DE2614655C2 - Kondensatorentladungs-Bolzenschweißgerät - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Kondensatorentladungs-Bolzenschweißgerät mit einer Kondensatorbatterie zur Speicherung der für den Schweißvorgang erforderlichen elektrischen Energie, mit einer Lade- und Steuereinrichtung für die Kondensatorbatterie und mit einer Schweißpistole.

Bei bekannten Kondensatorentladungs-Bolzenschweißgeräten von der eingangs genannten Art ist die Kondensatorbatterie mit der Lade- und Steuereinrichtung zu einer Geräteeinheit zusammengebaut. Diese Geräteeinheit ist über Schweißkabel zum Führen des Schweißstroms und Steuerleitungen für die Auslösung des Schweißvorgangs mit der Schweißpistole verbunden.

Kondensatorentladungs-Bolzenschweißgeräte von der vorgenannten Art besitzen eine Reihe von Nachteilen. Da die Geräteeinheit mit der Kondensatorbatterie und der Lade- und Steuereinrichtung verhältnismäßig schwer ist, müssen die Schweißkabel und Steuerleitungen zur Verbindung mit der Schweißpistole in der Regel verhältnismäßig lang ausgeführt werden, damit ein ausreichender Aktionsradius mit der Schweißpistole sichergestellt ist. Da jedoch der Schweißstrom in Form eines hohen Stromimpulses verhältnismäßig kurzer Dauer fließt, treten auf den Schweißleitungen infoige induktiver und ohmscher Widerstände verhältnismäßig hohe Verluste auf. Um an der Schweißstelle eine ausreichend hohe Schweißspannung für ein zufriedenstellendes Schweißergebnis sicherzustellen, muß die Kondensatorbatterie auf Spannungswerte im Bereich von 140 bis 200 VoI: und damit verhältnismäßig hohe Spannungswerte aufgeladen werden. Bei Arbeiten mit niedrigeren Spannungen kommt infolge der Leistungsverluste der langen Schweißkabel kein ausreichender Schweißstrom mehr zustande.

Die Aufladung der Kondensatorbatterie auf die genannten hohen Spannungen ist jedoch vielfach unerwünscht. Zum Beispiel ist nach den bestehenden Arbeitsschutzvorschriften bei Arbeiten in engen Räumen nur eine Gleichspannung von maximal 100 Volt erlaubt. Mit bisherigen Bolzenschweißgeräten können deshalb Arbeiten in engen Räumen nicht ausgeführt werden.

Ein weiterer Nachteil der bekannten Kondensatorentladungs-Bolzenschweißgeräte liegt darin, daß deren Aktionsradius infolge der schweren unhandlichen Schweißstromkabel begrenzt ist und daß immer eines der Schweißstromkabel an das Werkstück angeklemmt werden muß.

Durch die Erfindung sollen insbesondere die vorgenannten Nachteile vermieden werden und ein kleineres, leichteres und in einem größeren Aktionsradius handhabbares Kondensatorentladungs-Bolzenschweißgerät geschaffen werden.

Gemäß der Erfindung wird dies dadurch erreicht, daß die Kondensatorbatterie direkt an der Schweißpistole angebaut ist.

Durch diese Maßnahme entfallen die bisher notwendigen Schweißstromkabel. Die Kondensatorentladungspistole ist nur noch über Steuerleitungen mit einer Geräteeinheit verbunden, welche die Lade- und Steuereinrichtungen aufweist.

Da die Schweißstromleitungen, wenn man sie überhaupt als solche bezeichnen kann, zwischen der Kondensatorbatterie und dem Werkstück außerordentlich kurz sind, treten auch entsprechend geringe Leitungsverluste auf. Dies hat wiederum zur Folge, daß man mit geringeren Spannungen bei der Kondensatorbatterie auskommt. Die Kondensatorbatterie braucht deshalb weniger spannungsfest ausgebildet zu werden und kann insgesamt eine geringere Kapazität aufweisen. Dadurch ist es möglich, kleinere, leichtere und weniger aufwendi-

ge Kondensatorbatterien zu verwenden. Die Praxis hat gezeigt, daß die für ein Kondensatorentladungs-Bolzenscbweißgerät gemäß der Erfindung notwendigen Kondensatorbatterien so klein und leicht sinil, daß eine mit ihnen ausgestattete Schweißpistole ausreichend klein und leicht bleibt, um eine einwandfreie Handhabung durch eine Bedienungsperson zu erlauben. Da der Ladestrom von der Geräteeinheit mit der Lade- und Steuereinrichtung zur Schweißpistole im Vergleich zum Schweißst^rom klein ist, kann die Ladeleitang zwischen der Geräteeinheit und der Schweißpistole fast beliebig lang sein und einen geringen Querschnitt aufweisen. Auf diese Weise wird dor bisher begrenzte Aktionsradius der Schweißpistole erheblich erweitert

Die Praxis hat gezeigt daß man mit Spannungen an der Kondensatorbatterie von etwa 75 Volt auskommt Damit kann die Schweißpistole gemäß der Erfindung auch in engen Räumen verwendet werden, wo gemäß den Arbeitsschutzvorschriften Gleichspannungen nur bis höchstens 100 Volt zulässig sind.

Vorzugsweise wird die Kondensatorbatterie für die Schweißpistole gemäß der Erfindung mit Spannungen im Bereich über 50 Volt welche im Hinblick auf den erforderlichen Schweißstrom die untere Grenze bilden, und bis 100 Volt betrieben, um auch noch ein Arbeiten in engen Räumen im Hinblick auf die entsprechenden Arbeitsschutzvorschriften zu ermöglichen.

Vorzugsweise ist wenigstens ein Fuß der Schweißpistole als Kontakt zum Werkstück ausgebildet. Dieses Merkmal ist deshalb wesentlich, weil dann das Nachsetzen der üblichen Masseklemme am Werkstück entfällt und die Aktionsfreiheit und der Aktionsradius beim Arbeiten mit der Schweißpistole erheblich größer werden. Um einen sicheren Kontakt zwischen der Schweißpistole und dem Werkstück zu erreichen, wird es vorgezogen, daß die Schweißpistole drei Füße aufweist, mit welchen sie auf das Werkstück aufgesetzt wird, und daß alle drei Füße als Kontakte zum Werkstück ausgebildet sind. Diese Kontakte bilden den einen Verbindungspol zum Werkstück, wobei der andere von dem anzuschweißenden Schweißelement geschaffen wird. Beim Schweißvorgang fließt also der Schweißstrom vom Kondensator-Pluspol über die Kontaktfüße, das Werkstück, das auf das Werkstück zubewegte anzuschweißende Schweißelement, den Halter für das Schweißelement in der Schweißpistole und eine flexible Leitung zum Kondensator-Minuspol zurück.

Die Geräteeinheit mit der Lade- und Steuereinrichtung wird ihrerseits an eine Stromquelle, zum Beispiel das 220 Volt Wechselstromnetz angeschlossen.

Vorzugsweise sind die Kontakte an den Füßen der Schweißpistole als Verschleißkontakte ausgebildet, die nach entsprechendem Verschleiß, der insbesondere bei nicht einwandfreier Kontaktgabe auftritt, ausgewechselt werden können.

Die Schweißpistole gemäß der Erfindung bietet den weiteren Vorteil, daß die Auslösung des Schweißvorgangs nicht mehr, wie bei den bisher bekannten Geräten üblich, elektrisch ausgelöst wird, sondern vielmehr durch mechanische Auslösung der Vorschnellbewegung des Schweißelementes auf das Werkstück zu erfolgen kann. Dadurch kann die Schweißpistole erheblich einfacher und weniger aufwendig ausgebildet werden. In diesem Fall muß das Gerät allerdings so ausgebildet sein, daß der Auslöser zur Auslösung des Schweißvorgangs nur dann freigegeben wird, wenn die Kondensatorbatterie auf die Schweißspannun.g aufgeladen ist.

Da die Leitungsverluste infolge der geringen Schweißleitungslänge niedrig sind, ist der Schweißstromimpuls nadelförmig. Die Verwendung der bekannten Schweißelemente mit stumpfem Vorderende und einem davon abragenden zylindrischen Ansatz (Tip) können bei der Verwendung mit der Schweißpistole gemäß der Erfindung Probleme mit sich bringen, da die vorhandene Schweißenergie zu einem erheblichen Teil abgeflossen ist bis dieser zylindrische Ansatz (Tip) geschmolzen ist wobei dann nicht immer eine ausreichende Schweißverbindung hergestellt wird. Vorteilhaft wird deshalb mit der Schweißpistole gemäß der Erfindung ein Schweißelement mit einer Kegelspitze oder einem paraboloidischen Ende an seinem vorderen Ende verwendet wobei die Erzeugende des Kegelmantels der Kegelspitze mit einer Ebene senkrecht zur Achse des Schweißelementes einen Winkel im Bereich von 15° bis 40°, vorzugsweise zwischen 20 und 35° einschließt Da diese Spitze beim Fließen des Schweißstroms den sehr hohen Entladestrom der Kondensatorbatterie nicht füh- ren kann, verdampft sie und erzeugt so einen Lichtbogen. Dieser bildet sehr rasch ein Schmelzbad, in das das Schweißelement im weiteren Verlauf eintaucht und angeschweißt wird.

Bei einem paraboloidischen Schweißende läuft der Schweißvorgang genauso ab.

Die Schweißpistole gemäß der Erfindung erlaubt es auch, mit kleinerer Anpreßkraft des Schweißeiementes und kleinerem Luftspalt zwischen der Vorderspitze des Schweißelementes in seiner Ausgangslage und dem Werkstück als bei bisher bekannten Kondensatorentladungs-Bolzenschweißgeräten auszukommen.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen und unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben, wobei wegen der Offenbarung der Erfindung ausdrücklich auch auf die Zeichnung wegen deren klarer und einfacher Darstellung Bezug genommen wird. Es zeigt

F i g. 1 ein schematisches Blockschaltbild des Lade und Steuergerätes und eine Prinzipdarstellung der Schweißpistole gemäß der Erfindung,

F i g. 2 eine schematische Darstellung der Schweißpistole gemäß der Erfindung,

F i g. 3 eine Prinzipdarstellung der Schweißstromverläufe eines bekannten Kondersatorentladungs-Bolzenschweißgerätes und des Bolzenschweißgerätes gemäß der Erfindung und

Fig.4 die stirnseitige Ausbildung eines für die Verwendung mit dem Bolzenschweißgerät gemäß der Erfindung besonders geeigneten Schweißbolzens.
In Fig. 1 ist ein Lade- und Steuergerät 1 und eine Schweißpistole 2 dargestellt. Das Lade- und Steuergerät 1 weist einen Transformator 3 mit nachgeschaltetem Gleichrichter 4 auf. Eine Steuerschaltung 5 steuert über einen Ladestromschalter 6 die Größe und Zeitdauer des Ladestroms zum Aufladen der Kondensatorbatterie 7 in der Schweißpistole 2. Mit einer Entladeschaltung 8 kann die Kondensatorbatterie 7 auch ohne einen betriebsmäßigen Schweißvorgang entladen werden.

Das Lade- und Steuergerät 1 ist mit der Schweißpistole 2 über Leitungen verbunden, welche den Ladestrom führen, sowie über weitere Leitungen verbunden, über die die erforderlichen Steuersignale z. B. zur Steuerung der Aufladung der Kondensatorbatterie, übertragen werden. In der schematischen Darstellung von Fig. 1 ist diese Mehrzahl von Leitungen schematisch mit nur einer einzigen Leitung dargestellt.

Da sowohl die Ladestromleitungen als auch die Steuerleitungen nur einen verhältnismäßig kleinen Strom

führen müssen, können sie entsprechend dünn und flexibel ausgelegt werden.

Die Auslösung des Schweißvorgangs erfolgt durch einen Trigger 9. Nach der Auslösung des Schweißvorgangs wird der Bolzen IO zusammen mit einer Halterung entweder durch einen Elektromagneten oder eine Feder gegen das nicht dargestellte Werkzeug vorwärtsbewegt, bis ein Stromkreis geschlossen ist, in dem der Bolzen 10 mit seiner Halterung die Kondensatorbatterie 7 und ein Fuß 11, mit welchem die Schweißpistole auf das Werkstück aufgesetzt ist, und das Werkstück liegen.

In Fig.2 ist schematisch die räumliche Anordnung der einzelnen Bauteile in der Schweißpistole gezeigt Wie aus F i g. 2 ersichtlich, besitzt die Schweißpistole mehrere Füße 11, vorzugsweise drei.

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bei einem herkömmlichen Kondensatorentladungs-Bolzenschweißgerät, bei dem die Kondensatorbatterie im Lade- und Steuergerät angeordnet und über Schweißstromkabe! mit der Schweißpistole verbunden ist, mit gestrichelten Linien gezeigt. Man erkennt deutlich, daß aufgrund der Leitungsparameter der verhältnismäßig langen Schweißstromkabel der Maximalwert des Schweißstromes nicht allzu hohe Werte erreicht, daß aber der Schweißstrom verhältnismäßig lange fließt.

Die ausgezogene Linie in Fig. 3 zeigt den Schweißstromverlauf bei einem Bolzenschweißgerät gemäß der Erfindung. Wiederum kann deutlich erkannt werden, daß aufgrund der sehr kurzen Schweißstiomwege der Schweißstrom zunächst sehr steil und auf einen verhältnismäßig hohen Wert ansteigt um danach wieder sehr steil abzufallen. Bei a endet jeweils der Lichtbogen.

Wegen der sehr kurzen Brenndauer des Lichtbogens bei dem Bolzenschweißgerät gemäß der Erfindung hat es sich als zweckmäßig erwiesen, statt der bisherigen Schweißbolzen mit einem an der Stirnseite vorgesehenen Pin Schweißbolzen von der in F i g. 4 gezeigten Art zu verwenden, bei denen die vordere Stirnseite entweder kegelförmig oder paraboloidisch ausgebildet ist.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (10)

Patentansprüche:

1. Kondensatorentladungs-Bolzenschweißgerät mit einer Kondensatorbatterie zur Speicherung der für den Schweißvorgang erforderlichen elektrischen Energie, mit einer Lade- und Steuereinrichtung für die Kondensatorbatterie und mit einer Schweißpistole, dadurch gekennzeichnet, daß die Kondensatorbatterie direkt an der Schweißpistole angebaut ist.

Z Bolzenschweißgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kondensatorspannung zwischen 50 und 100 Volt, vorzugsweise zwischen 70 und 90 Volt und insbesondere etwa 75 Volt beträgt.

3. Bolzenschweißgerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Fuß der Schweißpistole als Kontakt zum Führen des Schweißstroms zum Werkstück ausgebildet ist

4. Bolzenschweißgerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schweißpistole drei Füße aufweist, die alle als Kontakte zum Führen des Schweißstroms zum Werkstück ausgebildet sind.

5. Bolzenschweißgerät nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontakte an den Füßen der Schweißpistole als Verschleißkontakte ausgebildet sind.

6. Bolzenschweißgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Auslösung des Schweißvorgangs durch mechanische Auslösung der Vorschnellbewegung des Schweißelementes auf das Werkstück zu erfolgt.

7. Bolzenschweißgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein zusätzlicher vierter Fuß als gefederter Fühler dient und einen Steuerkreis beim Aufsetzen der Pistole auf das Werkstück schließt und damit den Aufladevorgang auslöst.

8. Bolzenschweißgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Luftspalt zwischen dem vorderen Ende des Schweißelementes von dem Werkstück zwischen 1 mm und 6 mm, vorzugsweise zwischen 1 mm und 3 mm beträgt.

9. Verwendung eines Schweißelements mit einem Bolzenschweißgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Schweißelement am vorderen Ende mit einer Kegelspitze ausgebildet ist, wobei die Erzeugende des Mantels der Kegelspitze mit einer Ebene senkrecht zur Achse des Schweißelements einen Winkel im Bereich von 15° bis 40°, vorzugsweise zwischen 20° und 30°, einschließt.

10. Verwendung eines Schweißelements mit einem Bolzenschweißgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Schweißelement am vorderen Ende parabolisch ausgebildet ist, wobei die Parabel durch die hintere Ringfläche des Anschwjißendes begrenzt wird und die Parabel vorzugsweise im Bereich y = V₄ χ ² bis y = x² liegt.