DE3526855C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schweißenergieversor­ gungseinheit zum Bereitstellen eines Schweißstroms beim Widerstandsschweißen nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Eine derartige Schweißenergieversorgungseinheit ist aus der US 26 97 200 bekannt. Die Stromeinstelleinrichtung dieser Einheit steuert den Strom im Sekundärkreis der Drossel derart, daß die Impedanz der Drossel vergrößert und der Schweißstrom auf den vorbestimmten Wert oder kleiner eingestellt wird. Daher ist bei der Schweißener­ gieversorgungseinheit dieser Druckschrift ein offener Wirkungsablauf vorhanden.

Aus der DE-Zeitschrift "Schweißen und Schneiden", 33 (1981), Heft 8, Seiten 368 bis 371, ist es ferner ansich bekannt, bei Widerstandsschweißvorrichtungen eine Schweiß­ stromregelung vorzunehmen.

Wird beispielsweise bei einem Nahtschweißvorgang Schweiß­ strom den zu schweißenden Materialien zugeführt, um Joul′sche Wärme zu erzeugen, ist die Menge der erzeugten Joul′schen Wärme bestimmt durch die Beziehung I²Rt, das heißt, sie ist proportional dem Quadrat des Schweißstroms.

Daher variiert die erzeugte Wärmemenge bei einem Schweiß­ vorgang mit sinusförmigem Strom bei Netzfrequenz von 50 Hz oder 60 Hz stark, so daß ein Zerstäuben, Ausstoßen oder Oberflächenaufblitzen auftritt, die geschweißten Teile brechen und die Schweißqualität verringert wird.

Da die zu schweißenden Materialien kleine thermische Kapazitäten haben, ist es beim Schweißen von dünnen Platten sehr schwierig, geeignete Schweißbedingungen zu bestimmen und eine Materialkontrolle für die zu schwei­ ßenden Materialien durchzuführen.

Wenn für einen Nahtschweißvorgang, der mit einphasiger Rechteckwellenspannung ausgeführt wird, eine Schweiß­ maschine mit einem niedrigen Last-Leistungsfaktor verwendet wird, fließt ein Schweißstrom mit im wesent­ licher dreieckiger Wellenform. Daher treten beim Naht­ schweißvorgang ähnliche Schwierigkeiten wie oben beschrieben auf.

Um diese Schwierigkeiten zu eliminieren, ist in der JP-A-25 886/1983 ein Schweißverfahren vorgeschlagen worden, bei welchem dann, wenn der Schweißstrom einen vorbestimmten Wert überschreitet, ein in einem Leistungs­ wandler für eine Wechselstromquelle vorgesehenes Schalt­ element intermittierend betrieben wird, um einen Schweiß­ strom mit Rechteckwellenform zu erhalten. Diese konven­ tionelle Technik ist jedoch insofern nachteilig, als es erforderlich ist, das Schaltelement mit hoher Genauig­ keit ein- und auszuschalten, der Leistungsverlust relativ hoch ist und das Schaltelement eine große Kapazität auf­ weisen muß. Weiter vergrößert das Ein- und Ausschalten des Schaltelements mit hoher Geschwindigkeit die Blindleistung.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Schweißenergieversorgungseinheit der im Oberbegriff des Anspruches 1 angegebenen Art zu schaffen, die unter Elimi­ nierung der zuvor beschriebenen Probleme eine Regelung des Schweißstromes durchführt.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch die Merkmale des Anspruches 1.

In Anspruch 2 ist eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung angegeben.

Die Erfindung ist im folgenden anhand eines Ausführungsbei­ spiels und anhand der Zeichnungen näher erläutert. In den Zeichnungen zeigt:

Fig. 1 ein Blockschaltbild einer bevorzugten Aus­ führungsform der Erfindung,

Fig. 2 eine Vorderansicht der in dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung verwendeten Elektroden,

Fig. 3 ein Schaltbild einer Drossel und einer Strom­ regeleinheit in dem bevorzugten Ausführungs­ beispiel der Erfindung,

Fig. 4 ein Schaltbild einer Oszillatoreinheit in dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung,

Fig. 5 ein eine Wellenform eines konventionellen Schweißstroms darstellendes Diagramm,

Fig. 6 eine die Wellenform eines Basisstroms eines Haupttransistors darstellendes Diagramm,

Fig. 7 ein die Wellenform eines Gleichstroms in dem Sekundärkreis der Drossel darstellendes Dia­ gramm und

Fig. 8 ein die Wellenform eines Schweißstroms in dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Er­ findung darstellendes Diagramm.

Die Fig. 1 bis 3 zeigen ein bevorzugtes Ausführungsbei­ spiel der Erfindung. In diesen Figuren bezeichnen die Bezugszeichen 1 und 2 zu schweißende plattenförmige Teile, welche aufeinandergeschichtete Endteile aufweisen, 3 und 4 Rollenelektroden zum Nahtschweißen, 5 einen Schweißtransformator, 6 eine 600 Hz-Wechselstromquelle einschließlich eines nicht gezeigten Gleichrichters zum Umsetzen eines Dreiphasenwechselstroms mit Netzfre­ quenz in einem Gleichstrom gewünschter Höhe und eines nicht gezeigten Umsetzers zum Umsetzen von Gleichstrom in hochfrequenten Wechselstrom, 7 eine Drossel mit einem Eisenkern, welcher eine Sekundärwicklung 7a mit Mittel­ abgriff und eine zwischen den Schweißtransformator und die Wechselstromquelle geschaltete Primärwicklung 7b aufweist, und 8 einen mit der Sekundärwicklung 7a der Drossel 7 verbundenen Stromregler. Der Stromregler 8 ist derart ausgelegt, daß, wenn der Schweißstrom einen vorbestimmten Wert überschreitet, der Strom in der Se­ kundärwicklung 7a so gesteuert wird, daß die Impedanz der Drossel 7 zunimmt, wodurch der Schweißstrom auf einem Wert kleiner als der vorbestimmte Wert gehalten wird.

Fig. 3 zeigt den Stromregler 8 im einzelnen. In Fig. 3 bezeichnen die Bezugszeichen 9 und 10 Dioden zum Gleich­ richten des Stromes der Sekundärwicklung 7a, 11 einen in dem Kreis, in welchem der von den Dioden 9 und 10 ab­ gegebene Gleichstrom fließt, vorgesehenen Haupttransistor, 12 eine Glättungsdrossel zum Glätten des Gleichstroms und damit Glätten des Schweißstroms, 13 einen Stromwandler zum Erfassen von Gleichstrom, 14 einen Widerstand zum Vorsehen einer Spannung entsprechend den von dem Strom­ wandler erfaßten Strom, 15 einen Widerstand, 16 eine Stromeinstelleinheit, welche eine Spannung entsprechend einem eingestellten Stromwert (z. B. I_F) abgibt, 17 einen Operationsverstärker, welcher eine Ausgangsgröße abgibt, wenn der von dem Stromwandler erfaßte Stromwert größer als der von der Stromeinstelleinheit 16 eingestellte Strom ist, und 18 einen Oszillator.

Wenn der Operationsverstärker 17 keine Ausgangsgröße ab­ gibt, erlaubt der Oszillator 18, daß ein Basisstrom zu dem Haupttransistor 11 fließt, wie es in Fig. 6 gezeigt ist; wenn der Operationsverstärker 17 eine Ausgangsgröße abgibt, schwingt der Oszillator mit etwa 10 kHz, um den Basisstrom zu unterbrechen, wie es ebenfalls in Fig. 6 gezeigt ist. Die Widerstände 14 und 15, die Stromein­ stelleinheit 16, der Operationsverstärker 17 und der Oszillator 18 bilden eine Oszillatoreinheit 19. In Fig. 3 bezeichnet das Bezugszeichen P eine positive Klemme, welche mit dem nicht gezeigten positiven Gleich­ strompfad der Wechselspannungsquelle verbunden ist, und das Bezugszeichen N die negative Klemme, welche mit dem nicht gezeigten negativen Gleichstrompfad der Wechsel­ spannungsquelle 6 verbunden ist. Weiter bezeichnet in Fig. 3 das Bezugszeichen 20 eine Diode und das Bezugs­ zeichen 21 einen Elektrolytkondensator.

Im folgenden ist der Betrieb der derart aufgebauten Schweißenergieversorgungseinheit beschrieben. Bei einem Schweißvorgang werden die Elektroden 3 und 4 auf den plattenförmigen Teilen 1 und 2 gedreht, während letzte­ re unter Druck gesetzt werden, so daß Schweißstrom von der Wechselstromquelle 6 durch den Schweißtransformator 5 zu den Teilen 1 und 2 zugeführt wird, um Joule′sche Wärme zu erzeugen und die Teile 1 und 2 zu verschweißen.

Die Ausgangsspannung der Wechselspannungswelle 6 ist eine Rechteckwelle. Wenn jedoch die Drossel 7 weggelas­ sen wird, macht die Induktivität des Schweißtransforma­ tors 5 usw. die Wellenform des Schweißstromes dreieckig, wie in Fig. 5 gezeigt. In dem oben beschriebenen Aus­ führungsbeispiel der Erfindung gibt der Operationsver­ stärker 17 keine Ausgangsgröße ab, wenn der Schweißstrom kleiner als der durch die Stromeinstelleinheit 16 einge­ stellte Wert I_F ist und der Oszillator 18 wird daher nicht betrieben. Daher fließt in dem Haupttransistor 11, wie in Fig. 6 gezeigt, kontinuierlich Basisstrom und der Sekundärkreis der Drossel 7 ist geschlossen. Unter dieser Bedingung ist die Impedanz der Drossel 7 niedrig und der Schweißstrom nicht begrenzt.

Wenn der Schweißstrom den eingestellten Wert I_F über­ schreitet, gibt der Operationsverstärker 17 eine Aus­ gangsgröße ab und der Oszillator 18 schwingt, um ein in­ termittierendes Fließen des Basisstroms zu bewirken, wie in Fig. 6 gezeigt. In dem Haupttransistor 11 wird der Gleichstrom intermittierend unterbrochen, und daher wird die Impedanz des Primärkreises der Drossel 7 vergrößert. Als Ergebnis ist die Wellenform des Stromes an den Aus­ gangsanschlüssen der Dioden 9 und 10, wie in Fig. 7 ge­ zeigt, und der Spitzenwert des in dem Schweißtransforma­ tor 5 fließenden Schweißstromes ist auf den Stromwert I_F eingestellt, wie in Fig. 8 gezeigt. Der obere Teil der Schweißstromwellenform wird durch die Glättungsdrossel 12 geglättet.

So kann durch Steuern des Sollwerts I_F der Schweißstrom auf einen gewünschten Wert unter Beibehaltung einer zu­ friedenstellenden Stromwellenform geregelt werden.

Da der Strom mit der Drossel 7 geregelt wird, ist der Leistungsverlust geringer. Der Leistungsverlust kann wei­ ter dadurch verringert werden, daß der Sekundärstrom über die Diode 20 und den Elektrolytkondensator 21 zu der Wech­ selstromquelle zurückgeführt wird.

Wenn eine Hochfrequenzstromquelle mit einer Frequenz in der Größenordnung von 600 Hz verwendet wird, kann eine Stromregelung selbst für Materialien wie dünne Platten kleiner themischer Kapazität mit schnellem Ansprechen auf momentane Änderungen im Schweißbetrieb leicht er­ reicht werden.

Die Erfindung ist oben im Zusammenhang mit einem Naht­ schweißvorgang beschrieben worden. Es ist jedoch zu be­ merken, daß das technische Konzept der Erfindung ebenso wirksam auf andere Widerstandsschweißvorgänge angewendet werden kann.

Wie aus der obigen Beschreibung hervorgeht, ist in der Schweißenergieversorgungseinheit gemäß der Erfindung die Primärwicklung der Drossel mit einem Eisenkern, deren Sekundärwicklung einen Mittelabgriff hat, zwischen die Wechselstromquelle und die Schweißelektroden geschaltet, und die Sekundärwicklung ist mit der Stromreglereinheit verbunden. In der Stromreglereinheit wird, wenn der Schweißstrom den vorbestimmten Wert übersteigt, die Se­ kundärwicklung derart gesteuert, daß der Schweißstrom bei dem vorbestimmten Wert oder niedriger ist. Dement­ sprechend wird der Leistungsverlust auf ein Minimum ge­ bracht, ein weiter Bereich von Schweißbedingungen kann leicht erhalten werden, und die Schweißqualität kann verbessert werden.

Claims (2)

1. Schweißenergieversorgungseinheit zum Bereitstellen eines Schweißstroms beim Widerstandsschweißen,
mit Elektroden (3, 4) zum Zuführen von Wechselstrom zu den zu schweißenden Materialien (1, 2),
mit einem Schweißtransformator (5), dessen Primärkreis mit einer Wechselstromquelle (6) und dessen Sekundär­ kreis mit den Elektroden (3, 4) verbunden ist,
mit einer Drossel (7), deren Primärkreis mit dem Primärkreis des Schweißtransformators (5) verbunden ist, und
mit einer mit dem Sekundärkreis der Drossel (7) verbundenen Stromeinstelleinrichtung (8) für den Strom im Sekundärkreis der Drossel (7), die dann wenn der Schweißstrom einen vorbestimmten Wert überschreitet, die Impedanz der Drossel (7) vergrößert und den Schweißstrom auf den vorbestimmten Wert oder kleiner einstellt,
dadurch gekennzeichnet, daß die Stromeinstelleinrichtung als Stromregeleinrichtung (8) ausgebildet ist, mit
einem mit dem Sekundärkreis der Drossel (7) verbun­ denen Stromwandler (13) zum Erfassen eines Schweiß­ stroms des Schweißtransformators; und
einen Schaltkreis zum intermittierenden Unterbrechen eines Stromes in dem Sekundärkreis der Drossel (7), wenn der von dem Stromwandler (13) erfaßte Schweiß­ strom einen vorbestimmten Wert überschreitet, um die Impedanz des Primärkreises der Drossel (7) zu ver­ größern.

2. Schweißenergieversorgungseinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaltkreis ein Schaltelement (11) und einen Oszilla­ torkreis (19) zum Steuern eines Ein-Aus-Betriebs des Schaltelements (11) enthält.