DE7229236U - Kondensatorentladungs-Bolzenschweißgerät - Google Patents

Description

HILTI Aktiengesellschaft Schaan / Liechtenstein

Kondensatorentladungs-Bolzenschweißgerät

Die Erfindung betrifft ein Kondensatorentladungs-Bolzenschweißgerät mit einem Schweißaggregat einer Schweißpistole und wenigstens zwei flexiblen Schweißstromkabeln

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cur Schaffung einer beweglichen elektrischen Verbindung swisohen der Schweißpistole bzw. dem Grundmaterial, auf dem ein Schweiftelernent feetgesehweißt werden soll» und dem Schweißaggregat.

Bin Kondensatorentladungs-BolBensehweißgerät besteht gewöhnlich aus einem Schweißaggregat, einer Schweißpistole und den Schweißstromkabeln, welohe das Schweißaggregat und die Schweißpistole elektrisch miteinander verbinden*

Das Schweißaggregat weist gewöhnlich neben einer Kon= densatorbutter!· bup Sn*±eh#vung der für de nSehw· iß Vorgang notwendigen elektrische». B^argie eine Stromversorgung zur Aufladung der Kondensatorbatterie vom Nets sowis den Sotnreißstromsohalter auf. Ferner weist das Boleenschweißaggregat gegebenenfalls Steuer- und/oder Regeleinrichtungen auf, mit denen Sohweißeinflußgrößen, wie e.B. die Spannung, die Sehweißeeit, die Kapazität einer Kondensatorbatterie und dgl. eingestellt werden können, sowie Sicherheitseinrichtungen auf«

Die Schweißpistole weist gewöhnlich unter anderem einen Halter für das Schweißelement, z.B. einen Schweißbolzen oder dergl., sowie einen Auslöseschalter, mit welchem das Schließen des Schweißstromschalters und damit der Schweißvorgang ausgelöst werden können, auf.

Das Schweißaggregat 1st schwerer und unhandlicher als die Schweißpistole. Bei Schweißmontagen wird deshalo zunächst das Schweißaggregat an einem günstigen Ort sufVestelit-s Dann wird die Schweißpistole mit dem Schweißaggregat mittels flexibler Schweißstromkabel und gegebenenfalls Steuerkabel verbunden. Auf diese Weise können dann Schweißvorgänge an örtlich auseinanderliegend*n Stellen durch Mitführung der Schweißpistole ausgeführt werden, ohne daß das Schweißaggregat jedesmal bewegt zu werden braucht.

Bisher war es üblich, die beiden flexiblen Schweißstromkabei als voneinander unabhängige Einzelleitungen auszubilden. Dafür war eine Reihe von Gründen maögebanä; Leitungen mit so großen leitenden Querschnitten, wie sie für Schweißstromkabel für Bolzenschwel&geräte erforderlich sind, werden üblicherweise von den Herateilern solcher Kabel als Einzelleitungen t;el l»fert. Uu solche Einzelleitungen eine größtmögliche Bewe^un^afreL-helt mit der Schweißpistole gewÄhrLeiaten, waren al« auch sehr erwünscht, üac tine Schwelfte&r^mimk«I dient. gewöhnlich als Maieeanachiuf für 4au Qruniiinnuwr! .il, tuf welchem dl· Schweüolernet,t· f»*t^»e.:i.«·!«' ut«r4«r lu*·

len. Dieser Masseanschluß wird in der Regel an einer Stelle des Grundmaterial belassen, selbst wenn die Schweißpistole zur Ausführung der einzelnen Schweißvorgänge immer wieder bewegt werden muß. Auch hierdurch war die Verwendung von Einzelleitungen als Schweißstromkabel nahegelegt. Schließlich war es bereits früher beim Lichtbogenschweißen üblich, Einzelleitungen als Schweißstromkabel zu verwenden.

Bei Kondensatorentlaäungs-Bolzenschweißgeräten wurde jedoch festgestellt, daß sowohl die Länge und der leitende Querschnitt der Schweißstromkabel als auch deren jeweilige Auslegung einen erheblichen Einfluß auf das Schweißergebnis besitzen. Durch die Länge und den leitendem Querschnitt der Sohweißstromkabel wird deren ohm¹scher Widerstand bestimmt. Die Induktivität der Schweißstromkabel hängt davon ab, in welchem Abstand voneinander sie verlegt sind und ob sie gerade oder in Schlingen ausgelegt sind. Wenn aber der ohm'sche Widerstand und die Induktivität der Schweißstromkabel je nach Wahl ihrer Länge ihres leitenden Querschnitts und ihrer Auslegung verschieden sind, aät auch der impulsartige Schweißstrom unterschiedlich. Die Folge davon können unzureichende Schweißergetnisse sein.

Bei Lichtbogenschweißen itraten diese Problemem nicht in Erscheinung, weil dort eier Schweißstrom wesentlich flacher ansteigt und abfällt als beim Kondensatorentladun^schweißen. Deshalb spielte dort in der Praxis die Auslegung der Schweißatromkabel, deren Länge und deren leitender Querschnitt kexne große Rolle in : ?zug auf das Schweißergebnis.

Beim Kondensatorentladungsschweißen beträgt die eigentliche Schweißzeit, nämlich das Zünden des Lichtbogens und das Eintauchen des Schweißelementes in das Schmelzbad, nur etwa 1 bis 3 msec. Beim Kondensatorentladungsschweißen wird gewöhnlich ein Schweißelement mit Tip, d.h. einer dünnen, vorstehenden Spitze verwendet, wobei dieser Tip zum Zünden des Lichtbogens dient. Am Anfang des Schweißvorganges ist ein verhältnismäßig steiler Stromanstieg erforderlich, um schlagartig den Tip zu schmelzen und zu verdampien. Während der Licht^Qgenbrennzeit wird dann eine ausreichend hohe Stromdichte verlangt, um das Schmelzbad über die ganze Anschweißfläche auszudehnen. Da die zur Verfügung stehende Schweißenergie, die in einer Kondensatorbatterie gespeichert ist, von begrenzter Größe und verhältnismäßig gering

ist, und eine Vergrößerung der Energie mit erheblichen Kosten verbunden ist, muß sie optimal ausgenützt werden. D.h. es ist nicht möglich einen Teil der Energie zu verschenken, um Unsicherheitsparameter zu kompensieren.

Es ist somit ersichtlich, daß die Gestalt d3s Stromimpulses des Schweißstroms selbst bei gleicher zugeführter Energiemenge einen großen Einfluß auf die Güte der Schweißung ausübt. Vor allem eine Verlängerung des Impulses führt zu einei unzureichenden Ausnützung der von der Kondensatorbatterie zur Verfügung gestellten Energie und damit zu einem unzureichenden Schmelzbad. Wenn andererseits der Stromimpuls verkürzt wird, taucht das Sc.'weißelement in die bereits erstarrende Schmelze:.ein. In beiden Fällen kommt man zu unbefriedigenden Schweißergebnissen.

Die Impulsform des Schweißstromimpulses wird aurch die Kapazität der Kondensatorbatterie, deren Ladespannung, die Induktion des Schweißkreises und den Widerstand des Schwaißkrelses bestimmt. Während die Kapazität dei Kondensatorbatterie und ihre Ladespannung zu den herkömmlichen Einstellgrößen beim Kondensatorentladungs-Bolzenschweißen gehören unterlagen die Parameter Induktion und Widerstand des Schweißkreises bisher der Willkür

des Anwenders durch entsprechend verschiedene Auslegung und Führung der Schweißstromkabel. Bei einer Gesamtlänge der Schweißstrombahn von Io m kann z.B. die Induktion des Söhweißkreises um fast den Paktor 2 verändert werden, wenn im einen Fall die Schweißstromkabel parallel zueinander und im anderen Fall im größtmöglichen Kreis ausgelegt werden.

Bei bekannten Kondensatorentladungs-Bolzenschweißgeräten sind zur Vermeidung der oben angegebenen Mängel zum Teil Einstelleinrichtungen vorgesehen, durch welche einzelne der den Schweißvorgang beeinflussenden Parameter zur Kompensation der von den Schweißstromkabeln herrührenden unterschiedlichen Einflüsse einstellbar sind. Nachteilig ist hierbei, daß der Anwender diese Einflüsse von vornherein nur schwer erfassen kann und deshalb kaum ausreichend kompensieren kann. Außerdem besteht die Gefahr, daß eine solche Kompensation überhaupt vergessen wird. Manchen bekannten Bolzenschweißgeräten sind auch Betriebsanleitungen beigefügt, indsnen empfohlen wird, die Schweißstromkabel möglichst gerade auszulegen und vor allem Schlingen zu vermeiden. Soweit der Anwender diese Vorschriften überhaupt befolgt., wird für ihn die

Bedienung und Handhabung der Kondensatorentladungs-3olzenschweißgeräte komplizierter. Bei m&nchen Kondensatorentladungs-Bolzenschweißgeräten wird auch versucht, die unterschiedlichen von 2cn Sci-.sfeiSstrcskabslr. herrührenden Einflüsse dadurch vernachläsaigbar gering zu halten, daß von vornherein in den Schweißkreis eine hohe Induktivität und ein verhältnismäßig hoher Leitungswiderstand eingebaut werden. Dadurch werden vom Anwender durch unterschiedliche geometrische Auslegung der Schwelßstromkabel hervorgerufene Einflüsse erheblich vermindert. Nachteilig ist bei diesem bekannten Koinpeneationsverfahren jedoch der erhöhte Leistungsverbrauch sowie eine von vorneherein ungünstige Beeinflussung der Schweißparameter durch die festsirjgebsute hohe Induktivität ynd den festeingebauten relativ hohen Schweißkreiswiderstand.

Versuche der Anmelderln haben ergeben, daß durch verschieden ausgelegte Schweißsti-omkabel, die unter Umständen auch noch verschiedene Länge besitzen, die Schweißbedingun£pnvon»5ut bis unbrauchbar verändert werden können, wenn auf eine Kompensation diser Einflüsse verzichtet wird. Je größer die Länge der Schweißstromkabel ist, umso stärker werden auch diese Einflüsse.

Nach einem wichtigen Ziel der Erfindung soll ein Bolzenschweißgerät von der eingangs genannten Art geschaffen werden, bei welchem nachteilige Einflüsse auf den Schweißvorgang durch verschiedene Auslegung von flexiblen Schweißstromkabeln weitgehendst verhindert werden können, ohne daß bei Auslegung der Schweißstromkabel besondere Vorschriften beachtet oder besondere Kompensationseinstellvorgänge ausgeführt werden müßten.

Gemäß der Erfindung wird dies dadurch erreicht, daß die beiden Schweißstromkabel geometrisch in bezug zueinander im wesentlichen in vorbestimmter Weise festgelegt sind.

Durch ihre erfindunsgemäße Ausbildung besitzen die Schweißstromkabel vorbestimmte Leitungsgrößen (Induktiovitat und Widerstand), die von vorneherein bei der Einstellung des Bolzenschweifsgerätes berücksichtigt werden können. Derart ausgebildete Schweißstromkabel innen auch inn Schlingen oder in anderer willkürlicher Weise verlegt werden, ohne daß sich dadurch ihre Leitungsgrös- sen ändern. Auf diese Weise wird also erreicht, daß die Schweißparameter durch die vom Anwender gewählte Ausle·

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gung oder Führung der Schweißstrcmkabel nicht mehr verändert werden. Dadurch braucht der Anwender auf die Aus legung oder Führung der Schweißstromkabel nicht mehr zu achten, was die Handhabung sehr erleichtert.

Die Leitungsparameter der Schweißstromkabel können also weitgehendät konstant gehalten werden und die Parameter des Schweißkreises können optimal für eine möglichst günstige Impulsform des Schweißstromimpulses gewählt werden.

Nach einer bevorzugten Ausf'ührungsform sind die beiden Sohweißstromkabel über im tesentXichen ihre ganze Länge in gleichem Abstand sueinander geführt» Sie könne hierzu als einfache Doppelleitungen» die aus zwei miteinander durch Bänder, Schellen ov-r ähnliches verbundenen Doppelleitungen bestehen, als Parallelbandlelter, Stegleltumgen oder auch als Koaxialleitungen auegebildet sein.

Diene Ausbildung der Schweiftetromkabel bringt zusätzlich den großen Vorteil mit JiCh₈ daß etwaige Einflüsse von Eieenäaeeen, die alch in der Nähe der Schwelßetromkabel befinden, «uegsttehaltet «erden. Auterdea werden

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dadurch die Einflüsse durch Verlegung der Schweißstromkabel in Schlingen οό&ν etwa das Aufwickeln der Schweißatromkabel fast vollständig bedeutungslos, da sich die Magnetfelder beim Ηΐητ und Rückfluß des Schweiß&tromeB kompensieren.

Die vorgenannten Einflüsse werden umso besser ausgeschaltet, je enger benachbart die beiden Schweißstromkabel zueinander angeordnet sind, wobei lediglich noch darauf geachtet werden muß, daß eine ausreichende Isolation der beiden Kabel voneinander neeh vorhanden igt.

Wenn die Induktion der Sohweißetromkabel infolge ihrer engen Bündelung zu gering wird» kann die Induktivität im Schweißkreis duroh Vorsehen einer tu·Itsliehen Induktivität im BoI-■ensehweifligertt wieder »uf einen geeigneten Wert erhöht werden.

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kreises durch eine entsprechende Vergrößerung ihres leitenden Querschnitts in erster Näherung konstant gehalten werden. Wenn diese Maßnahme alleine zur Konstanthaltung der Induktivität nicht ausreicht, muß sie oft noch dadurch ergänzt werden, daß die Schweißstromkabel in einem geringeren Abstand voneinander angeordnet werden. Bei jeder Kabeleinheit einer vorbestimmten Länge werden natürlich deren Leitungsquerschnitt sowie deren Anordnung zueinander auf deren Länge optimal abgestimmt.

Wo diese Maßnahme nicht ausreicht, kann auch das Schweißaggregat so ausgebildet sein, daß der Anwender entsprechend der Länge der jeweils verwendeten Kabel mit vorbestimmter Länge eine bestimmte Kompensationsgröße am Schweißaggregat einschalten muß. Bevorzugt sind im Schweißaggregat aber Anpassungsschaltungen vorgesehen, die jeweils durch Umschalt einrichtungen in den Kabelanschlußbuchsen auf den jeweiligen vorbestimmten Kabellängen entsprechende Kompensationswerte umschaltbar sind. Die richtige Umschaltung erfolgt jeweils automatisch durch besondere Umschaltglieder für jede Länge an den Kabelanschlußsteckern, wenn diese in die Kabelanschlußbuchsen des Bolzenschweißgerätes eingesteckt werden. Dadurch ist eine Fehlkompensation mit Sicherheit ausgeschlossen.

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Vorteilhaft ist mit den beiden Schweißstromkabeln ein Steuerkabel mit wenigstens einer leitenden Ader verbunden. Durch das Steuerkabel können Steuersignale zwischen der Schweißpistole und dem Schtvaißaggregat übertrt -en werden, wie z.B. das Auslössignal für den Schweißstromschalter im Schweißaggregat durch Schließen eines Betätigungsschalters an der Schweißpistole. Durch die Verbindung des Steuerkabels mit den Schweißstromleitungen ist eine saubere und übersichtliche Kabelführung möglich.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele näher erläutert, wozu auf die beigefügte Zeichnung Bezug genommen wird.

Figur la und b zeigen jeweils in Drauf- bzw. Schnittansicht eine Schweißstromleitung gemäß der Erfindung aus zwei Einzelschweißstromkabeln, welche jeweils durch Verbindungsglieder miteinander verbunden sind.

Figur 2 und 3 zeigen zwei andere Ausirührungsbeispiele von Schweißstromleitungen, gemäß der Erfindung im Schnitt, welche ähnlich der in Figur la und b gezeigten Ausführungsform sind, bei denen aber ein mehradriges Steuerkabel mit den Schweißstromkabeln verbunden ist.

Figur ¹Ia und b zeigen eine weitere Ausführungsform einer Schweißst-romleitung. gemäß der Erfindung jeweils in Drauf- bzw. Schnittansicht j bei welcher zwei Schweißstromkabel durch einen über im wesentlichen ihre ganze Länge durchgehenden Steg miteinander verbunden sind.

Fig. 5 und 6 zeigen Schnj.ttam;ichten von Schweißstromleitungen gemäß der Erfindung, ähnlich der in Figur ka. und b gezeigten Ausführungsform, bei denen im Steg ein mehradriges Steuerkabel angeordnet 3 st.

Figur 7 zeigt im Schnitt eine Koaxial-Schweißstromleitung gemäß der Erfindung»·

Figur 8 zeigt im Schnitt eine Koaxial-Schweißstromleitung gemäß der Erfindung, ähnlich der in Figur 7 gezeigten Ausführungsform, in deren Innerem ein mehradriges Steuerkabel vorgesehen ist.

Die Schweißstromleitung gemäß Figur la und b weist zwei Schweißstromkabel 1 und 2 auf, die jeweils eine Metallitze (3) und eine Umhüllung aus Isoliermaterial (*») aufweisen. Die beiden Schweißstromkabel 1 und 2 sind in kurzen Abständen durch Kunststoffschellen (5) miteinander verbunden.

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Diese Schweißleitung besitzt eine besonders hohe FIe;1-bilität und läßt sich dadurch besonders .-gut im Montagebetrieb handhaben, wo es auf diese Flexibilität ankommt.

Gemäß Figur 2 kann zwischen den beiden Schweißstromkabeln 1 und 2 ein ebenfalls von den Kunststoffschellen (5) gehaltenes Steuerkabel (12) mit mehreren Adern vorgesehen sein, welches zur Übertragung von Steuersignalen zwischen der Schweißpistole und dem Schweißaggregat dient.

' Gemäß Figur 3 sind die beiden Schweißkabel 1 und 2 und

das Steuerkabel (12) im Querschnitt gesehen so angeordnet,

; daß sie etwa Dreieckform ergeben, wie dies aus Figur 3

i ersichtlich ist.

' In Figur 4a und b ist eine Schweißstromleitung gezeigt,

: bei weicher zwei Schweißstromkabel über ihre gesamte Län-

ge durch einen Steg (7) aus Isoliermaterial miteinander

I verbunden sind. Bei der gezeigten Ausführungsform sind

ι zwei Metallitzen (3) mit einem Isolierstoff (6), voj'zugs-

weise ein Kunststoff oder Gummi, umhüllt, der gleichzeitig

( die beiden Kabel stegartig im Bereich 7 miteinander ver-

I bindet. Zur Erhöhung der Flexibilität der Schweißstromlei

tung kann der Steg (7) natürlich auch mit Durchbrechungen

s in Abständen in Längsrichtung der Schweißstromleicung gese-

I hen, versehen sein.

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In Figur 5 und 6 sind zwei Ausführungsformen von Schweiiistromleitungen ähnlich der in Figur ^a und ti dargestellten Schweißstromleitung gezeigt, bei denen Im :iteg {'() Je-

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welches damit mit den beiden Schweii'utrouikabeln verbunden ist.

In Figur 7 ist eine als Koaxial-Kabel ausgebildete Scliewißstromleitung irr. Schnitt gezeigt. Die Sch»eißstromleltung besitzt einen als Ketallitze ausgebildeten Kernle.'ter (8), der von einer Isolierung (9) umgeben ist. Letztere 1st von einem Leiter (10) mit gleichem Leitungsquerschnitt wxe der Kernleiter (8) umgeben. Der Kernleiter (10) ist von «liier weiteren Isolierung (11). die gleichzeitig einen Schutzmantel bildet, umgeben. Ls kann, falls dies notwendig sein sollte, auch ein gesonderter Schu'^mantel vorgesehen werden.

Bei der Ausführungsform gemäß Figur 8 ist im Inneren des Kernleiters (8) ein oreiadriges Steuerkabel (12) angeordnet, wie dies am besten aus Figur 8 ersichtlich ist.

- Patentansprüche -

Claims (8)

Ansprüche

1. Kondensatorentladungs-Bolzenschweißgerät mit einem Schweißaggregat, einer Schweißpistole und wenigstens zwei flexiblen Schwaißstromkabeln zur Schaffung einer beweglichen elektrischen Verbindung zwischen der Schweißpistole bzw. dem Grundmaterial, auf dem ein Schweißelement festgeschweißt werden soll und dem Schweißaggregat, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Schweißstromkabel (3; 8, 10) in bezug zueinander im wesentlichen in vorbestimmter Weise festgelegt sind»

2. Kondensatorentladungs-Bolzenschweißgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Schweißstroiukabel (3; 8, 10) über im wesentlichen ihre ganze Länge in gleichem Abstand zueinander geführt sind.

3. K,ndensatorentladungs-Bolzenschweißgerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, das die beiden Schweißstromkabel (3; 8, 10) so eng benachbart zupinander angeordnet sind, wie es eine ausreichende Isolation der beiden Leitungen voneinander noch erlaubt.

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4. Kondensatorentladungs-Bolzenschweißgerät nach einem der vorhergehenden A:.:;prüche, dadurch gekennzeichnet , daß jeweils Kabeleinheiten vorbestimmter Längen vorgesehen sind.

5· Kondensatorentladungs-Bolzenschweißgerät, nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß im Schweißaggregat eine Anpassungsschaltung zur elektrischen Anpassung an die Kabel einhielten der vorbestimmtea Länge vorgesehen ist.

6. Kondensatorentladungs-Bolzenschweißgerät nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Anpassungsschaltung auf die jeweils erforderlichen elektrischen Werte mittels Umschalteinrichtungen in den Kabelbuchsen am Schweißaggregat durch die jeweiligen Kabelstecker umschaltbar ist.

7· Kondensatorentladungs-Bolzenschweißgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß der leitende Kabelquerschnitt der _^ Schweißkabel (3; 8, 10) umso größer und/oder ihr Abstand ^

voneinander umso geringer ist, je länger die Schweißkabel ζΖ.

sind, und umgekehrt. ro

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8. Kondenüatorentladun£s-Bolzenechweiß(j;erät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß mit den beiden Schweißstroniksbeln (^* ? 10} '•Jr.¹ Sfc-eii#Pk*ij*l (I*⁵^ roit wenigstens einer Ader verbunden ist.