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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Anordnung zum CD-Schweißen, mit
einem elektromechanischen Antrieb und mindestens einem Schweißkondensator.
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Beim
Lichtbogenbolzenschweißen
findet häufig
das Kondensatorentladungsschweißen (CD-Schweißen) Anwendung.
Hierbei kommen Schweißpistolen
oder Schweißköpfe zum
Einsatz, die für
die zu schweißenden
Bolzen einen elektromechanischen bzw. elektromagnetischen Antrieb
aufweisen, der zumeist eine Gleichstromversorgung erfordert.
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Hierfür sind aus
dem Stand der Technik bereits verschiedenste Konzepte bekannt. Zwei
verschiedene Möglichkeiten
werden in den 5 und 6 gezeigt.
Bei beiden Varianten wird ein elektromagnetisches Antriebselement 5 mit
Hilfe eines Schaltelements 4 ein- und ausgeschaltet. Hierbei
ist ein Pufferkondensator 3 vorgesehen, der durch eine Stromversorgung
entsprechend aufgeladen wird. Durch den Pufferkondensator 3 weist
die Spannung im Einschaltmoment einen bis zum vierfach höheren Wert
im Vergleich zur Nennspannung des Elektromagneten auf, wodurch eine
sehr kurze Reaktionszeit in Verbindung mit einer hohen Kraft erreicht
wird. Bei der in 5 gezeigten Variante ist für die Stromversorgung
entweder ein eigener Transformator 22 oder eine Hilfswicklung
des vorhandenen Netztransformators vorgesehen. Zwischen dem Transformator 22 und
dem Pufferkondensator 3 sind des Weiteren noch ein Gleichrichter 20 und
ein Strombegrenzungswiderstand 21 angeordnet, wodurch sich
der gewünschte
Spannungs- und Stromverlauf bei einem Einschalten des elektromagnetischen
Antriebs 5 ergibt. Um derartige Bolzenschweißgeräte auch
in Ländern
mit unterschiedlicher Netzspannung betreiben zu können, ist
an der primärseitigen
Wicklung des Transformators noch ein Umschaltelement 23 vorgesehen.
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Als
Nachteil der in 5 gezeigten Variante ist die
nötige
Umschaltung bei unterschiedlichen Netzspannungen zu erwähnen. Um
eine derartige Umschaltung zu vermeiden, ist bei der in 6 gezeigten
Variante ein Weitbereichsschaltnetzteil 24 vorgesehen.
Derartig primärgetaktete
Schaltnetzteile sind bereits hinlänglich bekannt, weshalb hier
nicht im Detail auf den Aufbau eingegangen wird.
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Im
Gegensatz zu der in 5 gezeigten Variante erübrigt sich
nun bei der in 6 gezeigten Variante eine Umschaltung
bei unterschiedlichen Netzspannungen. Derartige Schaltnetzteile
sind jedoch verhältnismäßig aufwendig
und erhöhen
somit die Systemkosten für
Bolzenschweißgeräte, die
eine derartige Technik integriert haben.
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Der
vorliegenden Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein Schweißgerät zu entwickeln,
das eine netzspannungsunabhängige,
kostengünstige und
einfache Stromversorgung des elektromagnetischen Antriebs ermöglicht.
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Die
Aufgabe wird durch eine Anordnung zum CD-Schweißen gemäß Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte
Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Erfindungsgemäß wird nun
eine Anordnung zum CD-Schweißen,
mit einem elektromechanischen Antrieb für die Bewegung eines zur Schweißung vorgesehenen
Elements, insbesondere eines Bolzens, und mit mindestens einem Schweißkondensator
vorgeschlagen, wobei die Anordnung Mittel aufweist, die die zur
Versorgung des Antriebs benötigte
Energiemenge dem Schweißkondensator
entnehmen.
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Die
Schweißkondensatoren
werden hierbei permanent und automatisch auf einem voreingestellten
Energieniveau gehalten, wodurch die Energieentnahme den Schweißvorgang
nicht weiter beeinflusst.
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Im
besonderen können
nun die Mittel zur Energieentnahme eine Ladeschaltung und wie bereits aus
dem Stand der Technik bekannt, einen Pufferkondensator und ein Schaltelement
enthalten, wobei die Ladeschaltung die Aufladung des Pufferkondensators
durch den Schweißkondensator
regelt und der Pufferkondensator den Antrieb während des Schweißvorgangs
mit Energie versorgt. Hierbei kann die Ladeschaltung aus einem weiteren
Schaltelement insbesondere einem Halbleiterschalter einen Strombegrenzungswiderstand
und einer Mess- und Spannungsregeleinrichtung bestehen. Statt dem Strombegrenzungswiderstand
kann auch eine konstante Stromquelle vorgesehen sein, wobei dann auch
ein Halbleiterelement der Konstantstromquelle die Schaltfunktion
des weiteren Schaltelements übernehmen
kann. Des Weiteren kann dann auch noch vorgesehen sein, dass die
Mess- und Spannungsregeleinrichtung funktionell in einen Mikroprozessor der
Gerätesteuerung
der Anordnung zum CD-Schweißen
integriert ist.
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Eine
weitere Alternative für
die Ladeschaltung kann auch darin bestehen, dass diese aus einem
getakteten Spannungsumsetzer besteht. Hierbei kann der Spannungsumsetzer
als Tiefssetzsteller oder als kombinierter Tief- und Hochsetzsteller
ausgeführt
sein.
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Die
Mittel zur Energieentnahme können auch
direkt als getakteter Spannungsumsetzer ausgebildet sein, der dann
den Elektromagneten entsprechend steuert.
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Nachfolgend
soll die Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnungen näher erläutert werden. Es
zeigen:
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1 eine
Schaltung zur Stromversorgung eines elektromechanischen Antriebs
einer erfindungsgemäßen Anordnung
zum CD-Schweißen,
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2 eine
erste Ausführungsform
der in 1 mit 1 bezeichneten Ladeschaltung,
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3 eine
zweite Ausführungsform
der in 1 mit 1 bezeichneten Ladeschaltung,
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4 eine
dritte Ausführungsform
der in 1 mit 1 bezeichneten Ladeschaltung,
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5 eine
erste aus dem Stand der Technik bekannte Schaltung zur Stromversorgung
des elektromechanischen Antriebs,
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6 eine
zweite aus dem Stand der Technik bekannte Schaltung zur Stromversorgung
des elektromechanischen Antriebs.
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Die
in den 5 und 6 gezeigten Schaltungsanordnungen
stellen den bisher bekannten Stand der Technik bei der Gleichstromversorgung
für einen
elektromechanischen bzw. elektromagnetischen Antrieb 5 dar.
In beiden Figuren sind jedoch keine Schweißkondensatoren dargestellt,
da diese für
die Gleichstromversorgung des Antriebs 5 in den 5 und 6 ohne
Bedeutung sind.
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Im
Gegensatz hierzu wird in der vorliegenden Erfindung die zur Versorgung
des elektromagnetischen Antriebs 5 benötigte Energiemenge den Schweißkondensatorbatterien
bzw. Schweißkondensatoren
entnommen. Bei der in 1 gezeigten Schaltungsanordnung
zur Energieentnahme aus Schweißkondensatoren
werden zwei dieser Schweißkondensatoren 2 gezeigt.
Hierbei sind diese Schweißkondensatoren über die
Anschlüsse 7 mit
einer Ladestromquelle und über
die Anschlüsse 6 mit einem
Schweißstromkreis
verbunden, wobei die Schweißkondensatoren 2 über die
Ladestromquelle mit Energie versorgt werden, die diese speichern
und dann während
des Schweißvorgangs
in sehr kurzer Zeit zum Schweißen
wieder abgeben. Die genaue Funktionsweise des Kondensatorentladungsschweißens (CD-Schweißen) und
auch der Aufbau einer Schweißpistole
oder eines Schweißkopfes,
wird hier im Einzelnen aber nicht weiter erläutert, da sowohl das Kondensatorentladungsschweißen als
auch die entsprechenden Schweißpistolen
bzw. Schweißköpfe hinlänglich aus
dem Stand der Technik bekannt sind.
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Im
Folgenden soll vielmehr die erfindungsgemäße Energieentnahme aus den
Schweißkondensatoren
und die dazu benötigten
Mittel erläutert
werden. 1 zeigt hierzu zusätzlich zu den Schweißkondensatoren 2 und
zu dem elektromagnetischen Antrieb 5 noch eine Ladeschaltung 1 einen
Pufferkondensator 3 und ein Schaltelement 4. Hierbei
ist zu beachten, dass normalerweise der elektromagnetische Antrieb 5 nur
kurzzeitig während
des Schweißvorgangs
arbeitet, wodurch die benötigte
Energiemenge durch den entsprechend dimensionierten Pufferkondensator 3 vollständig zur
Verfügung
gestellt werden kann. Über
das Schaltelement bzw. den Schalter 4 wird dann die in
dem Pufferkondensator 3 gespeicherte Energie an den elektromagnetischen
Antrieb 5 abgegeben.
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Erfindungsgemäß wird nun
die Energie zum Laden des Pufferkondensators 3 aus den
Schweißkondensatoren 2 entnommen,
wobei durch die Ladeschaltung 1 die Ladespannung des Pufferkondensators
konstant gehalten wird. Hierzu ist noch anzumerken, dass die Energieentnahme
aus den Schweißkondensatoren 2 den
Schweißvorgang
nicht weiter beeinflusst, da die Schweißkondensatoren durch die Ladestromquelle
permanent und automatisch auf einem eingestellten Energieniveau
gehalten werden.
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In
den 2 bis 4 sind nun verschiedene Ausführungsformen
der Ladeschaltung 1 gezeigt.
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2 zeigt
eine eher einfache Ausführungsform
deren Ladeschaltung, mit einem weiteren Schaltelement 8,
einem Strombegrenzungswiderstand 9 und einer Mess- und
Spannungsregeleinrichtung 10. Das weitere Schaltelement 8 ist
hierbei vorzugsweise als Halbleitschalter ausgebildet. Die Mess-
und Regeleinrichtung 10 wiederum könnte bspw. funktionell in den
Mikroprozessor der Gerätesteuerung
der Schweißvorrichtung
integriert sein.
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Bei
dieser Schaltanordnung erfasst nun die Mess- und Spannungsregeleinrichtung 10 die
Spannung des Pufferkondensators und regelt entsprechend das Schaltelement 8.
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3 zeigt
nun eine weitere Ausführungsform
der Ladeschaltung 1, die größtenteils mit der in 2 gezeigten
Ladeschaltung 1 übereinstimmt.
Der einzige Unterschied besteht darin, dass der Strombegrenzungswiderstand 9 durch
eine Konstantstromquelle 11 zur Strombegrenzung ersetzt
wurde. Zusätzlich
kann nun aber auch noch vorgesehen sein, dass ein Halbleiterelement
der Konstantstromquelle 11 die Schaltfunktion des Schaltelements 8 übernimmt.
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Als
dritte mögliche
Ausführungsform
für die Ladeschaltung 1 wird
in 4 ein getakteter Spannungsumsetzer gezeigt. Der
Umsetzer kann bspw. als Tiefsetzsteller oder kombinierter Tief-
und Hochsetzsteller ausgeführt
sein, wobei 4 einen Tiefsetzsteller mit
einer Pulsweitenmodulation (PWM) 12 einer Diode 13 und
einer Spule 14 zeigt. Die Strombegrenzungsfunktion des
PWM-reglers würde
hier sogar den Dauerbetrieb des elektromagnetischen Antriebs 5 ermöglichen,
da die Spannung automatisch zurückgeregelt
wird. Die benötigte
Energie wird von der Ladestromquelle für die Schweißkondensatoren 2 automatisch
geliefert. Dementsprechend würde
hier auch die Möglichkeit
bestehen, auf den Pufferkondensator 3 und das Schaltelement 4 zu
verzichten, so dass der getaktete Spannungsumsetzer den elektromagnetischen
Antrieb 5 direkt steuert.
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Alle
gezeigten Ausführungsformen
sind in positiver Schaltungspolarität dargestellt. Es besteht jedoch
auch die Möglichkeit
diese mit umgekehrter Schaltungspolarität, dass heißt gegenüber des Gerätebezugspunkts negativer Pufferkondensatorspannung,
aufzubauen.
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Die
vorliegende Erfindung zeigt nun eine Gleichstromversorgung eines
elektromagnetischen Antriebs 5 einer Anordnung zum CD-Schweißen, die besonders
einfach und kostengünstig
herzustellen ist, da die benötigte
Energie für
den elektromagnetischen Antrieb 5 direkt von den Schweißkondensatoren 2 entnommen
wird.