DE2255539A1 - Elektrisches bolzenschweissgeraet - Google Patents

Description

Paten ianwälte

DipL-lncj E. Eder
DipL-lng. K. Sch!-:-^ul'D

München! V •_!„„_y."-;jtri.Eö2-J. ι

TRW Inc.,
Euclid, Ohio / USA

Elektrisches Bolzenschweißgerät

Zum Verschweißen eines Bolzenendes mit einer Unterlage oder einem Werkstück wird bekanntlich das anzuschweißende Bolzenende mit der Unterlage in Kontakt gebracht. Darauf wird der Strom zwischen Bolzen und Unterlage eingeschaltet und etwa gleichzeitig der Bolzen um eine bestimmte Strecke von der Unterlage zurückgezogen. Nachdem der Bolzen zurückgezogen ist wird gewöhnlich ein stärkerer Strom eingeschaltet und über einen Pilot- oder Zündlichtbogen während einer ,bestimmten Zeit ein kräftiger Hauptschweißlichtbogen gebildet,

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Darauf wird der Bolzen gegen die Unterlage gestoßen, wobei durch das zwischen der Unterlage und dem Bolzenende geschmolzene Metall und durch den intensiven Hauptschweißlichtbogen die beiden TeLIe verbunden werden.

Durch die Erfindung wird nun eine Steuerschaltung für derartige Bolzenschweißgeräte geschaffen, bei der der Kinleitungs- und Timincjschtiltung geglätteter Gleichstrom und dem Hauptschweißstromkreis nicht geglätteter, pulsierender Gleichstrom zugeführt wird. Einem Stehlichtbogen, der über den gesamten Schweißzyklus brennt, wird der Hauptschweißstrom überlagert· Man erhält auf diese Weise eine relativ einfache Schaltung des Bolzenschveißgerätos.

En der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel dargestellt. Darin zeigt:

Fig. I einen .Schnitt durch die Schweißpistole und Fig. 2 ein Schema der Steuerschaltung.

Im Ausfiihrungsbeispiel nach Fig. I erkennt man ein übliches BoLzenschweißwerkzeug lü, da-; zur Anwendung im Rahmen der Erfindung keine zusätzlichen Teile erfordert. Das Werkzeug 10 befindet sich in einem Gehäuse 12 aus dielektrischem Material mit einer vorderen Wand 14 und einer hinteren Kappe 16. Am vorderen Ende des Werkzeuges befindet sich ein Spannfutter 18 mit einer geschlitzten Ausnehmung 20 zur Aufnahme eines Bolzens 22, der mit einemWerkstück 24 verschweißt werden soll. Der BoLzen 22 kann beliebige Form besitzen. Besonders vorteilhaft ist das Verschweißen der Bolzen mitteLs eines äußerst intensiven und kurzen Schweiß Lichtbogens.

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Im Abstand vor dem Spannfutter1 8 befindet sich ein geeigneter Fuß 26 mit r j ner durchgehenden Öffnung, deren Achsemit der Achse des Spannfutters 18 fluchtet. In die öffnung des Fusses 26 ist ein Zwingengreifer 19 eingesetzt und mit einer Fest-, stellschraube gehalten. Durch eine Zwinge 21 , die sich in dem Zwingeiigrei f er 19 befindet, erstreckt sich der Bolzen 22. Der Stützfuß 26 wird vor dein Werkzeug 10 durch "zwei einstellbare Beine 30 gehalten, die am Gehäuse 12 angebracht sind.

Das Bolzenspannfutter 1b ist an einem Spannfutterbein 32 befestigt, ihm mit reiner. Kabel klemme 34 '-elektrisch verbunden ist, die wiederum an ein -Hauptschweißkabel 36 angeschlossen ist. Ein rückwärtiger kabel klemm teil 3ti ist an der Klemme 34 befestigt und mit dem kern 40 einer Lagnetwicklung verbunden. Der kern ^u bewegt sich zusammen mit den Kabelklemmteilen 34, 36, dem Bein 32, dem -Spannfutter 1 ti und dem Holten 22 Iu, ■Jorkzeiui 1iv an Längsrichtung zurück. Der Kern" 4υ, der sicJj in eintsr Hub- und Halteväcklung 42 befindet, wird in die Wicklung zurückgezogen, wenn über die Leitungen 44 und.46 StrOW zugeführt wird. Ein einstellbarer Anschlag 4 5 am rückwärtigen linde der Wicklung 42 bestimmt die'Größe der Strecke, um-die der Bolzen 22 bei jedem Schweißzyklus vom Werkstück zurückgezogen wird. Eine Stoß- oder Tauchfeder 47 stößt den Bolzen 22 während einer bestimmtem 'Zeit wieder auf das Werkstück 24, nachdem der Strom für die Wicklung 42 abgeschaltet wurde. ■ - .

Die Zeitsteuerung odei" das Timing des Hauptschweißlichtbogens hangt u.a. von der Größe der zu verschweißenden Bolzen ab. Größere Bolzen erfordern im allgemeinen ein längeres Brennen des Hauptschweißlichtbogens als kleinere Bolzen. Der Hauptschweißlichtbogen wird vorzugsweise etwa so lange aufrechterhalten, bis der Bolzen gegen das Werkstück stößt, so daß das durch den Hauptschweißlichtbogen geschmolzene Metall nicht schon vor der Berührung erstarren kann.

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BAD ORlGtNAL

In Fig. 2 ist die Steuerschaltung schematisch dargestellt. Die Dioden 48 und 50 sovie die steuerbaren Siliciumgleichrichter 52 und 54 bilden einen Einphasenbrückengleichrichter. Solange die Gleichrichter 52 und 54 nicht leiten, ist der Ausgang des Brückengleichrichters und damit auch die Transformatorwicklung 53 offen. Die Brücke liefert den Hauptschweißstrom, wobei die Ausgangsleistung durch phasenverzögertes Zünden der Gleichrichter 52 und 54 gesteuert wird. Zur Aufrechterhaltung eines Lichtbogens während des Zeitabschnittes, in dem die Gleichrichter 52 und 54 gerren, dient eine Stromquelle geringer Leistung. Der Lichtbogen dieser Stromquelle geringer Leistung stimmt insofern mit dem bekannten Pilotlichtbogen nicht überein, als er nicht durch den Hauptschweißstrom beendet wird. Die den Lichtbogen aufrechterhaltende Stromquelle umfaßt eine 75-Volt-Wicklung 56 des Transformators einen gestrichelt angedeuteten Vollweg-Brückengleichrichter 58 mit Dioden 60 und 62 und steuerbaren Siliciumgleichrichtern 64 und 66, Die Brücke gibt nur dann Strom ab, wenn die steuerbaren Siliciumgleichrichter 64 und 66 leiten. Der Ausgangsstrom der Brücke 58 zur Aufrechterhaltung des Lichtbogens geht über eine Induktivität 58, die zusammen mit einer Diode 61 eine Freilaufschaltung zur Aufrechterhaltung des Stromes im Lichtbogen während des Zeitraumes bildet, wenn die Speisespannung des Transformators 56 durch Null geht. Während der Schweißperiode werden den steuerbaren Siliciumgleichrichtern kontinuierliche Gatesignale zugeführt. Während der Schweißung erhalten die Steuerelektroden der steuerbaren Siliciumgleich- ' richter 52 und 54 phasenverzögerte Gatesignale von einer Impulserzeugerschaltung.

Die Stromversorgungs-, Timing- und Einleitungsschaltung für die Hauptschweißsteuerung und die Stromquelle zur Aufrechterhai tung des Lichtbogens werden von einer 45-Volt-Wicklung

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des Transformators gespeist, wobei der Ausgangsstrom durch den Vollweggleichrichter 70 gleichgerichtet wird. Der gleichgerichtete Strom fließt über die Hauptsperrdiode 74 zu einem Glättungskondensator 72. An der Anode der Hauptsperr diode 74 liegt die nicht geglättete Spannung des Vollweggleichrichters. 70, während an der Kathode der Diode 74 die geglättete Spannung ansteht* Infolge der Speicherwirkung des Glätturigskondensators 72 liegt an der Kathode der Hauptsperrdiode eine praktisch konstante Gleichspannung.

Der Kondensator 76 wird über den Strombegrenzungswiderstand 78 von der Spannung am Glättungskondensator 72 gespeist. Bei Aussteuerung des steuerbaren Gleichrichters 82 für die Pistole wird die Magnetwicklung 80 der Pistole eingeschaltet. Sobald die Magnetwicklung 80 erregt ist, ziehen, die Elemente der Pistole den Bolzen 22 um eine .bestimmte Strecke von der Arbeitsfläche 24 zurück, so daß ein Stehlichtbogen entsteht. Bei Schweißbeginn ist der Bolzen 22 im Spannfutter 18. gegen die Arbeitsfläche 24 gedrückt (der Strom für den Stehlichtbogen wird von der 75-Volt-Wicklung 56 über die steuerbaren Siliciumgleichrichter 64, 66, die Dioden 60 und 62 und die Induktivität 68'geliefert). Der steuerla'e Siliciumgleichrichter 82 der Pistole wird durchgesteuert, indem die Energie des Kondensators 76 kurzzeitig auf die Steuerelektrode des , Gleichrichters 82 gegeben wird, wenn eine Bedienungsperson den Druckknopf 86 der Pistole betätigt. Hierbei fließt über eine Schaltung zur Unterdrückung von Ubergangsspannungen, bestehend aus derDiode 88, den Widerständen 90, 92, 94 und dem Kondensator 96, ein Strom. Der Begrenzungswiderstand 78 verhindert eine Wiederaufladung des Kondensators 76 über die · Schwellspannung der Diode 88. Die Diode 88 kann ein Spannungsdurchbruchselement, beispielsweise eine Zenerdiode sein, und stellt einen weiteren Schutz gegen Übergangsspannungen dar.

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Wenn der steuerbare Gleichrichter 82 leitet, speist die Ladung des Kondensators 98 das Reedrelais 100, wodurch dessen normalerweise offene Kontakte 100-1, 100-2 und 10G*-3 geschlossen werden· Beim Schließen der Kontakte 100-3 gelangt geglätteter Gleichstrom über die Widerstände 103, 105 und die Dioden 107, 109 zu den Steuerelektroden der Gleichrichter 64 und 66, so daß der fließende Strom zwischen dem Bolzen 22 und dem Werkstück 24 einen Stehlichtbogen geringer Intensität aufrecht erhält. Beim Schließen der Kontakte 100-2 wird eine Timingschaltung eingeschaltet, die aus einem variablen Widerstand 102, dem Kondensator 104 und dem programmierbaren Doppelbasistransistor (Unijunction-Transistor) 106 mit seinen Speisewiderständen 108 und 110testeht. BeimSchließen der Kontakte 100-1 wird die Synchronisierimpulserzeugungsschaltung aus dem Widerstand 112, dem Timingwiderstand 114, dem Kondensator 116, dem variablen Widerstand 118 und dem Doppelbasistransistor 120 eingeschaltet. Die Spannung am Kondensator 116 steigt je nach Einstellung des variablen Widerstandes 118 so weit an, bis die Zündspannung des Doppelbasistransistors 120 erreicht ist. Infolge der durch die Diode 122 und den Kondensator 124 gebildeten Schaltung hängt die zum Zünden des Doppelbasistransistors 120 erforderliche Binleitungsspannung von der Zeitkonstante von Widerstand 114 und Kondensator 124 ab. Diese Zeitkonstante verzögert den ersten vom Doppelbasistransistor 120 gelieferten Impuls und sichert ausreichend Zeit zum Zurückziehen des Bolzens 22 vom Werkstück 24, so daß ein stabiler Stehlichtbogen gebildet wird.

Nach dem Zünden des Doppelbasistransistors 120 wird über die Widerstände 126, 128 und die Dioden 130, 132 ein Impuls auf die Steuerelektroden der steuerbaren Siliciumleistungsgleichrichter 52 und 54 gegeben. Diese Impulse sind durch die Schweißspannungswicklung 56 des Transformators synchronisiert.

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Da die Ladespannung des Kondensators 116 über einen Strombegrenzungswiderstand 134 vom nicht geglätteten Ausgangsstrom des Vollweggleichrichters 70 gewonnen wird, wird die Ladespannung durch die Zenerdiode 136 und die Sperrdiode 138 begrenzt. Die Gleichspannung an der Zenerdiode 136 und der Sperrdiode 138 wird beim Schließen der Kontakte 100-2 durch die gebildete Schaltung und den Strombegrenzungswiderstand abgegeben.

Ein Teil der Spannung an der Zenerdiode 136 gelangt zu der Timingschaltung aus den Vorspannungswiderständen 108* 110, dem variablen Widerstand 102, dem Kondensator 104 und dem programmierbaren Doppelbasistransistor 106. Die Große des Spannungsanstieges am Kondensator 104 hängt ab vom Viert des variablen Widerstandes 102, bis die durch die Vorspannungswiderstände 108 und 110 eingestellte Zündspannung des programmierbaren Doppelbasistransistors 106 erreicht ist. Beim Zünden des Doppelbasistransistors 106 wird ein Impuls auf die. Steuerelektrode des Gleichrichters 142 gegeben und dieser durchgesteuert· Sobald der Gleichrichter 142 leitet, entlädt sich der vorher über den Widerstand I46 und den steuerbaren Siliciumgleichrichter 82 aufgeladene Kondensator 144 über den Gleichrichter 82, der umgekehrt vorgespannt und dadurch abgeschaltet wird. Mit dem Abschalten des steuerbaren-Siliciumgleichrichters' 82 für die 'Pistole erhalten die Magnetwicklung 80 und das Reedrelais 100 keinen Strom mehr, die Magnetwicklung 40 wird abgeschaltet und die Rückführ- oder Tauchfeder 47 stößt den Bolzen 22 in das durch die Wärme des Schweißlichtbogens geschmolzene Metall, wodurch der Schweißvorgang beendet wird. Infolge der Ladung des Kondensators 98 fällt das Reedrelais 100 nicht sofort ab, sondern bleibt noch eine kurze Zeit nach Entregung der Magnetwieklung 80 eingeschaltet, so daß gewährleistet ist, daß der Bolzen 22 in das geschmolzene Metall auf dem Werkstück 24 stößt, während der Strom immer noch fließt. Die Diode 48 verhindert eine Entladung des

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Kondensators 98 über die Wicklung der Pistole.

Zur Sicherheitsabschaltung dient eine Schaltung mit einem zeitverzögerten Leistungsschalter 150 in Reihe mit einem variablen Widerstand 152, einem Widerstand 154 und einer Diode 156. Der Stromkreis mit dem verzögerten Leistungsschalter 150 liegt an den Ausgängen und wird ausgelöst, wenn die Steuer-* schaltung nicht anspricht·

An den einzelnen Steuerelektroden der steuerbaren Siliciumgleichrichter liegen die Lastwiderstände 158, 160, 162, und 166. Eine Freilaufschaltung aus einem Widerstand 168 und einer Diode 170 liegt an der Wicklung der Pistole und unterdrückt beim Abschalten des steuerbaren Siliciumgleichrichters 82 der Pistole auftretende Spannungsspitzen·

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Dip!.~lng E. Eder Dip!.-Ing. K. Schieschke

8 MüncheniD, E!lsabsthstraBe34

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Claims (1)

1. Patentansprüche

   Bolzenschweißgerät, bei dem ein Schweißwerkzeug einen' Bolzen in einem Spannfutter festhält und weitere Einrichtungen das Spannfutter zurückziehen und gegen das Werkstück stoßen, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zur Bildung eines Hauptschweißliehtbogens zwischen Bolzen und Werkstück mittels einer ersten Wechselstromquelle, durch eine Einrichtung zur Bildung eines Stehlichtbogens zwischen Bolzen und Werkstück mittels einer zweiten Wechselstromquelle, bevor der Hauptschweißlicht-.bogen.gebildet wird, und zur Aufrechterhaltung des Stehlichtbogens, während der Hauptliehtbogen brennt, durch eine Einrichtung, die einen Schweißzyklus einleitet, die Rückzieheinriehtung betätigt und den Stehlichtbogen einleitet und nach einer Zeitverzögerung auch den Schweißlichtbogen einleitet, und durch eine einstellbare Einrichtung zur Steuerung Stärke des Schweiölichtbogens,

   2· Gerät nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine einstellbare Einrichtung zur Begrenzung des Schweißlichtbogens unabhängig von der Zeit, zu der der Schweißlichtbogen gebildet wird,

   3· Gerät nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zum Antrieb der Betätigungseinrichtung des Spannfutters kurze Zeit vor Beendigung des Hauptschweißlichtbogens·

   4, Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Vollweggleichrichter in Reihe geschaltet ist mit einer dritten Wechselstromquelle, daß eine Sperrdiode mit dem Vollweggleichrichter und ein Glättungskondensator mit der Sperrdiode in Reihe geschaltet ist und daß die Einrichtung zur Bildung des Schweißlichtbogens mit der Sperrdio.de über Kontakte in Verbindung steht, so daß der Einrichtung

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   zur Bildung des Schweißlichtbogens pulsierender Gleichstrom zugeführt wird.

   5. Gerät nach Anspruch 1 und nach Anspruch 4» dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Bildung des Stehlichtbogens praktisch geglätteter Gleichstrom zugeführt wird·

   6. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Betätigung der Stoßeinrichtung für das Spannfutter in Richtung auf das Werkstück eine Reihenschaltung eines steuerbaren Siliciumgleichrichters und eines Kondensators aufweist, die zu einem steuerbaren Siliciumgleichrichter des Schweißwerkzeugös parallel geschaltet sind, so daß durch Ansprechen des steuerbaren Siliciumgleichrichters der Kondensator entladen und der leitende, steuerbare Siliciumgleichrichter in Sperrichtung vorgespannt wird.

   7. Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zur Bildung eines Stehlichtbogens zwischen dem Bolzen und dem Werkstück, wenn der Bolzen von der Rückzieheinrichtung vom Werkstück zurückgezogen wird, und durch eine Einrichtung zur anschließenden Bildung eines Hauptschweißlichtbogens zwischen dem Werkstück und dem Bolzen, während der Stehlichtbogen weiter brennt, wobei die Stärke des Hauptschweißlichtbogens durch Phasenanschnittsteuerung des Schweißlichtbogenstromes erfolgt.

   8. Gerät nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Phasenanschnittsteuerung eine Quelle für nicht geglätteten Gleichstrom aufweist.

   9. Gerät nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß zur Veränderung der Stärke des Schweißlichtbogens der Phasenanschnittsteuerung einstellbare Glieder zugeordnet sind.

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   10. Gerät nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch Mittel zur Begrenzung bzw. Beendigung des Stehlichtbogens, nachdem sich das Spannfutter auf das Werkstück zu bewegen beginnt·

   11. Gerät nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch Mittel zur Begrenzung bzw. Beendigung des Stehlichtbogens und des Hauptschweißlichtbogens , nachdem das Spannfutter beginnt sich auf das Werkstück zu zu bewegen. - '

   - PipI.-inc/E. Eder Dipl.-lng.WÖfechieschke

   8 München^ W*thtße34

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