gummischlauch oder dergleichen, mit dem das Kühlwasser von einer Kühlplatte zur anderen geleitet wird, wird

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nach einiger Zeit brüchig und kann platzen, so daß die ganze Steuerung, möglicherweise ein Schaltschrank, in dem sie angeordnet ist, mit Wasser überschwemmt wird. Schließlich ist es kompliziert, die Thyristoren auszuwechseln, falls sie defekt werden, da zu diesem Zweck die Anordnung mühsam auseinandergenommen werden muß.

Die Aufgabe der Erfindung besteht in der Schaffung einer Stromversorgung der eingangs genannten Art, die einfacher aufgebaut ist, weniger Platz beansprucht und bei der Wartungsarbeiten auf einfachere Weise durchgeführt werden können.

Die erfindungsgemäße Lösung besteht darin, daß die Thyristoren auf einem einzigen, nicht mit den Arbeitsspannungen beaufschlagten gekühlten Bauelement angeordnet sind. Die erfindungsgemäße Lösung ermöglicht es, den Ort des Einbaus von einem separaten Schaltschrank an den Trafo, d.h. in den Trafoklemmkasten zu verlagern.

Der Erfindung ist das Verdienst zuzurechnen, erkannt zu haben, daß die bisher aufwendigen Thyristoren mit der entsprechend komplizierten Kühlung nicht verwendet werden müssen, sondern daß Neuentwicklungen von indirekt zu kühlenden Thyristören mit höherer Leistung zur Verfügung stehen, die auch für die beim Schweißen auftretenden hohen Leistungen geeignet sind. Dabei ist es erstaunlicherweise auch möglich, die für den Schweißbetrieb erforderliche sehr starke Kühlleistung sicherzustellen, wenn die Thyristoren nur noch einseitig an einer Kühlfläche befestigt werden, wobei dabei auch keine elektrisch leitende Verbindung mehr zwischen den Thyristoren und

den Kühlkörpern erforderlich ist. Dies ist erstaunlich, da bekanntlich mehr oder weniger gute Isolatoren auch schlechte Wärmeleiter sind. Erfindungsgemäß wurde herausgefunden, daß trotzdem eine ausreichende Kühlung stattfinden kann. 5

Dadurch wird es möglich, den Einbauort von einem Schaltschrank, wo solche Thyristoren sonst angeordnet waren, an den Transformator, genauer gesagt an den Transformatorklemmkasten zu verlagern. Dies liegt nicht nur an der geringeren Baugröße, sondern vor allem daran, daß die Kühlung einfacher aufgebaut ist. So ist nicht mehr wie bisher eine separate Kühlung erforderlich; es kann vielmehr die ohnehin vorhandene Wasserkühlung des Transformators genutzt werden, was einen geringeren Verrohrungsaufwand ergibt. Auch ist keine Leistungseinspeisung in den Schaltschrank mehr erforderlich. Die teure und aufwendige Leistungszuführung geht direkt an den Transformator, der die geregelte Leistungszuführung ohnehin benötigt.

0 Zweckmäßigerweise weist die Stromversorgung ein Gehäuse und eine Platte auf, mit der eine Öffnung des Gehäuses verschließbar ist, wobei die Thyristoren als Baueinheit auf der Innenseite der Platte angeordnet sind. Auf diese Weise sind die Thyristoren innerhalb des Gehäuses angeordnet. Ihre stromführenden Teile können nicht von außen berührt werden.

Dabei kann insbesondere vorgesehen werden, daß auch die Steuerschaltungen für die Thyristoren auf der Innenseite der Platte angebracht sind. Die ganze Einheit ist dann an einer Platte befestigt, so daß sie leicht für Wartungs- oder Reparaturzwecke vom Gehäuse entfernt werden kann, so daß alle Teile der Schaltung leicht zugänglich sind.

Die Thyristoren können über Kabel mit Netzspannung und dem Transformator verbunden sein. Besonders zweckmäßig ist es aber, wenn die Thyristoren über Steckkontakte mit Netzspannung und dem Transformator verbunden sind. Zu diesem Zweck kann das Gehäuse auf dem Transformator angeordnet sein. Wenn die Platte, die die Thyristoren und die Steuerschaltungen trägt, auf das Gehäuse aufgesetzt wird, wird dabei automatisch die elektrische Verbindung durch die Steckkontakte hergestellt.

Als Kühlflüssigkeit ist Wasser besonders zweckmäßig, das ohne weiteres zur Verfügung steht und eine hohe Wärmekapazität besitzt.

Als besonders zweckmäßig hat es sich erwiesen, wenn ein von der Kühlflüssigkeit durchströmter Wärmetauscher auf der Außenseite der Platte lösbar befestigt ist. Hierdurch wird zwar der Wärmeübergang von den Thyristoren zur Kühlflüssigkeit 0 weiter verschlechtert, da die Platte selbst nicht von Kühlflüssigkeit durchströmt wird und ein Wärmeübergang zwischen der Platte und dem Wärmetauscher stattfinden muß. Erstaunlicherweise ist aber damit immer noch eine ausreichende Kühlung der Thyristoren möglich. Der Vorteil dieser Anordnung besteht darin, daß zum Auswechseln von Thyristoren der Wärmetauscher von der Platte gelöst werden kann und ein wenig zur Seite bewegt werden kann, so daß der Kühlkreislauf nicht entleert werden muß. Es kann dann die Platte vom Gehäuse entfernt werden, so daß die Thyristoren ausgewechselt werden können oder andere Wartungsarbeiten an der Schaltung vorgenommen werden können.

Es ist ohne weiteres möglich, das Gehäuse außer mit dem Abteil, das die Thyristorsteuerung aufnimmt, mit einem weiteren Abteil zu versehen, in dem dann Steuerungen für Anwendungen des Kunden untergebracht werden können, wie z.B. Robotersteuerung, Programmanwahl, Pneumatik, Magnetventile usw. Die gesamte Steuerung für die Schweißanlage oder das Schweißgerät ist dann in einem einzigen Gehäuse untergebracht und damit sehr kompakt, vor Beschädigung und vor Berührung spannungsführender Teile geschützt.

Die Erfindung wird im folgenden anhand einer vorteilhaften Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:
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Fig. 1 das elektrische Schaltbild der wesentlichen Teile der Stromversorgung;

Fig. 2 in schematischer Ansicht die Anordnung und Kühlung 0 der Thyristoren bei einer Stromversorgung des Standes der Technik;

Fig. 3 in perspektivischer Ansicht eine Stromversorgung des

Standes der Technik;
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Fig. 4 die wesentlichen Teile der erfindungsgemäßen Stromversorgung im auseinander genommenen Zustand; und

Fig. 5 die Anordnung der Fig. 4 im zusammengesetzten Zustand.

Das Prinzip der elektrischen Schaltung ist in Fig. 1 gezeigt. Dort ist ein Schweißtransformator 1 auf der Primärseite mit seinem Anschluß U mit einer Phase Ll des Netzes verbunden. Der andere Anschluß V der Primärseite des Transformators 1 ist über zwei antiparallel geschaltete Thyristoren 2 mit dem anderen Netzanschluß L2 verbunden. Auf der Sekundärseite des Transformators 1 ist dieser über seine Anschlüsse 3 mit der Schweißeinrichtung, z.B. einer Schweißelektrode verbunden. Durch Steuerung des Phasenwinkels, bei denen die Thyristoren 2 zünden, kann Schweißspannung und Schweißstrom geregelt werden.

Wie dies in Fig. 2 gezeigt ist, sind die Thyristoren 2 des Standes der Technik zwischen zwei Kühlkörpern 4 eingespannt, die elektrisch und thermisch mit Anschlüssen 5 verbunden sind. Die Kühlkörper 4 werden dabei mit genau definierter Kraft, die durch die Pfeile 6 angedeutet ist, gegen die Thyristoren gedrückt, da diese sonst beim Betrieb beschädigt oder zerstört werden. Das Kühlwasser tritt durch eine Leitung 7 in der Figur linken Kühlkörper 4 ein, durchströmt diesen, wird dann durch einen Schlauch 8 aus Gummi oder ähnlichem Material, der eine gewisse Länge haben muß (in der Figur ist eine Schlaufe gebildet) zum in der Figur rechten Kühlkörper geleitet und tritt dann durch die Leitung 9 wieder aus.

In Fig. 3 ist eine perspektivische Ansicht der Anordnung des Standes der Technik gezeigt, die derjenigen der Fig. 2 entspricht. Die stromführenden Teile sind dabei auf einer Platte 14 montiert. Man erkennt in Fig. 3 auch den dritten Anschluß 0 U, Ll, der mit 10 bezeichnet ist. Außerdem ist auf der Platte 14 ein Transformator 11 für die Stromversorgung der Elektro-

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nik vorgesehen, mit der die Thyristoren angesteuert werden. 12 bezeichnet einen Entregungswiderstand, durch den die Induktionsströme abgeleitet werden, wenn die an den Transformator angelegte Spannung auf Null zurückgegangen ist. Mit 13 sind schließlich Kabel bezeichnet, die die Platine 15, mit der die Ansteuerung der Thyristoren erfolgt, mit den Thyristoren 2 verbunden sind.

Wie man sieht, ist die Anordnung kompliziert aufgebaut, weshalb es schwierig ist, die Thyristoren 2 auszutauschen, die ganze Anordnung muß auch noch durch ein Gehäuse geschützt werden, da die Anschlüsse 5 und 10 und auch weitere Teile die Spannung von 400V führen.

Die erfindungsgemäße Stromversorgung ist in den Fig. 4 und 5 gezeigt. Die Thyristoren haben hier die Form einer Baueinheit 16 und weisen drei Kontakte 17 auf, die den beiden Kontaktschienen 5 und der Kontaktschiene 10 des Standes der Technik der Fig. 3 entsprechen. Die Thyristorsteuerung 19 ist auf einer Platine 18 angebracht. Bei 20 sind noch weitere für die Steuerung wesentliche Elemente angeordnet, nämlich Kondensatoren, ein Entregungswiderstand, ein Relais für Temperaturkontrolle usw. Die elektrischen Verbindung der entsprechenden Kontakte 21 dieser Teile sind der Übersicht halber nicht gezeichnet. Alle Teile sind auf einer Platte 22 montiert, die eine erste Bohrung 2 3 aufweist, in der ein Stecker angebracht werden kann, der dann mit den Kontakten 21 der verschiedenen Bauteile verbunden wird, um die Thyristoreneinheit 16 zu steuern. Durch eine weitere größere Öffnung 24 kann dann ein Kabel eingeführt werden, das die Verbindung mit der Netzspannung sowie dem Schweißtransformator herstellt. Anstelle des-

sen kann, wie dies bei 25 gestrichelt angedeutet ist, hier auch eine Steckkontaktanordnung vorgesehen sein. Wie dies durch den Pfeil 26 angedeutet ist, kann die ganze Anordnung auf ein Gehäuse 27 aufgesetzt werden, nämlich das rechte Abteil 28 desselben. Die Platte 22 kann dann mit den innenliegenden Thyristoren usw. durch nicht gezeigte Schrauben befestigt werden. Ein in der Fig. 4 linkes Abteil 29 des Gehäuses dient dabei dazu, andere vom Kunden benötigte Steuerungen aufzunehmen, wie z.B. für die Robotersteuerung, Programmanwahl, Pneumatik, Magnetventile oder dergleichen. Die entsprechenden Kabel können durch die in der Figur angedeuteten Öffnungen bzw. Stopfen hinein- und hinausgeführt werden.

Fig. 5 zeigt die erfindungsgemäße Anordnung im zusammengebauten Zustand. Die Platte 22 ist auf das Gehäuse 27 aufgesetzt und festgeschraubt. Auf der Außenseite der Platte 22 ist ein Wärmetauscher 30 aufgeschraubt, der von der Kühlflüssigkeit durchströmt werden kann. Zu diesem Zweck sind an den Stirnseiten des Wärmetauschers 30 oder an der Seite Bohrungen versehen, die mit Kühlwasserleitungen verbunden werden können.

Sollen die Thyristoren oder der Thyristorbaustein 16 ausgewechselt werden, so wird zunächst der Wärmetauscher 30 von der Platte 22 abgeschraubt. Anschließend kann dann die Platte 22 abgeschraubt werden und vom Gehäuse 27 entfernt werden, so daß der Thyristorbaustein 16 oder andere elektronische Schaltelemente bequem ausgetauscht werden können. Die Anordnung ist dabei, was aus den Figuren nicht ersichtlich ist, auch wesentlich kleiner, als diejenige des Standes der Technik.

Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß alle stromführenden

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Teile nach außen abgeschirmt sind und daß das Gehäuse 27 spannungsfrei ist, nämlich normalerweise geerdet wird.

Claims

1. Stromversorgung für Elektroschweißgeräte und -anlagen mit einem Transformator und einer flüssigkeitsgekühlten Thyristorsteuerung für den Schweißstrom, dadurch gekennzeichnet, daß die Thyristoren (2, 16) auf einem einzigen nicht mit den Arbeitsspannungen beaufschlagten gekühlten Bauelement (22) angeordnet sind.

2. Stromversorgung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Thyristoren (2, 16) direkt am Transformator angebracht sind.

3. Stromversorgung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Thyristoren (2, 16) am Transformatorklemmkasten angebracht sind.

4. Stromversorgung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß sie ein Gehäuse (27) und eine Platte (22) aufweist, mit der eine Öffnung (28) des Gehäuses (27) verschließbar ist und daß die Thyristoren (2) als Baueinheit (16) auf der Innenseite der Platte (22) angeordnet sind.

5. Stromversorgung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß auch die Steuerschaltungen (19, 20) für die Thyristoren (2, 16) auf der Innenseite der Platte (22) angebracht sind.

6. Stromversorgung nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Thyristoren (2, 16) über Kabel mit Netzspannung und dem Transformator verbunden sind.

7. Stromversorgung nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Thyristoren (2, 16) über Steckkontakte (25) mit Netzspannung und dem Transformator verbunden sind.

8. Stromversorgung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlflüssigkeit Wasser ist.

9. Stromversorgung nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß ein von der Kühlflüssigkeit durchströmter Wärmetauscher (30) auf der Außenseite der Platte (22) lösbar befestigt ist.

10. Stromversorgung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmetauscher (30) auf die Platte (22) aufgeschraubt ist.

11. Stromversorgung nach einem der Ansprüche 2 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (27) außer einem für die Aufnahme der Thyristorsteuerung bestimmten Abteil (28) ein weiteres Abteil (29) aufweist.