DE2238538A1

DE2238538A1 - Kondensatorentladungs-bolzenschweissgeraet

Info

Publication number: DE2238538A1
Application number: DE2238538A
Authority: DE
Inventors: Gerhard Bachmann; Karl-Max Harder
Original assignee: Hilti AG
Current assignee: Hilti AG
Priority date: 1972-08-04
Filing date: 1972-08-04
Publication date: 1974-02-14
Also published as: IT991218B; ZA734971B; SE384161B; JPS4958050A; FR2194523B1; ATA625173A; AT325714B; FR2194523A1; CS178134B2; AU468401B2; AU5845873A; NO135511B; CH558228A; ES417546A1; CA984469A; GB1435834A; PL89363B1; BE803052A; US3838786A; NO135511C

Description

DR. BERG DIPL.-ING. STAPF

PATENTANWÄLTE 8 MÜNCHEN 8O. MAUERKIRCHERSTR. 45 223853(J

Dr. Berg Dipl.-Ing. Stopf, 8 München 80, MauerkircherstraBe 45 · Ihr Zeichen Ihr Schreiben Unser Zeichen Datum ·. .

f 4. Aug. 1972

Anwaltsakte 22 501

HILTI Aktiengesellschaft. Schaan / Liechtenstein

Kondensatorentladungs-Bolzenschweißgerät

Die Erfindung betrifft ein Kondensatorentladungs-Bolzenschweißgerät mit einer Kondensatorbatterie als Energiespeicher für die Schweißenergie, welche von einer Energiequelle aufladbar ist, weiter mit einem Schweißstromschalter zum Schließen des Schweißkreises mit den Schweißelektroden, ferner mit einer Auslösungsschaltung, um die Energiequelle von der Kondensatorbatterie abzuschalten und um das Schließen des Schweißstromschalters auszu-

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lösen, und ferner mit einer Sicherheitsschaltung, welche ansprichtj wenn zwischen den Schweißelektroden eine höhere Spannung als eine vorbestimmte Spannung steht, ohne daß das Schließen des Schweißstromschalters von der Auslösungsschaltung ausgelöst ist, und welche bei Ansprechen die Kondensatorbatterie entlädt und gegebenenfalls auch die Energiequelle von ihr abschaltet.

Bei Kondensatorentladungs-Bolzenschweißgeräten wird die für den SchweißVorgang notwendige elektrische Energie in einer Kondensatorbatterie gespeichert. Zur Bereitstellung der Schweißenergie wird die Kondensatorbatterie von einer Energiequelle her auf eine Spannung von etwa 100 bis 200 Volt aufgeladen.

Zur Ausführung des Schweißvorgangs wird durch die Betätigung eines Handschalters über eine Auslöseschaltung die Energiequelle von der Kondensatorbatterie abgeschaltet und ein Schweißstromschalter ausgelöst, worauf im Schweißkreis ein sehr hoher Stoßstrom (einige Tausend A) fließt. Vor allem nach längerem intensivem Gebrauch des Bolzenschweißgerätes kann es vorkommen, daß der Schweißstromschalter nicht mehr ordnungsgemäß arbeitet und daß,dadurch verursacht, ungewollt die volle Spannung der Kondensatorbatterie an den Schweißelektroden steht.

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Gewöhnlich wird als Schweißstromschalter ein Thyristor mit S teuer elektroden verwendet. Durch hohe Beanspruchung kann es vorkommen, daß der Thyristor nach Ausführung eines Schweißvorgangs leitend bleibt. Dann steht nach dem Wiederaufladen der Kondensatorbatterie deren volle Spannung (100 bis 200 Volt) an den Schweißelektroden.

Beim Einsetzen eines an einem Grundmaterial festzuschweißenden Schweißelements, z.B. eines Schweißbolzens, in seine vorgesehene Aufnahme in dem Schweißaggregat, z.B. eine Schweißpistole, kommt die Bedienungsperson unvermeidlich mit einer Hand mit einer der beiden Elektroden in Berührung. Wenn die Bedienungsperson dann zufällig auch noch mit der anderen Elektrode, z.B. das Grundmaterial, auf welchem das Schweißelement festgeschweißt werden soll, in Berührung kommt, dann kann die Bedienungsperson beim Versagen des Schweißstromschalters einer Spannung von 100 bis 200 Volt ausgesetzt sein.

Um dies zu verhindern, ist es bekannt, eine Sicherheitsschaltung vorzusehen. Diese ist so mit der Gesamtfunktion des Bolzenschweißgeräts gekoppelt, daß sie beim ungewollten Auftreten einer Spannung zwischen den Schweißelektroden, die höher als eine ungefährliche Spannung oder höher als eine behördlich zugelassene Schutzspannung ist, die Kondensatorbatterie entweder ganz oder bis auf eine unge-

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fährliche Spannung (höchstens etwa 25 Volt bzw. geringer als eine behördlich zugelassene Schutzspannung) entlädt und gleichzeitig die Kondensatorbatterie von der Energiequelle abschaltet.

Eine solche Sicherheitsschaltung bietet für eine Bedienungsperson so lange einen sicheren Schutz, wie sie einwandfrei arbeitet. Bei Störungen, wie z.B. durch defekte Bauelemente oder eine defekte Zuleitung, kann die Sicherheitßßchaltung funktionsunfähig werden. Da für den Bedienenden keine Möglichkeit besteht, diese Funktionsunfähigkeit direkt zu erkennen» kann es passieren» daß er 3ich Wochen und Monate lang, z.B. bis zum nächsten Geräteservice, in Sicherheit wähnt, ohne es zu sein, was beinahe gefährlicher ist als unter bekannter Gefahr zu arbeiten. Fehler, welche zur Funktionsunfähigkeit der Sicherheitsschaltung führen, sind zwar verhältnismäßig unwahrscheinlich. Wegen der möglichen, sehr ernsten Folgen muß eine Funktionsunfähigkeit jedoch mit größtmöglicher Sicherheit vermieden werden.

Es ist deshalb ein wichtiges Ziel der Erfindung, ein Kondensatorentladungs-Bolzenschweißgerät von der eingangs genannten Art zu schaffen, bei dem bei Ausfall der Sicherheitsschaltung eine Wiederaufladung der Kondensatorbatterie zuverlässig verhindert wird.

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Gemäß der Erfindung wird dies dadurch erreicht, daß eine Überwachungsschaltung vorgesehen ist, die zwischen Schweißvorgängen selbsttätig in Tätigkeit tritt und damit die Sicherheitsschaltung ansprechen läßt, daß die Überwachungsschaltung eine Wiederaufladung der Kondensatorbatterie höchstens auf einen ungefährlichen Spannungswert erlaubt, solange nach ihrem Intätigkeittreten die Sicherheitsschaltung nicht anspricht, daß die Sicherheitsschaltung mit der Überwachungsschaltung derart gekoppelt ist, daß die Sicherheitsschaltung nach ihrem Ansprechen die Überwachungsschaltung in ihren Ruhezustand zurückkehren läßt, und daß die Sicherheitsschaltung nach der Rückkehr der Überwachungsschaltung in ihren Ruhezustand infolge ihrer Kopplung mit dieser ebenfalls in· ihren Ruhezustand zurückkehrt, wenn nicht eine höhere Spannung als eine vorbestimmte Spannung zwischen den Schweißelektroden steht.

Dadurch, daß die Überwachungsschaltung Bedingungen schafft_s auf die die Sicherheitsschaltung ansprechen muß_P kann das Funktionieren der Sicherheitsschaltung wirksam überprüft werden und kann gleichzeitig verhindert werden, daß bei einem Ausfall der Sicherheitsschaltung eine gefährliche Spannung zwischen den Schweißelektroden auftritt. Die Überwachungsschaltung kann so ausgebildet sein,, daß sie nur in größeren Abständen,, z»B. nach jedem fünften vorgiang, in Tätigkeit tritt» Bevorzugt ifird jedoch,

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daß die überwachungsschaltung jedesmal zwischen zwei Schweißvorgängen in Tätigkeit tritt, da dann nach jedem SchweißVorgang, bei dem der Schweißstromschalter ohnehin immer besonders stark beansprucht wird, ein Überwachungsvorgang stattfindet.

Sofern die Überwachungsschaltung bei Feststellung eines Fehlers in der Sicherheitsschaltung überhaupt eine Wiederaufladung der Kondensatorbatterie erlaubt, sollte diese vorzugsweise auf einen Spannungwert unter der behördlich festgesetzten Schutzspannung, z.B. 25 V, begrenzt sein.

Die Kopplung zwischen der Sicherheitsschaltung und der Überwachungsschaltung kann z.B. durch elektromechanische Relais erfolgen.

Vorteilhaft verhindert die Überwachungsschaltung eine Wiederaufladung der Kondensatorbatterie vollständig, solange nach ihrem Intätigkeittreten die Sicherheitsschaltung nicht anspricht.

Je nach dem Grad der gewünschten Sicherheit können verschiedene Ereignisse im Betriebsablauf des Bolzenschweißgeräts oder bestimmte Bedienungsvorgänge an dem Bolzenschweißgerät dazu herangezogen werden, um die Überwachungsschaltung in Tätigkeit treten zu lassen. Zweckmäßig

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kann das Bolzenschweißgerät so ausgebildet sein_s daß die Überwachungsschaltung unmittelbar nach jedem Schweißvorgang in Tätigkeit tritt. Hierzu kann als auslösender Vorgang das Abheben der Schweißpistole von dem Grundmaterial nach einem Schweißvorgang verwendet werden., wobei infolge des Abhebens der Schweißpistole die elektrische Verbindung zwischen ihr und dem Grundmaterial unterbrochen wird. Das Bolzenschweißgerät kann nach einer anderen Äusführungsfora aber auch so ausgebildet seinj, daß die Überwachungsschaltung vor jedem Aufladen der Kondensatorbatterie in Tätig= keit tritt. Eine zusätzliche Sicherheit wird erreicht _g ' wenn die Überwachungsschaltung auch bei jedem Anschalten¹ des Bolzenschweißgeräts an das Stroaversorgungsnetz in Tätigkeit tritt« Die Übenmchungsschaltung kann dabeä von irgendeiner bekannten Impulserzeugungsschaltung in Tätigkeit gesetzt v/erden, welche auf das Anschalten des Bolzenschweißgeräts anspricht und dabei ©inen Impuls- abgibt» Vorteilhaft ist die impuleerzeugiHigsgchaltung ein Kondensator,'dessen Aufladestrom beim Anschalten des Bolzenschweißgeräts an das Netz die Überwachungsschaltung in Tätigkeit setzt. Bei dieser Äusführungsform kommt man mit besonders geringem Aufwand aus. Zweckmäßig ist parallel zu dem Kondensator ein Entladewiderstand geschaltet, dessen Widerstand einerseits so niedrig ist, daß er eine hinreichend schnelle Entladung des Kondensators nach einem Abschalten des Bolzenschweißgeräts vom Metz gestattet,

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um den Kondensator wieder ansprechbereit zu machen,und dessen Widerstandswert andererseits aber auch wieder so hoch ist, daß nicht unnötig viel Leistung durch den durch ihn fließenden Strom verlorengeht.

Um zu verhindern, daß vor vollständiger Durchführung des UberwachungsVorgangs die Kondensatorbatterie wieder aufgeladen wird, hält nach einer bevorzugten Ausführungsform gemäß der Erfindung die Überwachungsschaltung von ihrem Intätigkeittreten bis zum Ansprechen der Sicherheitsschaltung die Energiequelle von der Kondensatorbatterie abgeschaltet.

Nach einer anderen zweckmäßigen Ausführungsform weist die Auslöseschaltung ein bistabiles Schaltelement zur Auslösung des Schweißstromschalters und zur Abtrennung der Energiequelle von der Kondensatorbatterie auf, welches nach Zuführung eines ersten Impulses das Schließen des Schweißstromschalters auslöst und die Energiequelle von der Kondensatorbatterie abschaltet und nach Zuführung eines zweiten Impulses seinen ursprünglichen Schaltzustand annimmt, wobei der erste Impuls von der Auslöseschaltung erzeugt wird und der zweite Impuls durch Ansprechen der Sicherheitsschaltung erzeugt wird, und wobei ferner das bistabile Schaltelement nach Zuführung des zweiten Impulses die Sicherheitsschaltung in ihren Ruhezustand zurückkehren läßt.

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Wenn zwischen den Schweißelektroden eine gefährliche Spannung steht, ohne daß das Schließen des Schweißstromschalters von der Auslöseschaltung ausgelöst ist, wird die Sicherheitsschaltung natürlich auch nach Zuführung des zweiten Impulses nicht in ihren Ruhezustand zurückkehren, sondern vielmehr zur Erfüllung ihrer Sicherheitsfunktion ihren Ansprechzustand beibehalten.

Vorteilhaft kann eine Impulserzeugungseinrichtung vorgesehen sein, welche beim Anschalten des Geräts an das Netz automatisch einen kurzen Stromstoß als ersten Impuls auf das bistabile Schaltelement führt, wodurch dieses den Schweißstromschalter auslöst und die Kondensatorbatterie von der Energiequelle abschaltet und ein kurzer, ungefährlicher Stromstoß auf die Schweißelektrode geführt wird, welcher ausreicht, um die Sicherheitsschaltung ansprechen zu lassen.

Zweckmäßig weisen die Sicherheits- und die Überwachungsschaltung als Sehalteinrichtungen Relais auf. Durch die Relais können mit verhältnismäßig geringem Aufwand die Verknüpfungen zwischen der Sicherheits- und der Überwachungsschaltung sowie von beiden mit den übrigen Schalteinrichtungen des Bolzenschweißgeräts leicht ausgeführt werden.

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Wenn Wert auf besondere Verschleißfestigkeit der Schalteinrichtungen gelegt wird, können die Schalteinrichtungen der Sicherheits- und der Überwachungsschaltung auch steuerbare Halbleiterbauelemente, wie z.B. Transistoren, Thyristoren oder dergl., aufweisen.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen näher erläutert, wozu auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen wird.

Fig. 1a, 1b, 1c und 1d zeigen ein schematisches Schaltbild eines Bolzenschweißgeräts mit einer Überwachungsschaltung gemäß der Erfindung in verschiedenen Schaltzuständen.

Fig. 2 zeigt ein schematisches Schaltbild eines Bolzenschweißgeräts mit einer anderen Ausführungsform einer Überwachungsschaltung gemäß der Erfindung.

Das Bolzenschweißgerät weist eine Kondensatorbatterie 1 zur Speicherung der für den Schweißvorgang notwendigen elektrischen Energie auf. Über eine Leitung 2 ist die Kondensatorbatterie 1 mit der Anode eines Thyristors 3, welche den Schweißstromschalter bildet, verbunden. Die Kathode des Thyristors 3 ist über eine Leitung 4 mit einer Elektrode 5 in einer Schweißpistole 6 verbunden. Mit der Elektrode 5 steht ein an einem Werkstück 7 festzuschweißen-

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der Schweißbolzen 8 in elektrischem Kontakt. Die Leitung 4, die Elektrode 5 und der Schweißbolzen 8 sind in der Schweißpistole 6 isoliert von deren anderen Teilen angeordnet.

Die Elektrode 5 und der Schweißijolzen 8 werden -von einer Feder 9 federnd nachgiebig in einer Stellung gehalten, in der der Schweißbolzen 8 aus dem Torderende der Schweißpistole 6 vorsteht.

Das Werkstück 7» das aus elektrisch leitendem Material besteht, steht über eine Leitung 10 mit der anderen Klemme der Kondensatorbatterie 1 in elektrischer Verbindung.

Als Energiequelle für das Bolzenschweißgerät dient ein Transformator 11, dessen Primärwicklung■12 mit Wechselstrom vom Netz gespeist ist. An eine-Sekundärwicklung 13 des Transformators 11 ist eine Zi-reiweggleichrichterschaltung 14 angeschlossen. Die Minusklemme der Gleichrichterschaltung 14 ist mit der Leitung 10 verbunden. Die Plusklemme der Gleichrichterschaltung 14 ist mit äea Sehalt·= kontakt al eines Relais A verbunden» Ein mit dem Schaltkontakt al zusammenarbeitender ₉ feststehender Kontakt a2 ist mit einem feststehenden Kontakt c4 eines Relais C verbunden, der mit einem Schaltkontakt c5 zusammenarbeitetj welcher wiederum mit der Leitung 2 verbunden ist»

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Eine zweite Zweiweggleichrichterschaltung 15 wird von einer zweiten Sekundärwicklung 16 des Transformators 11 gespeist. Zwischen der Plus- und der Minusklemme der Gleichrichtersbhaltung 15 liegt ein Glättungskondensator 17· Die Minusklemme der Gleichrichterschaltung 15 ist ebenfalls mit der Leitung 10 verbunden. Die Plusklemme der Gleichrichterschaltung 15 ist mit einem Schaltkontakt a3 des Relais A verbunden, welcher mit einem feststehenden Kontakt a4 zusammenarbeitet, welcher über eine Leitung 18 und eine Parallelschaltung eines Kondensators 19 und eines Widerstands 20 mit der Steuerelektrode des Thyristors 3 verbunden ist. Zwischen der Leitung und der Minusklemme der Gleichrichterschaltung 15 liegt eine Reihenschaltung mit einem Widerstand 21, einer Diode 22 und dem Relais A. Die Diode 22 ist so gepolt, daß sie Strom von der Leitung 18 zur Minusklemme der Gleichrichterschaltung 15 durchläßt.

Die Plusklemme der Gleichrichterschaltung 15 ist ferner über ein Relais B und eine Leitung 23 mit dem einen Kontakt eines Handschalters 24 an der Schweißpistole 6 verbunden. Der andere Kontakt des Handschalters 24 ist mit Aufsetzbeinen 25 zum Aufsetzen der Schweißpistole 6 auf dem Werkstück 7 verbunden.

Die Plusklemme der Gleichrichterschaltung 15 ist ferner

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mit dem Schaltkontakt b1 des Relais B verbunden, welcher mit einem feststehenden Kontakt b2 des Relais B zusammenarbeitet, welch letzterer wiederum mit der Verbindungsleitung zwischen der Diode 22 und dem Relais A verbunden ist.

Die Leitung 4 ist mit einem Schaltkontakt b3 des Relais B verbunden, welcher mit einem feststehenden Kontakt b4 des Relais B zusammenarbeitet, welch letzterer über eine Diode 26 mit der Leitung 18 verbunden ist. Die Diode 26 ist so gepolt, daß sie Strom von der Leitung 18 zur Leitung 4 durchläßt. Die Leitung 4 ist ferner mit einem Schaltkontakt b5 des Relais B verbunden,- welcher mit zwei feststehenden Kontakten b6 und b7 des Relais B zusammenarbeitet. Der Kontakt b7 ist über eine Diode 27 mit der Leitung 23 derart verbunden, daß Strom von der Leitung 23 zum Kontakt b7 durchgelassen wird. Der Kontakt b6 ist über das Relais C mit der Minusklemme der Gleichrichterschaltung 16 verbunden, welch letztere auch mit dem Schaltkontakt c1 des Relais C verbunden ist. Der Schaltkontakt c1 arbeitet mit einem feststehenden Kontakt c2 zusammen, welcher über einen Widerstand 28 und eine Diode 29 mit der Leitung 2 verbunden ist. Die Diode 29 ist so gepolt, daß sie Strom von der Leitung 2 zum Kontakt c2 durchläßt.

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Die Verbindungsleitung zwischen dem Widerstand 21 und der Diode 22 ist über eine Diode 30 mit der Verbindungsleitung zwischen der Diode 29 und dem Widerstand 28 verbunden. Die Diode 30 ist so gepolt, daß Strom vom Widerstand 21 zum Widerstand 28 fließen kann.

Die Kondensatorbatterie wird bei dem in Fig. 1a gezeigten Schaltzustand von der Sekundärwicklung 13 des Transformators 11 über die Gleichrichterschaltung 14, die geschlossenen Kontakte a1-a2 des Relais A und die geschlossenen Kontakte c3-c4 des Relais C aufgeladen.

Nachfolgend wird die Arbeitsweise nur der Sicherheitsund Entladeschaltung der in Fig. 1a gezeigten Schaltung eines Bolzenschweißgeräts erläutert:

Solange der Thyristor 3 nicht gezündet ist, ist die positive Seite der Kondensatorbatterie 1 durch den Thyristor 3 bezüglich der Leitung 4 gesperrt, so daß zwischen der Leitung 4 und der Leitung 10 keine Spannung besteht. Eine gleichzeitige Berührung des Schweißbolzens 8 und des Werkstücks 7 ist daher, solange der Thyristor 3 nicht gezündet ist, ungefährlich.

Der Thyristor 3 kann nur durch Erregung der beiden Relais A und B gezündet werden. Diese beiden Relais können

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aber durch den Handschalter 24 nur dann erregt werden, wenn die Schweißpistole 6 mit ihren Aufsetzbeinen 25 auf dem Werkstück 7 aufsteht, d.h. wenn sich die Schweißpistole 6 in Bereitschaftsstellung befindet und dadurch eine gefährliche Berührung des Schweißbolzens 8 nicht möglich ist.

Wenn nach einem Schweißvofgang der Thyristor 3 infolge eines Defekts leitend geblieben ist, entsteht bei der Aufladung der Kondensatorbatterie 1 eine Spannung zwischen den beiden Leitungen 4 und 10. Durch die Verbindung der Leitung 4 mit den Kontakten b5-b6 des Relais B fließt von der Leitung 4 über die Relaiskontakte b5-b6 und die Spule des Relais C ein Strom zur Leitung 10. Hat die Spannung zwischen den Leitungen 4 und 10 und damit über der Relaisspule des Relais C einen vorbestimmten ungefährlichen Wert (beispielsweise 12 Volt) erreicht, so schließt das Relais C seine Kontakte c1-c2 und öffnet seine Kontakte c3-c4. Durch das Öffnen der Kontakte c3-c4 wird die Stromzufuhr zur Kondensatorbatterie 1 unterbrochen. Durch die geschlossenen Kontakte c1-e2 entlädt sich die Kondensatorbatterie 1 über die Diode 29 und den sehr kleinen Entladewiderstand 28 spontan. 1st die Spannung der Kondensatorbatterie 1 unter den Haltewert des Relais C gesunken, so kehren seine Kontakte c1-c2 und c3=c4 in ihre ursprüngliche Stellung zurück<. Der Kondensatorbatterie 1

wird dadurch wieder Strom zugeführt. Sie lädt sich wieder bis zur Ansprechspannung des Relais C auf, um sich nach dessen Ansprechen wieder bis auf seine Haltespannung zu entladen usw. Die Spannung der Kondensatorbatterie 1 und damit diejenige zwischen den Leitungen 4 und 10 bleibt damit weit unter einem gefährlichen Wert.

Die Abschaltung der Stromzufuhr zu der Kondensatorbatterie 1 durch die Kontakte c3-c4 sowie die Entladung der Kondensatorbatterie 1 über den Widerstand 28 können aber nur stattfinden, wenn die Verbindung von der Leitung 4 über die Kontakte b5-b6 durch die Relaisspule C zur Leitung 10 gewährleistet ist und das Relais C selbst funktionstüchtig ist.

Bei einem Defekt der beschriebenen Sicherheits- und Entladeschaltung kann also zwischen den beiden Leitungen 4 und 10 und damit zwischen den Schweißelektroden eine gefährliche Spannung auftreten.

Nachfolgend wird anhand der Fig. 1a bis 1d die Arbeitsweise der Schaltung des Bolzenschweißgeräts einschließlich der Überwachungsschaltung für die Sicherheits- und Entladeschaltung beschrieben.

In dem aus Fig. 1a ersichtlichen Schaltzustand des Bolzen-

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schweißgeräts sind die drei Relais A, B und C abgefallen. Über die Sekundärwicklung 13 des Transformators 11, die Gleichrichterschaltung 14, die geschlossenen Kontakte al und a2 sowie c3 und c4 wird die Kondensatorbatterie 1 aufgeladen. Der Thyristor 3 ist gesperrt, so daß zwischen dem Schweißbolzen 8 und dem Grundmaterial keine Spannung liegt. In diesem Schaltzustand ist also eine gleichzeitige Berührung des Schweißbolzens 8 und des Grundmaterials 7 ungefährlich.

In Fig. 1b ist der Schaltungszustand der Schaltung des Bolzenschweißgeräts von Fig. 1 gezeigt, wenn die Schweißpistole 6 auf dem Werkstück 7 aufgesetzt ist und der Handschalter 24 geschlossen ist.

Wenn die Schweißpistole 6 mit ihren Aufsetzbeinen 25 auf dem Werkstück 7 fest aufgesetzt wird, drückt die Feder den Schweißbolzen 8 über die Elektrode 5 gegen das Werkstück 7. Durch Schließen des Handschalters 24 ist der Stromkreis mit der Sekundärwicklung 16 des Transformators 11, der Gleichrichterschaltung 15, der Spule des Relais B, der Leitung 23, dem Handschalter 24, einem Aufsetzbein 25 der Schweißpistole 6, dem Werkstück und der vom Werkstück zur Minusklemme der Gleichrichterschaltung 15 führenden Leitung geschlossen. Das Relais B öffnet seine Kontakte b5-b6, b3-b4 und schließt seine Kon-

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takte b5-b7, b1-b2. Durch die geschlossenen Kontakte b1-b2 fließt von der Plusklemme der Gleichrichterschaltung 15 durch die Spule des Relais A ein Strom zur Minusklemme der Gleichrichterschaltung 15. Das Relais A öffnet dadurch seine Kontakte a1-a2 und schließt seine Kontakte a3-a4. Durch das öffnen der Kontakte a1-a2 wird die Gleichrichterschaltung 14 von der Kondensatorbatterie 1 abgeschaltet. Durch das Schließen der Kontakte a3-a4 wird von der Gleichrichterschaltung 15 über den Kondensator 29 ein kurzer Stromstoß auf die Steuerelektrode des Thyristors 3 geführt, der diesen zündet. Der Widerstand 20 ist sehr groß und dient nur dazu, den Kondensator 19 zu entladen.

Die Kondensatorbatterie 1 entlädt sich nun in bekannter Weise über den zu schweißenden Bolzen und das Werkstück, wodurch die Schweißung vollzogen wird.

Die Diode 22 verhindert, daß die Zündung des Thyristors 3 schon beim Schließen der Kontakte b1-b2 des Relais B über den Widerstand 21 erfolgt.

Aus Fig. 1c ist der Schaltungszustand der Schaltung des Bolzenschweißgeräts unmittelbar nach öffnung des Handschalters 24 gezeigt. Zunächst bleibt die Schaltstellung der Relais A und B in der aus Fig. 2 ersichtlichen Weise

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erhalten. Für das Relais B besteht ein Selbsthaltekreis mit der Diode 27, den geschlossenen Kontakten b5-t>7 der Leitung 4, dem Schweißbolzen 8, dem Werkstück 7 und der Leitung vom Werkstück und der Minusklemme der Gleichrichterschaltung 15· Für das Relais A besteht ein Selbsthaltekreis mit den geschlossenen Kontakten a3-a4, dem.Widerstand 21, der Diode 22 und der Spule des Relais A.

In Fig. 1d ist der Schaltzustand .der Schaltung des Bolzenschweißgeräts nach dem Abheben der Schweißpistole 6 von dem angeschweißten Bolzen 8 gezeigt.

Wenn die Schweißpistole 6 von dem angeschweißten Bolzen abgehoben wird, wird der Stromfluß durch das Relais B unterbrochen. Das Relais B öffnet dadurch seine Kontakte b1-b2, b5-b7 und schließt seine Kontakte b3-b4, b5-b6. Der Stromfluß durch das Relais A bleibt zunächst über seinen weiter oben beschriebenen Selbsthaltekreis erhalten.

Gleichzeitig fließt aber von der Gleichrichterschaltung 15 über die geschlossenen Kontakte aj5-a4, die Diode 26 und die geschlossenen Kontakte b4-b3 ein Strom zur Leitung 4 und von dort über die geschlossenen Kontakte b5-b6 durch die Spule des Relais C. Das Relais C öffnet dadurch seine Kontakte c3-c4 und schließt seine Kontakte

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c1-c2, wodurch der Sicherheits- und Entladekreis eingeschaltet wird. Durch die geschlossenen Kontakte c1-c2 fließt der Strom über den Widerstand 21, der bisher durch das Relais A abfloß, durch den Entladewiderstand 28 ab, welch letzterer einen sehr kleinen Widerstandswert besitzt. Die Spannung über dem Relais A sinkt dadurch unter seinen Haltewert, so daß die Kontakte a1-a2 geschlossen und die Kontakte a3-a4 geöffnet werden. Durch das öffnen der Kontakte a3-a4 wird der Stromfluß über die Diode 26 zum Relais C unterbrochen, so daß auch das Relais C wieder in seine Ruhestellung zurückkehrt. Es öffnet also die Kontakte c1-c2 und schließt die Kontakte c3-c4, so daß die Aufladung der Kondensatorbatterie 1 wieder einsetzt.

Das Offnen des Selbsthaltekreises des Relais A und damit die Wiederaufladung der Kondensatorbatterie 1 nach einer Schweißung können also nur durch ein kurzes Ansprechen des Sicherheits- und Entladekreises erfolgen. Spricht der Sicherheits- und Entladekreis infolge irgendeines Defekts nicht an, so bleibt das Relais A in Arbeitsstellung und verhindert eine Aufladung der Kondensatorbatterie

Ein Nachteil des Bolzenschweißgeräts gemäß Fig. 1 besteht allerdings darin, daß das Relais A, wenn es wegen eines Defekts in der Sicherheits- und Entladeschaltung in Arbeitsstellung ist, beim Abschalten des Bolzenschweißge-

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rates vom Netz stromlos wird und dadurch in seine Ruhestellung zurückkehrt. Nach jedem Wiedereinschalten des Bolzenschweißgeräts würde zwar nur jeweils eine Schweißung möglich sein, da jedesmal wieder infolge des Defekts in der Sicherheits- und Entladeschaltung das Relais A in seiner Arbeitsstellung bleiben und eine Wiederaufladung der Kondensatorbatterie 1 verhindern würde. Die Bedier nungsperson würde zwar dadurch darauf aufmerksam gemacht werden, daß das Bolzenschweißgerät defekt ist. Vorher kann es aber zu einer Gefährdung der Bedienungsperson kommen.

In Fig. 2 ist eine Schaltung eines Bolzenschweißgeräts gezeigt, welche der in Fig. 1 gezeigten Schaltung ähnlich ist, aber bei einem Defekt der Sicherheits- und Entladeschaltung auch bei einem Abschalten und nachfolgenden Anschalten des Bolzenschweißgerätes vom bzw. an das Netz eine Wiederaufladung der Kondensatorbatterie 1 wirksam verhindert.

Die Schaltung gemäß Fig. 2 besitzt zusätzlich zu den Schaltungsbauteilen gemäß Fig. 1, die sie auch alle aufweist, eine Reihenschaltung mit einem an die Plusklemme der Gleichrichterschaltung 15 angeschlossenen Kondensator 31 und einer Diode 32, weiche an die Verbindungsleitung zwischen der Diode 22 und dem"Relais A angeschlossen ist.

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Die Diode 32 ist gepolt, daß Strom vom Kondensator 31 zum Relais A fließen kann.

Zwischen die Verbindungsleitung zwischen dem Relais A und der Minusklemme der Gleichrichterschaltung 15 und der Verbindungsleitung zwischen dem Kondensator 31 und der Diode 32 ist eine weitere Diode 33 geschaltet, welche so gepolt ist, daß vom Kondensator 31 zur Minusklemme der Gleichrichterschaltung 15 kein Strom fließen kann. Ferner liegt zwischen der Plusklemme und der Minusklemme der Gleichrichterschaltung 15 ein Widerstand 34.

Die in Fig. 2 gezeigte Schaltung arbeitet wie folgt:

Im Augenblick des Anschaltens des Bolzenschweißgerätes an die Netzspannung ist die Spannung an der Kondensatorbatterie 1 Null. Die Betriebsspannungen der Gleichrichterschaltungen 14 und 15 und über dem Glättungskondensator 17 sind aber praktisch sofort vorhanden. Der Kondensator 31 lädt sich über die Diode 32 und das Relais A auf. Durch diesen Aufladestrom wird das Relais A erregt, wodurch seine Kontakte a1-a2 geöffnet werden und dadurch die Stromzufuhr zu der Kondensatorbatterie 1 gesperrt wird.Gleichzeitig werden die Kontakte a3-a4 geschlossen, wodurch die Stromzufuhr zu dem Relais A über den Widerstand 21 und die Diode 22 zunächst aufrechterhalten wird.

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Durch die geschlossenen Kontakte a3-a4 fließt außerdem ein Strom aus der Gleichrichterschaltung 15 über eine Leitung 35 durch die geschlossenen Kontakte b4-b3 zur Leitung 4 und von dort über die geschlossenen Kontakte b5-b6 und durch das Relais C. Das Relais schaltet, wie in Verbindung mit Fig. 1d bereits beschrieben, den Sicherheits- und Entladekreis ein, wodurch die Spannung über dem Relais A unter dessen Haltespannung sinkt. Seine Kontakte a1-a2 schließen und seine Kontakte a3-a4 öffnen wieder. Durch das öffnen der Kontakte a3-a4 wird die Stromzufuhr zum Relais C unterbrochen. Es öffnet seine Kontakte c1-c2 und schließt seine Kontakte c3-c4, so daß die Aufladung der Kondensatorbatterie 1 einsetzt.

Würde durch irgendeinen Defekt das Relais C den Sicherheits- und Entladekreis nicht einschalten, so bliebe das Relais A in Arbeitsstellung, so daß keine Aufladung der Kondensatorbatterie 1 möglich wäre.

Der Kondensator 31 lädt sich bei diesem Vorgang in etwa auf die Ansprechspannung des Relais A auf, die kleiner als die Spannung der Gleichrichterschaltung 15 ist. Ein Abfluß der Ladung über den Widerstand 34 und die Diode ist daher nicht möglich, solange die Hilfsstromquelle unter Spannung steht. Einen Ladungsabfluß über die geschlossenen Kontakte b1-b2 (wenn das Relais B durch Be-

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tägigung des Handschalters 24 erregt wird) verhindert die Diode 32. Die Spannung über dem Kondensator 31 bleibt daher so lange bestehen, wie die Gleichrichterschaltung 16 unter Spannung steht.

Wird jedoch das Bolzenschweißgerät vom Netz abgeschaltet, so daß die Spannung der Gleichrichterschaltung 16 Null wird, entlädt sich der Kondensator 31 über den Widerstand 34 und die Diode 33. Wenn das Bolzenschweißgerät wieder angeschaltet wird, so lädt sich der Kondensator 31 wieder über das Relais A auf, wodurch es anspricht. Danach erfolgen wieder die weiter oben beschriebenen Schaltungsvorgänge.

Die Diode 33 sperrt bei der Aufladung des Kondensators 31 den direkten Weg zur Minusklemme der Gleichrichterschaltung 15, so daß der Aufladestrom über das Relais A fließen muß.

In den Fig. 1a bis d und 2 können die Relais A, B und C bzw. deren Kontakte natürlich ganz oder zum Teil in bekannter Weise durch elektronische Schalteinrichtungen (Transistoren, Thyristoren und dergl.) ersetzt werden.

- Patentansprüche -

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Claims

Patentansprüche : '"Υ

1. J Kondensate)rentladungs-Bolzenschweißgerät mit einer Kondensatorbatterie als Energiespeicher für die Schweißenergie, welche von einer Energiequelle aufladbar ist, weiter mit einem Schweißstroms ehalt eijzum Schließen des Schweißkreises mit den Schweißelektroden, ferner mit einer Auslösungsschaltung, um die Energiequelle von der Kondensatorbatterie abzuschalten und um das Schließen des Schweißstromschalters auszulösen, und ferner mit einer Sicherheitsschaltung, welche anspricht, wenn zwischen den Schweißelektroden eine höhere Spannung als eine vorbestimmte Spannung steht, ohne daß das Schließen des Schweißstromschalters von der Auslösungsschaltung ausgelöst ist, und welche bei Ansprechen die Kondensatorbatterie entlädt und gegebenenfalls auch die Energiequelle von ihr abschaltet, dadurch gekennzeichnet, daß eine Überwachungsschaltung (26,b3,b4) vorgesehen ist, die zwischen Schweißvorgängen selbsttätig in Tätigkeit tritt und damit die Sicherheitsschaltung (C,c1,c2,c3,c4) ansprechen läßt, daß die Überwachungsschaltung eine Wiederaufladung der Kondensatorbatterie (1) höchstens auf einen ungefährlichen Spannungswert erlaubt, solange nach ihrem Intätigkeittreten die Sicherheitsschaltung nicht anspricht, und daß die Sicherheitsschaltung mit der Überwachungsschaltung derart gekoppelt ist, daß die Sicher-

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heitsschaltung nach ihrem Ansprechen die Überwachungsschaltung in ihren Ruhezustand zurückkehren läßt, und daß die Sicherheitsschaltung nach der Rückkehr der Überwachungsschaltung in ihren Ruhezustand infolge ihrer Kopplung mit dieser ebenfalls in ihren Ruhezustand zurückkehrt, wenn nicht eine höhere Spannung als eine vorbestimmte Spannung zwischen den Schweißelektroden steht.

2. Bolzenschweißgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die überwachungsschaltung (26,b5,b4) eine Wiederaufladung der Kondensatorbatterie (1) verhindert, solange nach ihrem Intätigkeittreten die Sicherheitsschaltung (C,c1,c2,c3,c4) nicht anspricht.

3. Bolzenschweißgerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Überwachungsschaltung (26,b3,b4) unmittelbaghach jedem Schweißvorgang in Tätigkeit tritt.

4. Bolzenschweißgerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Intätigkeittreten der Überwachungsschaltung (26,b3,b4) durch das Abheben der Schweißpistole (6) von dem Grundmaterial (7) nach einem Schweißvorgang ausgelöst wird.

5. Bolzenschweißgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Überwachungs-

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schaltung vor jedem Aufladen der Kondensatorbatterie (1) in Tätigkeit tritt.

6. Bolzensphweißgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Überwachungsschaltung bei jedem Anschalten des Bolzenschweißgerätes
an das Stromversorgungsnetz in Tätigkeit tritt.

7. Bolzenschweißgerät nach Anspruch 5_t dadurch gekennzeichnet, daß ein Kondensator (31) vorgesehen ist,
durch dessen Aufladestrom bei Anschalten des Bolzenschweißgerätes an das Netz die Überwachungsschaltung (A, 26,b3,b4) in Tätigkeit gesetzt wird.

8. Bolzenschweißgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Überwachungsschaltung von ihrem Intätigkeittreten bis zum Ansprechen der Sicherheitsschaltung die Energiequelle von der Kon-' densatorbatterie (1) abgeschaltet hält.

9· Bolzenschweißgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Auslöseschaltung ein bistabiles Schaltelement zur Auslösung des
Schweißstromschalters und zur Abtrennung der Energiequelle (1) von der Kondensatorbatterie aufweist, welches nach
Zuführung eines ersten Impulses das Schließen des Schweiß-

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Stromschalters auslöst und die Energiequelle von der Kondensatorbatterie (1) abschaltet und nach Zuführung eines zweiten Impulses seinen ursprünglichen Schaltzustand annimmt, daß der erste Impuls von der Auslöseschaltung (24, B) erzeugt wird, daß der zweite Impuls durch Ansprechen der Sicherheitsschaltung erzeugt wird.

10. Bolzenschweißgerät nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß eine Impulserzeugungseinrichtung vorgesehen ist, welche beim Anschalten des Gerätes an das Netz automatisch einen kurzen Stromstoß als ersten Impuls auf das bistabile Schaltelement führt, wodurch dieses den Schweißstromschalter (3) auslöst und die Kondensatorbatterie (1) von der Energiequelle abschaltet und ein kurzer, ungefährlicher Stromstoß auf die Schweißelektrode geführt wird.

11. Bolzenschweißgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Sicherheitsund die überwachungsschaltung als Schalteinrichtungen Relais aufweisen.

12. Bolzenschweißgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Sicherheits- und die Überwachungsschaltung als Schalteinrichtungen steuerbare Halbleiterbauteile, Z.B.Transistoren, Thyristoren oder dergl. , aufweisen.

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13. Bolzenschweißgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Überwachungsschaltung auch von Hand in Tätigkeit setzbar ist.

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