DE202008013498U1 - Anordnung zum CD-Schweißen - Google Patents

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Abstract

Anordnung zum CD-Schweißen, mit einem elektromechanischen Antrieb (5) für die Bewegung eines zur Schweißung vorgesehenen Elements, insbesondere eines Bolzens, und mit mindestens einem Schweißkondensator (2), gekennzeichnet durch, Mittel (1, 3, 4) zur Versorgung des elektromechanischen Antriebs (5), die dazu ausgebildet sind, die zur Versorgung benötigte Energiemenge dem Schweißkondensator (2) zu entnehmen.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anordnung zum CD-Schweißen, mit einem elektromechanischen Antrieb und mindestens einem Schweißkondensator.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein Schweißgerät zu entwickeln, das eine netzspannungsunabhängige, kostengünstige und einfache Stromversorgung des elektromagnetischen Antriebs ermöglicht.
  • Die Aufgabe wird durch eine Anordnung zum CD-Schweißen gemäß Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
  • 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.
  • Die Schweißkondensatoren werden hierbei permanent und automatisch auf einem voreingestellten Energieniveau gehalten, wodurch die Energieentnahme den Schweißvorgang nicht weiter beeinflusst.
  • 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.
  • 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.
  • Die Mittel zur Energieentnahme können auch direkt als getakteter Spannungsumsetzer ausgebildet sein, der dann den Elektromagneten entsprechend steuert.
  • Nachfolgend soll die Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnungen näher erläutert werden. Es zeigen:
  • 1 eine Schaltung zur Stromversorgung eines elektromechanischen Antriebs einer erfindungsgemäßen Anordnung zum CD-Schweißen,
  • 2 eine erste Ausführungsform der in 1 mit 1 bezeichneten Ladeschaltung,
  • 3 eine zweite Ausführungsform der in 1 mit 1 bezeichneten Ladeschaltung,
  • 4 eine dritte Ausführungsform der in 1 mit 1 bezeichneten Ladeschaltung,
  • 5 eine erste aus dem Stand der Technik bekannte Schaltung zur Stromversorgung des elektromechanischen Antriebs,
  • 6 eine zweite aus dem Stand der Technik bekannte Schaltung zur Stromversorgung des elektromechanischen Antriebs.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • In den 2 bis 4 sind nun verschiedene Ausführungsformen der Ladeschaltung 1 gezeigt.
  • 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.
  • Bei dieser Schaltanordnung erfasst nun die Mess- und Spannungsregeleinrichtung 10 die Spannung des Pufferkondensators und regelt entsprechend das Schaltelement 8.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.

Claims (9)

  1. Anordnung zum CD-Schweißen, mit einem elektromechanischen Antrieb (5) für die Bewegung eines zur Schweißung vorgesehenen Elements, insbesondere eines Bolzens, und mit mindestens einem Schweißkondensator (2), gekennzeichnet durch, Mittel (1, 3, 4) zur Versorgung des elektromechanischen Antriebs (5), die dazu ausgebildet sind, die zur Versorgung benötigte Energiemenge dem Schweißkondensator (2) zu entnehmen.
  2. Anordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch, eine Ladeschaltung (1), einen Pufferkondensator (3) und ein Schaltelement (4) als Mittel zur Energieentnahme, wobei die Ladeschaltung (1) dazu ausgebildet ist, die Aufladung des Pufferkondensators (3) durch den Schweißkondensator (2) zu regeln und der Pufferkondensator (3) dazu ausgebildet ist, den Antrieb (5) während des Schweißvorgangs mit Energie zu versorgen.
  3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Ladeschaltung (1) aus einem weiteren Schaltelement (8), insbesondere einem Halbleiterschalter, einem Strombegrenzungswiderstand (9) und einer Mess- und Spannungsregeleinrichtung (10) besteht.
  4. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Ladeschaltung (1) aus einem weiteren Schaltelement (8), insbesondere einem Halbleiterschalter, einer Konstantstromquelle (11) und einer Mess- und Spannungsregeleinrichtung (10) besteht.
  5. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein Halbleiterelement der Konstantstromquelle (11) die Schaltfunktion des weiteren Schaltelements (8) übernimmt.
  6. Anordnung nach einem der Ansprüche 3–5, dadurch gekennzeichnet, dass die Mess- und Spannungsregeleinrichtung (10) funktionell in einen Mikroprozessor der Gerätesteuerung der Anordnung zum CD-Schweißen integriert ist.
  7. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Ladeschaltung (1) aus einem getakteten Spannungsumsetzer besteht.
  8. Anordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch, einen getakteten Spannungsumsetzer als Mittel zur Energieentnahme.
  9. Anordnung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Spannungsumsetzer als Tiefsetzsteller oder kombinierter Tief- und Hochsetzsteller ausgebildet ist.
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