DE2227464C3 - Elektrische Widerstands-KondensatorschweiBmaschine - Google Patents

Description

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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine elektrische Widerstands-Kondensatorschweißmaschine mit einem Schweißtransformator, der eine Primärwicklung mit Mittelanzapfung hat, und zwei Arbeitskondensatoren, deren einer Pol an die Mittelanzapfung und deren anderer Pol über eine gemeinsame Zuleitung an eine Gleichstromquelle und jeweils über einen kontaktlosen Entladeschalter an ein Ende der Primärwicklung angeschlossen ist, und einer zur wechselweisen Betätigung , der beiden Entladeschaher dienenden Einrichtung. Eine solche Maschine ist aus der USA.-Patentschrift 23 83 473 (dort F i gj2)bekannt.

Bei dieser bekannten Ausbildung ist die Auslösespannung der beiden Arbeitskondensatoren nicht konstant Bei einer Änderung der Folgefrequenz der einzelnen Schweißimpulse ändert sich auch die Spannung an den Arbeitskondensatoren bei deren Entladung, was wiederum bedeutet, daß die Energie der Schweißimpulse nicht konstant ist Außerdem ist die Intensität der Schweißimpulse bei Änderungen der Netzspannung Schwankungen unterworfen, die zu einer Änderung der Ladespannung der Kondensatoren führen. Dadurch kann es geschehen, daß die pro Schweißimpulse umgesetzte Energie nicht den minimal erforderlichen Wert erreicht.

Schließlich ist bei der bekannten Ausbildung die Einrichtung zur Einstellung der Impulsfolgefrequenz recht aufwendig.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es demgemäß, eine elektrische Widerstands-Kondensatorschweißmaschine der eingangs beschriebenen Art zu schaffen, bei der eine gleichbleibende Intensität der Schweißmpulse gewährleistet ist und bei der die Einstellung der Impulsfolgefrequenz mit geringem Aufwand möglich ist.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß erfindungsgemäß die Arbeitskondensatoren jeweils über einen kontaktlosen Ladeschalter an die gemeinsame Zuleitung angeschlossen sind und in der gemeinsamen Zuleitung ein Strombegrenzer angeordnet ist, sowie, daß jedem der beiden Arbeitskondensatoren ein Geber parallel geschaltet ist, der an eine Steuereinheit angeschlossen ist und bei Erreichen eines vorbestimmten Wertes der Spannung am Arbeitskondensator anspricht und über die Steuereinheit durch Einschalten des anderen der beiden Ladeschalter den zugehörigen Ladeschalter ausschaltet, und dann den zugehörigen Entladeschaher einschaltet.

An sich ist es aus der USA-Patentschrift 31 06 686 bekannt, daß die Arbeitskondensatoren jeweils über einen kontaktlosen Ladeschalter an die gemeinsame Zuleitung angeschlossen sind und in der gemeinsamen Zuleitung ein Strorrbegrenzer angeordnet ist. Bei dieser bekannten Ausbildung ist jedoch die Impulsfrequenz durch die Netzfrequenz bestimmt und mithin nicht frei wählbar.

Aus der britischen Patentschrift 5 82 335 in Verbindung mit der in dieser erwähnten weiteren britischen Patentschrift 5 80 854 ist es an sich bekannt, daß jedem der beiden Arbeitskondensatoren ein Geber parallel geschaltet ist, der an eine Steuereinheit angeschlossen ist und bei Erreichen eines vorbestimmten Wertes der Spannung am Arbeitskondensator anspricht und über die Steuereinheit den zugehörigen Ladeschalter ausschaltet. Bei dieser bekannten Ausbildung werden jedoch jeweils nur zwei aufeinanderfolgende Impulse geliefert, nicht jedoch eine ununterbrochen aufeinanderfolgende Schweißimpulsfolge. Für die Gesamtheit der obengenannten erfindungsgemäßen Merkmale findet sich mithin im Stand der Technik kein Hinweis.

Weitere zweckmäßige Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Schweißmaschine ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die Erfindung wird nachfolgend durch die Beschreibung eines Ausführungsbeispiels an Hand der Zeichnungen weiter erläutert. Es zeigt

F i g. 1 die Schaltung einer Kondensatorschweißmaschine gemäß der vorliegenden Erfindung,

Fig. la die elektrische Schaltung einer Steuereinheit,

F i g. 2 die Ausführung des Strombegrenzers in Form s einer regelbaren Drossel,

F i g. 3 die Ausführung des Strombegrenzers in Form einer Drossel mit Vormagnetisierung,

F i g. 4 die Gesamtansicht des Hauptsteuerpultes der Kondensatoren weißmaschine,

F i g. 5 die Ansicht einer Werkbank zur Verfestigung von zylindrischen Werkstücken mittels einer Kondensatorschweißmaschine mit einem zusätzlichen Steuerpult

Die Kondensatorschweißmaschine besitzt einen Dreiphasen-Zweiweggleichrichter 1, an dessen einen Ausgang die Anoden 2, 3 der Ladeschalter Ti, Ti der Ladestromkreise über einen in Form eines regelbaren Widerstandes 4 ausgeführten Strombegrenzer angeschlossen sind.

An die Katoden 5, 6 der Ladeschalter Ti, Ti sind die einen Pole der Arbeitskondensatoren 7 und 8 und die Anoden 9, 10 der Entladeschalter Ti, Ta der Entladestromkreise angeschlossen.

Die Katoden 11, 12 der Entladeschalter Ti, Tt sind mit den Enden 13 bzw. 14 der Primärwicklung 15 des Schweißtransformators 16 verbunden.

Die Mittelanzapfung 17 der Wicklung 15 ist mit den beiden anderen Polen der Arbeitskondensatoren 7 und 8 sowie mit dem zweiten Anschluß des Gleichrichters 1 verbunden.

Die Steuerelektrode 18 und die Katode 5 des Ladeschalters Ti sind an den Ausgang der Steuereinheit 22 und die Steuerelektrode 20 und die Katode 11 des Emladeschalters Ti an den Ausgang de;· Steuereinheit 23 angeschlossen.

Die Steuerelektrode 19 und die Katode 6 des Ladeschalters Ti sind an den Ausgang der Steuereinheit 23 und die Steuerelektrode 21 und die Katode 19 des Entladeschalters Ta an den Ausgang der Steuereinheit 22 angeschlossen.

Die Ausgänge der in Form von Potentiometern 24, 25 ausgeführten Geber sind an die Arbeitskondensatoren 7 i»nd 8 und deren Ausgänge an die Eingänge der Steuereinheit 23 bzw. 22 angeschlossen. Die Sekundärwicklung des Schweißtransformators 16 wirkt über Schweißrollen 27 auf das Werkstück 26.

Die Kondensatorschweißmaschine arbeitet wie folgt.

Vom Gleichrichter 1 wird bei der Zuführung eines Zündimpulses zu den Elektroden 5, 18 des Ladeschalters Ti der Arbeitskondensator 7 über den einstellbaren Strombegrenzer 4 aufgeladen. Nachdem die Spannung am Arbeitskondensator 7 den vorgegebenen Wert erreicht hat, liefert die Steuereinheit 23, deren Eingangsspannung dem Geber 24 entnommen wird, einen Zündimpuls auf die Elektroden 19-6 des anderen Ladeschalters Ti. Dadurch beginnt sich über den Strombegrenzer 4 der andere Arbeitskondensator 8 aufzuladen, was einen schlagartigen Spannungsabfall an der Anode 2 des Ladeschalters Ti bewirkt; das Potential der Anode 2 wird bedeutend niedriger als das Potential der Katode 5, und der Ladeschalter Ti sperrt.

Danach gibt die Steuereinheit 23 einen Zündimpuls auf die Elektroden 20-11 des Entladeschalters Ti, und der Arbeitskondensator 7 entlädt sich auf die Wicklungshälfte 13-17 des Schweißtransformators 16, wodurch ein Schweißimpuls ausgebildet wird.

Inzwischen lädt sich der Kondensator 8 weiter auf, bis dessen Spannung den vorgegebenen Wert erreicht hat Hierbei liefert die Steuereinheit 22, deren Eingangsspannung dem Geber 25 entnommen wird, einen Zündimpuls auf die Elektroden 18-5 des Ladeschalters 71, und der Kondensator 7 beginnt, sich über den Strombegrenzer 4 aufzuladen. Dies bewirkt einen abrupten Spannungsabfall an der Anode 3 des Ladeschalters Ti, das Potential der Anode 3 wird niedriger als das Potential der Katode 6, und der Ladeschalter Ti sperrt.

Danach gibt die Steuer einheit 22 einen Zündimpuls auf die Elektroden 21-12 des Entladeschalters Ta, und der Kondensator 8 entlädt sich auf die Wicklungshälfte 14-17 des Schweißtransformators 16, wodurch ein Schweißimpuls ausgebildet wird.

Bei entsprechendem Wickelsinn der beiden Wicklungshälften der Primärwicklung des Schweißtransformators 16 sind die aufeinanderfolgenden Schweißimpulse entgegengerichtet was die Ausnutzung des Remanenzflusses des Schweißtransformators sicherstellt.

Der Entladevorgang der Kondensatoren in der Schweißmaschine kann bei einer größeren Induktivität des Entladestromkreises einen periodischen Charakter aufweisen. In diesem Fall wird die Energie beim Schweißen zum Teil in die Kondensatoren rückgeführt, und sie laden sich um. Diese Energie geht bei einer wiederholten Ladung des Kondensators verloren. Um dies zu verhindern, werden die Wicklungshälfte 13-17 des Schweißtransformators 16 und der Entladeschalter Ti durch eine Diode Di überbrückt, deren Katode 28 mit der Anode 9 des Entladeschalters Ti und die Anode 29 mit der Mittelanzapfung 17 der Wicklung 15 verbunden ist. Die Wicklungshälfte 17-14 des Schweißtransformators 16 und der Entladeschalter Ta werden durch eine Diode Di überbrückt, deren Katode 30 mit der Anode 10 des Entladeschalters Ta und die Anode 31 mit der Mittelanzapfung 17 der Wicklung 15 verbunden ist.

Wie oben erwähnt, dienen die Steuereinheiten 22, 23 zur Erzeugung eines Zündimpulses für die Ladeschalter Ti und Ti zu den Zeitpunkten, wo die Kondensatorspannung einen vorgegebenen Wert erreicht, sowie zum öffnen der Entladeschalter Ti, Ta.

Zu diesem Zweck haben die Steuereinheiten 22 und 23 eine Vergleichseinrichtung 32 mit einer stabilisierten Bezugsspannung, der über eine Diode 33 und einen Belastungswiderstand 34 eine dem in Form eines Spannungsteilers 24 (25) ausgeführten Geber entnommene Eingangsspannung entgegenwirkt.

Solange die vom Ausgang des Gebers abgenommene Spannung unterhalb der Bezugsspannung liegt, fließt über den Belastungswiderstand 34 kein Strom. Sobald die dem Ausgang des Gebers abgenommene Spannung die Bezugsspannung übertroffen hat, wird an den Belastungswiderstand eine Spannung angelegt Diese Spannung wird nötigenfalls mit Hilfe eines Verstärkers 35 verstärkt und einer in Form eines Flip-Flop-Generators 36 ausgeführten Kippschaltung zugeführt. Das Flip-Flop erzeugt seinerseits zwei impulse, deren einer auf den Ladeschalter Ti (Ti) und der andere auf den Entladeschalter Ti (Ti) geliefert wird.

Eine stufenlose Spannungsregelung wird bei den Kondensatoren 7 und 8 durch Änderung der Sollwerte der Spannungsteiler 24 und 25, hier durch eine Verschiebung von Potentiometerschleifern, erreicht. Dabei wird die dem Potentiometer entnommene Spannung die Ansprechschwelle der Steuereinheit jeweils bei verschiedenen Kondensatorspannungen überschreiten, wodurch eine weitere Aufladung der Kondensatoren

aufhört*

Die Unabhängigkeit der Kondensatorspannung von Netzspannungsschwankungen wird dadurch erreicht, daß die Ausgangsspannung des Gleichrichters 1 die erforderliche Maximalspannung an den Kondensatoren 7 und « mindestens um die Größe des höchstmöglichen Netzspannungsabfalls gewählt wird.

Dai die Kondensätorschweißmaschine in der Weise arbeitet, daß der Anfang der Aufladung des einen der Arbeitskondensatoren zugleich die Beendigung der Auflsidung des anderen Arbeitskondensators bewirkt, lädt sich jeder Arbeitskondensator über die ganze Zeit des Sichweißzyklus auf, und die Frequenz der Schweißzyklen der Maschine wird durch die Zeit der Aufladung der Kondensatoren bis zur vorgegebenen Spannung bestimmt.

Bekanntlich wird die Aufiadezeit des Kondensators durch die Größe und Art des Widerstandes des Ladestromkreises, die Kondensatorkapazität, die Spannung am Gleichrichter und die Spannung, bei der die Aufladung der Kondensatoren aufhört, bestimmt. Die Kondensatorkapazität und -spannung richten sich nach dem Schweißbetrieb. Im Zusammenhang damit wird die Frequenz der Schweißzyklen durch Einstellung des Strombegrenzers 4 gewählt.

Zweckmäßigerweise wird als Strombegrenzer 4 eine Drossel 37 (F i g. 2) eingesetzt, damit die Aufladung der Kondensatoren einen periodischen Charakter aufweist. In diesem Fall wird, wenn die Spannung an einem Arbeitskondensator die vorgegebene Größe erreicht hat, die in der Induktivität (Drossel) verbliebene Energie ohne Unterbrechung in den anderen Arbeitskondensator übergeführt, dessen Energie gleichfalls zum Schweißen benutzt wird. Dies ermöglicht es, einen Wirkungsgrad der Aufladung von 50 bis 90% zu erhalten.

Die Anwendung der Induktivität gestattet es auch, den Gleichrichtertransformator für eine niedrigere Spannung auszulegen.

Bei Notwendigkeit einer Einstellung der Folgefrequenz der Schweißimpulse, d. h. der Zahl von Schweißimpulsen pro Zeiteinheit, kann der induktive Widerstand einstellbar ausgeführt sein. Hierbei kann die Induktivität der Drossel durch deren Vormagnetisierung eingestellt werden.

Die Einstellung der Folgefrequenz der Schweißimpulse gewährleistet die Erhaltung einer konstanten Zahl von Schweißpunkten pro Einheit der zu verfestigenden Oberfläche bei Änderung der Abmessungen der Werkslücke und deren Bewegungsgeschwindigkeil beim Schweißen.

Die Einstellung der Folgeffequenz der Schweißimpulse kann auch durch Spannungsregelung beim Gleichrichter verwirklicht werden. Neizspanhungsschwankungen sowie Pulsationen der gleichgerichteten Spannung am Ausgang des Gleichrichters !ösen Schwankungen der Folgefrequenz der Schweißiitipulse aus. F.ine Konstanz der Folgefrequenz der ScHweißimpulse kann durch Spannungsregelung am Ausgang des Gleichrichters sowie durch Anwendung einer Drossel mit Vormagnetisierung 38 (F i g. 3) als Strombegrenzer erreicht werden, deren Induktivität sich in Abhängigkeit von Netzspannungsschwankungen und vom Einschaltaugenblick der Arbeitskondensatoren für die Aufladung derart ändert, daß die Konstanz der Aufladezeit der Kondensatoren gesichert wird, was durch Anwendung von Rückkopplung erreicht werden kann.

Die Eliminierung des Einflusses der Änderung der Folgefrequenz von Schweißimpulsen bei Netzspannungsschwankungen kann gleichfalls durch eine derartige Ausführung des Antriebs zur Verschiebung der zu verschweißenden Werkstücke erreicht werden, daß bei Netzspannungsschwankungen die Verschiebung der zu verschweißenden Werkstücke mit einer veränderlichen, die Konstanz der Schweißpunktteilung sichernden Geschwindigkeit erfolgt.

Wie bereits gesagt, wird bei der beschriebenen Maschine zur Aufladung der Kondensatoren die gesamte Zeit des Schweißzyklus ausgenutzt. Dies gilt für beliebige Frequenzen der Schweißzyklen. Infolgedessen wird der Widerstand des Ladestromkreises jedesmal maximal und der Maximalwert des Ladestromes sowie der Spitzenwert der dem Netz entnommenen Leistung minimal sein.

Die gesamte elektrische Schaltung der Maschine außer dem am Ständer zur Befestigung von Werkstükken getrennt angeordneten Schweißtransformator ist in das Steuerpult (F i g. 4) eingebaut An der Frontplatte des Pultes sind ein Meßgerät und Signallampen montiert.

Die Werkbank der Schweißmaschine zur Verfestigung zylindrischer Werksnücke (F i g. 5) weist einen Schweißkopf 39 mit einem Schweißtransformator 16 (Fig. 1) und Schweißrolleri 27, ein Drehfutter 40 zur Einspannung und Drehung eines Werkstückes sowie einen Reitstock 41, ein Hilfssteuerpult 42 und einen Ständer 43 auf.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (8)

Patentansprüche:

1. Elektrische Widerstands-Kondensatorschweißmaschine mit einem Schweißtransformator, der eine Primärwicklung mit Mittelanzapfung hat, und zwei Arbeitskondensatoren, deren einer Pol an die Mittelanzapfung und deren anderer Pol über eine gemeinsame Zuleitung an eine Gleichstromquelle und jeweils über einen kontaktlosen Entladeschalter an to ein Ende der Primärwicklung angeschlossen ist, und einer zur, wechselweisen Betätigung der beiden Entladeschaiter dienenden Einrichtung, dadurch gekennzeichnet, dab die Arbeitskondensatoren (7, 8) jeweils über einen kontaktlosen Ladeschalter (Ti, Ti) an die gemeinsame Zuleitung angeschlossen sind und in der gemeinsamen Zuleitung ein Strombegreazer (4) angeordnet ist, sowie daß jedem der beiden Arbeitskondensatoren (7, 8) ein Geber (24, 25) parallel geschaltet ist, der an eine Steuereinheit (23, 22) angeschlossen ist und bei Erreichen eines vorbestimmten Wertes der Spannung am Arbeitskondensator (7; 8) anspricht und über die Steuereinheit durch Einschalten des anderen der beiden Ladeschalter (Ti; Tilden zugehörigen Ladeschalter (Ti; Ti) ausschaltet, und dann den zugehörigen Er.tladeschalter (Ty, Tu) einschaltet.

2. Elektrische Widerstands-Kondensatorschweißmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Strombegrerizer (4) ein Widerstand verwendet ist.

3. Elektrische Widerstands-Kondensatorschweißmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Widerstand (4) einstellbar ausgeführt ist.

4. Elektrische Widerstands-Kondensatorschweißmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Strombegrenzer eine Drossel (37) verwendet ist.

5. Elektrische Widerstands-Kondensatorschweißmaschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Drossel (37) einstellbar ausgeführt ist.

6. Elektrische Widerstands-Kondensatorschweißmaschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Drossel (38) mit Vormagnetisierung ausgeführt ist.

7. Elektrische Widerstands-Kondensatorschweißmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jede Wicklungshälfte des Schweißtransformators durch eine Diode (D\, Di) über den im Entladestromkreis liegenden Entladeschalter (Ti, T<\)überbrückbar ist.

8. Elektrische Widerstands-Kondensatorschweißmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleichstromquelle ein steuerbarer Gleichrichter (1) ist.