DE3429248C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Bolzenschweißvorrichtung mit einer Schweißpistole mit einem Bolzenhalter, einer Elektro­ magnetspule, einem mit dem Bolzenhalter verbundenen Elektro­ magnetkern, einem Einschalter, einem elektrisch mit dem Bolzen­ halter verbundenen Schweißkabel, einer entfernt von der Schweißpistole angeordneten, über Steuerleitungen mit ihr ver­ bundenen Steuereinrichtung, mit auf das Schließen des Einschal­ ters ansprechenden Ansprechmitteln zur Einleitung des dann auto­ matisch ablaufenden Schweißzyklus über eine Steuereinheit zur Steuerung der Stromzufuhr zu der Spule, und Einrichtungen zur Stromspeisung des Schweißkabels zur Erzeugung eines Lichtbogens zwischen dem Bolzen und dem Werkstück.

Bislang sind im allgemeinen vier Steuerleitungen zwischen der Schweißpistole und der Steuereinheit verwendet worden, welche zusammen mit der Stromquelle für den Schweißlichtbogen in eini­ ger Entfernung in einem Gehäuse angeordnet ist. Zwei Leiter wa­ ren hierbei zwischen dem Einschalter der Schweißpistole und der in einiger Entfernung angeordneten Steuereinheit erforderlich, um den Schweißzyklus einzuleiten, und zwei Leiter waren für die Bewegung des Bolzens während des Schweißvorganges darüber hinaus notwendig. Der Schweißzyklus muß dabei unabhängig von der Stel­ lung des Einschalters ablaufen, damit die Zyklussteuerung unab­ hängig von einer Bedienungsperson erfolgen kann.

Zum Stand der Technik zählt weiterhin eine Schweißpistole, wel­ che drei Leitungen zwischen der Pistole und den Steuerelementen erforderlich macht (US-PS 42 97 560). Bei dieser bekannten Kon­ struktion wird darüber hinaus ein Erdleiter nur für den Schweiß­ strom benötigt; der Einschalter ist in Reihe geschaltet mit der Magnetspule, so daß der Schalter die Erregungsdauer dieser Spule steuert. Wenn der Einschalter die Steuerelemente so erregen soll, daß die Magnetspule unabhängig vom Schalter erregt wird, sind zusätzlich drei Leitungen erforderlich. Es erhöht sich da­ mit der konstruktive Aufwand.

Zum Stand der Technik zählt weiterhin eine Bolzenschweißvorrich­ tung, bei welcher ebenfalls drei Leitungen zwischen der Schweißpistole und den Steuerleitungen erforderlich sind (US-PS 38 26 893). Diese Leitungen treten durch eine Öffnung im unteren Bereich der Schweißpistole aus und führen zu der entsprechenden Schaltung, wohingegen durch eine andere Öffnung der Schweißpi­ stole das Hauptschweißkabel geleitet wird. Es ergibt sich damit wiederum ein hoher baulicher und technischer Aufwand.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Bolzenschweißvor­ richtung zu schaffen, bei welcher sich eine Reduzierung der Ko­ sten und des Bauaufwandes für die Verbindungsleitung zwischen einer Bolzenschweißpistole und der entfernt davon angeordneten Schweißsteuereinrichtung zur Einleitung und Steuerung des Schweißzyklus ergibt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst mit den Merkmalen ge­ mäß dem kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1. Die erfindungsge­ mäße Lösung sieht also ein Steuersystem mit zwei Leitungen zwi­ schen einer Bolzenschweißpistole und einer in einiger Entfernung angeordneten Steuereinheit vor, wobei die beiden Leitungen zur Einleitung eines Schweißzyklus nach Schließen des Einschalters an der Schweißpistole dienen und die Pistole und die in einiger Entfernung angeordnete Steuereinheit miteinander verbinden, um eine Bolzenbewegung während des Schweißzyklus unabhängig von der Position des Einschalters zu bewirken. Die Verwendung von nur zwei Leitungen und der Fortfall von weiteren Leitungen reduziert die Kosten des Gerätes, insbesondere im Baugewerbe, wo die Ent­ fernung zwischen Schweißpistole und Steuereinheit über 30 Meter betragen kann. Durch den Fortfall entsprechender Leitungen ist die Schweißpistole handlicher. Weiterhin verringern sich die Re­ paraturkosten bei Beschädigung der Leitungen. Darüber hinaus re­ duziert sich bei Verwendung von nur zwei Leitungen auch die Ge­ fahr eines unsachgemäßen Anschlusses dieser Leitungen durch eine Bedienungsperson, was eine Beschädigung der Steuereinrichtungen zur Folge haben kann.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher beschrieben.

Die Zeichnung zeigt eine schematische Ansicht und ein Schaltbild einer Stumpfschweißvorrichtung entsprechend der Erfindung, mit einem Stumpfschweißwerkzeug und einer in einiger Entfernung von diesem angeordneten Steuereinrichtung mit zwei Steuerleitern, welche das Werkzeug mit der Steuereinrichtung verbinden.

Die Schweißpistole 10 ist entsprechend der Zeichnung mit der in einiger Entfernung von dieser angeordneten Steuereinrichtung 12 verbunden. Die Schweißpistole 10 umfaßt ein Hauptgehäuse 14 aus einem dielektrischen Material, das im allgemeinen aus mehreren Einzelbauteilen besteht. Am vorderen Ende der Schweißpistole 10 befindet sich ein Futter 16, welches einen Bolzen 18 hält, der an ein Werkstück 20 angeschweißt werden soll. Der Bolzen 18 umgibt einen Schutzschild 22.

Der Schutzschild 22 ist so angeordnet, daß das Ende des Bol­ zens 18 etwas über den Schutzschild 22 vorsteht, bevor es an das Werkstück angedrückt wird. Hierdurch wird sicherge­ stellt, daß der Bolzen 18 zu Beginn in gutem elektrischem Kontakt mit dem Werkstück steht. Der Schutzschild 22 ist von einem einstellbaren Support 24 gehalten. Dieser ist mittels eines Paares einstellbarer, an dem Gehäuse 14 befe­ stigter Arme 26 an der Vorderseite der Schweißpistole 10 gehalten. Anstelle eines bleibenden Schutzschildes 22 können auch übliche entfernbare Ringe verwendet werden, die durch einen geeigneten Support in einer ähnlichen Lage gehalten werden.

Das Futter 16 für den Bolzen 18 oder dergleichen ist an einem Futterarm 28 befestigt, welcher elektrisch mittels einer Lei­ terklemme 30 mit einem Hauptschweißkabel 32 verbunden ist. Ein rückwärtiger Klemmenteil 34 ist an der Klemme 30 befe­ stigt und weist einen Elektromagnetkern 36 auf. Der Kern 36 bewegt sich zusammen mit der Klemme 30, dem Teil 34, dem Futterarm 28, dem Futter 16 und dem Bolzen 18 in Längsrich­ tung der Schweißpistole 10. Der Kern 36 erstreckt sich zum Bewegen und Halten in eine Elektromagnetspule 38. Wird die Spule 38 über die Leiter 40 und 42 mit Strom gespeist, so wird der Kern 36 in die Spule 38 hineingezogen. Ein einstell­ barer Anschlag 44 am hinteren Ende der Spule 36 bestimmt, wie weit der Kern in die Spule 38 gezogen wird. Damit wird auch festgelegt, wie weit der Bolzen 18 von dem Werkstück während des Schweißzyklus entfernt wird. Eine Gegenfeder 46 holt den Bolzen 18 wieder an das Werkstück heran, nachdem für eine bestimmte Zeitdauer zwischen diesen ein Hauptschweiß­ lichtbogen erzeugt und der Strom zu der Spule 38 abgeschaltet worden ist.

Der Bolzen-Schweißzyklus wird durch Drücken eines Auslösers 48 eingeleitet und fortgesetzt, wenn entweder der Auslöser 48 sofort freigegeben oder bis zum Ende des Schweißzyklus gedrückt gehalten wird. Der Schweißzyklus wird durch eine Steuereinheit 50 gesteuert. Diese wird von einer Stromquelle 52 gespeist. Beide sind normalerweise in einem stationären Gehäuse in einiger Entfernung von der Schweißpistole 10 angeordnet. Der Schweiß-Stromkreis wird durch eine Erdleitung 54 an dem Werkstück 20 und eine Erdleitung 56 an der Schweißstromquelle 52 geschlossen. Die übrigen Bauteile der Schweiß- Steuereinrichtung können in einem Modul entweder in dem Gehäuse oder auf diesem angeordnet und mit der Schweißzyklus- Steuereinheit 50 verbunden sein.

Der Abstand zwischen der Schweißpistole 10 und der Steuereinrichtung 12 kann beträchtlich sein, oftmals mehr als 30 m, wenn das Gerät beispielsweise auf Baustellen verwendet wird. Bisher waren zwischen der Schweißpistole 10 und der Steuereinrichtung 12 zusätzlich zu dem Hauptschweißkabel 32 vier elektrische Leiter erforderlich. Zwei Leiter wurden zwischen dem Ein-Aus-Schalter der Schweißpistole 10 und der in einiger Entfernung angeordneten Steuereinrichtung zur Einleitung des Schweißzyklus und zwei Drähte für die Stromzufuhr zu der Magnetspule 38 benötigt, um die Bewegung des Bolzens während des Schweißzyklus zu steuern.

Bei der Erfindung sind zwischen Schweißpistole 10 und Steuereinrichtung 12 nur zwei Leiter erforderlich. Die Verwendung von nur zwei Leitern bedeutet eine Kostenersparnis, insbesondere, wenn lange Leiter erforderlich sind. Durch den Wegfall von zwei Leitern läßt sich die Schweißpistole 10 aufgrund des geringeren Leitergewichts leichter handhaben. Auch werden oftmals Leiter beschädigt, insbesondere auf Baustellen oder dergleichen, so daß sich auch die Instandhaltungs- und Reparaturkosten entsprechend verringern. Darüber hinaus ist auch die Wahrscheinlichkeit bei Verwendung von nur zwei Leitern geringer, daß die Leiter unsachgemäß angeschlossen werden. Somit wird die Gefahr von Schäden an der Vorrichtung verringert.

Soll der Schweißzyklus eingeleitet werden, so wird der Bolzen 18 gegen das Werkstück 20 gepreßt, bis der Schutzschild 22 mit dem Werkstück 20 in Berührung kommt. Wird dann der Auslöser 48 gedrückt, so wird die Elektromagnetspule 38 erregt. Der Kern 36 wird in die Spule 38 hineingezogen, und der Futterarm 28, das Futter 16 und der Bolzen 18 werden von dem Werkstück 20 entfernt. Zwischen dem Bolzen 18 und dem Werkstück 20 bildet sich ein Pilot-Lichtbogen. Hierauf wird der Hauptschweißlichtbogen erzeugt.

Nach einer bestimmten vorgegebenen Zeit wird dann die Stromspeisung der Spule unterbrochen und die Feder 46 bewegt den Kern 36, den Futterarm 28, das Futter 16 und den Bolzen 18 in Richtung zum Werkstück 20 hin. Der Hauptschweißlichtbogen wird im allgemeinen solange aufrechterhalten, bis der Bolzen 18 mit dem Werkstück 20 in Berührung kommt. Dadurch wird sichergestellt, daß geschmolzenes Metall am Ende des Bolzens 18 und an dem Werkstück 20 im geschmolzenen Zustand verbleiben, bis der Kontakt hergestellt ist. Das geschmolzene Metall verfestigt sich nach Beendigung des Schweißvorgangs.

Das Steuersystem besteht aus einer Niederspannungsquelle PS, vorzugsweise einer Wechselstromquelle, wobei jedoch auch eine Gleichstromquelle mit der angegebenen Polarität verwendet werden kann, einer Erfassungseinrichtung in Form eines gestrichelten Niederstromerfassungskreises SC sowie aus den in der Schweißpistole 10 angeordneten Dioden D 1 und D 2.

Bei Drücken des Auslösers 48 werden die Kontakte eines Einschalters 58 geschlossen. Hierdurch entsteht ein geschlossener Stromkreis von der Stromquelle PS über Leiter 60 und 62, einen Begrenzungswiderstand R 1 und eine Sperrdiode D 1, einen Leiter 64 sowie einen Leiter 66. Die Leiter 60 und 66 sind die einzigen, die die Schweißpistole 10 mit der Steuereinrichtung 12 verbinden. Über die vorgenannte Stromquelle PS entsteht an einem Kondensator C 1 eine Spannung, die einen durch eine Diode D 3 gleichgerichteten und durch einen Widerstand R 2 begrenzten Strom erzeugt.

Die Sperrdiode D 2 in der Schweißpistole verhindert, daß der Strom durch die Elektromagnetspule 38 fließt, die Diode D 4 in der Steuereinrichtung verhindert, daß die Steuerspannung an der Steuereinheit 50 für die Magnetspule auftritt. Eine Zener-Diode ZD begrenzt die Spannung an dem Kondensator C 1 auf einen zulässigen Wert.

Die Spannung an dem Kondensator C 1 wird an den Niederstrom­ erfassungskreis SC angelegt. Der Stromkreis umfaßt einen Unÿunction-Pulskreis sowie einen daran angeschlossenen op­ tisch-gekoppelten siliciumgesteuerten Gleichrichter. Ein Kon­ densator C 2 in dem Stromkreis SC wird über einen Widerstand R 3 bis zum Zündpunkt eines Unÿunction-Transistors U 1 geladen. Wird der Transistor U 1 leitend, so entlädt sich der Konden­ sator C 2 über eine lichtemittierende Diode OPTe die einen Infrarotlicht-Entladungsstoß abgibt. Ein lichtempfindlicher siliciumgesteuerter Gleichrichter OPTd, der sich in demsel­ ben Modul wie die Diode OPTe befindet und Teil des Erfassungs­ stromkreises SC ist, erfaßt dieses Licht und wird leitend. Der Gleichrichter OPTd ist mit der Auslöserschaltung der Schweißzyklus-Steuereinheit 50 verbunden und leitet den Schweiß­ vorgang ein.

Zu Beginn des Schweißzyklus fließt Strom durch einen Leiter 68, die Diode D 4 den Leiter 6 0, den Leiter 40 die Diode D 2 und den Elektromagneten 38, dann wieder zurück durch den Leiter 42, den Leiter 66 und die Steuerschaltung 50. Mit die­ sem Strom wird die Elektromagnetspule 38 erregt und der Bol­ zen 18 während des Schweißzyklus angehoben. Eine an die Spule 38 angelegte Diode D 5 und ein Widerstand R 4 bilden zum Schutz der Steuerschaltung eine freitragende Brücke. Der Widerstand R 2 begrenzt während des Schweißzyklus zum Schutz der Stromquelle PS den Strom durch die Elektromagnet­ spule 38.

Der Erfassungsstromkreis SC kann durch andere Niederstrom­ Übertragungsschaltungen, ersetzt werden, die die Fähigkeit besitzen, die Steuereinheit 50 einzu­ schalten.

Claims (3)

1. Bolzenschweißvorrichtung mit einer Schweißpistole (10) mit einem Bolzenhalter, einer Elektromagnetspule, einem mit dem Bolzenhalter (16) verbundenen Elektromagnetkern (36), einem Einschalter (58), einem elektrisch mit dem Bolzenhalter (16) verbundenen Schweißkabel (32), einer entfernt von der Schweißpistole (10) angeordneten, über Steuerleitungen mit ihr verbundenen Steuereinrichtung (12), mit auf das Schließen des Einschalters (48) ansprechenden Ansprechmitteln (PS, SC) Zur Einleitung des dann automatisch ablaufenden Schweißzyklus über eine Steuereinheit (50) zur Steuerung der Stromzufuhr zu der Spule, und Einrichtungen zur Stromspeisung des Schweiß­ kabels zur Erzeugung eines Lichtbogens zwischen dem Bolzen und dem Werkstück, dadurch gekennzeichnet,
daß in der Schweißpistole Leitungen (62, 64) vorgesehen sind, die eine Verbindung von Kontakten des Einschalters zu zwei zwischen Schweißpistole und Steuereinheit (12) verlaufenden Steuerleitungen (60, 66) herstellen,
daß Leitungen (40, 42) vorgesehen sind, die eine parallele Verbindung von den Leitungen (62, 64) zu Anschlüssen der Ma­ gnetspule (38) herstellen,
daß in Serie zu zwei der Leitungen (60, 64) Dioden (D 1, D 2) vorgesehen sind, durch die der Stromfluß durch die Magnet­ spule (38) nur in eine Richtung und der Stromfluß durch den Einschalter (58) nur in der entgegengesetzten Richtung mög­ lich ist, und
daß die als Niederspannungsquelle (PS) und Niederstromerfas­ sungskreis (SC) ausgebildeten Ansprechmittel mit der mit ei­ ner weiteren Spannungsquelle versehenen Steuereinrichtung (50) elektrisch parallel geschaltet sind.

2. Bolzenschweißvorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch zwei lichtemittierende Dioden (RD, GD), die elektrisch in entgegengesetzten Richtungen an die Leiter (60, 66) zur Anzeige dreier Betriebszustände angeschlossen sind.

3. Bolzenschweißvorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine lichtemittierende Diode (GD), die in den Leitern (60, 66) zur Anzeige eines Betriebszustandes in einer Rich­ tung angeschlossen ist, und eine zweite lichtemittierende Di­ ode (RD), die an die Leiter (60, 66) zur Anzeige eines weite­ ren Betriebszustandes der Vorrichtung in entgegengesetzter Richtung angeschlossen ist, wobei die lichtemittierenden Di­ oden beide gleichzeitig aufleuchten können, um einen dritten Betriebszustand der Vorrichtung anzuzeigen.