DE1765979A1 - Bolzenschweissmaschine - Google Patents

Description

Omark Industries, Inc., Portland, Oregon /USA

BoIzens chwe ißoas chine

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Bolzenechweißmaschine zum Betrieb wahlweise im Betriebszustand des ■gezogenen Lichtbogens", des "Initialabstandes" oder des ■Initialkontaktes.

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Auf dem Gebiet der Schweißtechnik von Bolzen an Werkstücken sind bisher drei verschiedene Schweißverfahren - d.h. das Verfahren mit "gezogenem Lichtbogen", das Verfahren mit •Initialabstand· und das Verfahren mit "Initialkontakt" bekannt. Die Die Grundklassifizierung dieser Schweißverfahren ergibt sich durch die Art und Weise, in elcher die Schweißenergie von einem zuerst aufgeladenen Kondensator abgegeben wird. Die oben erwähnten Verfahren werden sämtlich als "Schweißverfahren mit Kondensatorentladung" beeeichnet.

Bei Schweißverfahren mit "gezogenen Lichtbogen" wird zu Beginn des Schweißvorgangs der anzuschweißende Bolzen in Berührung mit einen Werkstück gehalten. Bein Zurückziehen des Bolzens von dem Wekstück wird ein Initiallichtbogen erzeugt. Dieser Initiallichtbogen weist eine relativ geringe Stromdichte auf und dient dazu, die Oberfläche des Bolzens und des Werkstückes aufzurauhen und gleichzeitig einen Ionlsations· pfad zu erzeugen, entlang welchem ein Schweißlichtbogen hoher Stromdichte aufgebaut werden kann. Nachdem der Inltialllchtbogen eine bestirntste Zeit aufrecht erhalten worden ist, wird der Schweißlichtbogen hoher Stromdichte tem Initiallichtbogftn überlagert. In zeitlicher Abhängigkeit mit den Aufbau dee Schweißlichtbogens wird der Bolzen gegen das Werkstück geführt und die geschmolzenen Teilbereiche des Bolzens und des Werkstückes unter Ausbildung einer Schweißnaht miteinander

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verbunden. Aufgrund der Ausbildung eines Initiallichtbogens können bei des Schweißverfahren mit "gezogenem Lichtbogen» normale Bolzen verwendet werde». Dabei kann die Anbringung einer Schweißspitze an Bolzen für die Auslösung des Schweißprozesses vermieden werden.

Ih Gegensatz zum Verfahren mit "gezogenem Lichtbogen" verwendet das Schweißverfahren "mit Initialabstand" keinen Initiallichtbogen, jedoch einen an seinem Ende mit einem dünnen Ansatz versehenen Bolzen. Bevor der Schweißzyklus ausgelöst wird, befindet sich der Bolzen in einem gewissen Abstand von dem Werkstück. Beim Auslösen des Schweißzyklus wird der Bolzen gelöst und in Richtung des Werkstückes geführt. Kach einer vorgegebenen Zeit wird ein Schweißhauptschalter geschlossen und der Bolzen mit einer Schweißenergiequelle verbunden. Beim Berühren der Bolzenschweißspitze mit dem werkstück tritt eine elektrische Entladung auf. Durch das Fließen eines Schweißstromes explodiert bzw. zerfällt die Schweißspitze und die gegenüberliegenden Flächenstücke des Bolzens und des Werkstückes erhitzen sich bis auf Schweißtemperatüren, wobei durch den aufgebrachten Druck die beiden Flächenstücke miteinander verbunden werden.

Bei dem Verfahren "mit Initialkontakt" wird dieselbe Art von Schweißbolzen verwendet. Ira Gegensatz zu fern vorher be-

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schriebenen Verfahren wird Jedoch der Bolzen unter Federwirkung kontinuierlich gegen das Werkstück gedrückt· Der HauptβchweISstrom wird durch die Schweißspitze des Bolzens geleitet, wodurch die Zersetzung der Schweißspitze erwirkt und eine Erhitzung der gegenüberliegenden Flächenetücke des Bolzens und des Werkstückes bis auf Schwelßtemperatur erwirkt wird, worauf sich eine Verbindung des Bolzens mit dem Werkstückergibt.

Jedes der drei oben erwähnten Schweißverfahren - d.h. das Verfahren mit "gezogenem Lichtbogen", das Verfallen mit ■Initialabstand" und das Verfahren mit ■Initialkontakt" hat seine besonderen Vorteile für spezifische Schweißanwendungen. Beispielsweise kann das SchwelßTerfahren rait "geeogenem Lichtbogen" beim Schweißen von ansatzlosen Bolzen und in jenen Fällen, in welchen die Oberfläche des. Werkstückes hinsichtlich ihrer Qualität zu wünschen übrig läßt, verwendet werden. Bei den Schweißverfahren mit dera "Initialabstand" werden weniger seitliche Markierungen an der Basis des Materials und ein geringeres Versprühen von ftterialtelichen hervorgerufen. Die Vorteile des SchweißVerfahrens rait ■Initialkontakt" sind seine universelle Anwendbarkeit und große Einfachheit.

Schweißvorrichtungen, die alle drei Schweißverfahren durchführen können, wurden seit langer Zeit von der Industrie

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als wünschenswert erachtet, waren jedoch bis heute nicht vorhanden. Demzufolge ist es das Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Schweißvorrichtung zu schaffen, die je nach Bedarf nach einem der oben angegebenen Verfahren einen Bolzen an einem Werkstück festschweißen kann.

Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß eine Einrichtung mit einer Tauchspulenwicklung zur Fixierung des zu schweißenden Bolzens in bezug auf ein Werkstück vorgesehen ist, ferner, daß einerseits ein mit einer Stromquelle verbundener Stromkreis zur Übertragung einer ersten Spannung auf die Tauchspulenwicklung mit einem genügend hohen Wert zur Erwirkung eines Zurückziehens des Bolzens und andererseits ein mit einer Stromquelle verbundener Stromkreis zur Übertragung einer zweiten Spannung auf die Tauchspulenwicklung mit einem ungenügend hohen Wert zur Erwirkung eines Zurückziehens des Bolzens, jedoch mit einem genügend hohen Wert zum Festhalten des Bolzens nach manuellem Zurückschieben ru bew&pken, vorgesehen 1st, und daß wahlweise einen oder beide Stromkreise abtrennende erste Schaltelemente, ferner beim AusEsen des Schweißzyklus betätigte, gleichzeitig ein Schließen des ersten Stromkreises und ein Öffnen der zweiten Stromkreise bewirkende Schaltelemente und schließlich von der Betätigung der zweiten Schaltelemente gesteuerte, nach Auslösung des SchweißzykluB ein Öffnen des ersten Stromkreises

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bewirkende dritte Schaltelemente vorgesehen sind.

Aufgrund der oben angegebenen Merkmale ist die erfinäungs· gemäße Schweißvorrichtung in der Lage, wahlweise entweder nach dem Schweißverfahren mit "gezogenem Lichtbogen" oder den Schweiß verfahren mit "InitSalabstand" oder dem Schweißverfahren mit "Initialkontakt" sehr wirtschaftlich zu afceiten·

Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung , die im folgenden noch näher beschrieben sein soll, verwendet zwei Energiequellen, von denen die efcte auf einen höheren Spannungsniveau als die andere liegt. Dabei ergeben sich die folgenden Betriebszustände:

a) Wenn bei dieser Ausführungsform die Schweißvorrichtung auf das Schweißverfahren mit "gezogenen Lichtbogen" eingestellt wird, erregt und entregt die Energiequelle höherer Spannung in einer vorgegebenen Art und Weise eine Tauchspule, wodurch der Bolzen unter Auslösung eines Initiallichtbogens und eines S^ühweißlichtbogens zurückgezogen und wieder nach vorner geschoben wird.

b) Wenn jedoch diese Schweißvorrichtung wahlweise auf das Schweißverfahren mit "Initialabstand" eingestellt wird,

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erregt die Energiequelle niedrigerer Spannung die Tauchspule nur genügend, um den Bolzen festzuhalten, wenn derselbe in seine zurückgezogene Position von Hand aus gedrückt wird. Beim Auslösen des Schweißzyklus wird die - Tauchspule entregt und der Bolzen in einer vorgegebenen Art und Weise unter Auslösung des Schweißlichtbogens gegen das Werkstück geführt.

c) Wenn die Schweißvorrichtung jedoch wahlweise auf das Schweißverfahren mit ■Initialkontakt" eingestellt wird, sind beide Energiequellen von der Tauchspule getrennt, so daß der Bolzen an dem Werkstück zu keinen Zeitpunkt des Schweißzyklus zurückgezogen wird.

Die Steuerkreise zur Durchführung der verschiedenen Schweißverfahren weisen einen Schaltkreis auf, der teilweise eine: oder beide Energiequellen von der Tauchspule abtrennt, wodurch der Betriebszustand der erfindungsgemäßen Schweißvorrichtung festgelegt wird.

In Verbindung mit dem Schaltkreis steht ein am Anfang des Schweißzyklus betätigtes Relais, welches die Energiequelle höherer Spannung mit der Tauchspule verbindet, so aaß letztere betätigt wird, wenn der Schaltkreis sich in de« Betriebszustand des "gezogenen Lichtbogens" be-

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findet· Venn der Schaltkreis jedoch In den Betriebszustand des "Initialabstandes" steht, bewirkt dieses Beiais eine Abtrennung der Energiequelle niedrigerer Spannung τοη der Tauchspule, so daß letztere entregt ist. Ein durch die Betätigung des ersten Beiais gesteuertes zweites Beiais tritt in Tätigkeit, sobald die SchwelSvorrichtung in den Betriebszustand des "gezogenen Lichtbogens" steht, wodurch die Energiequelle höherer Spannung τοη der Tauchspule nach einer bestimmten Zeit getrennt und der Bolzen gegen das Werkstück geführt wird. Wenn der Schaltkreis in dea Betriebszustand des "Initialkontaktes" sich befindet, ist keines dieser beiden Beiais wirksam, da beide Energiequellen τοη des Stromkreis der Tauchspule abgeschaltet sind.

Das Hauptsteuerrelais in dem Steuerkreis wird durch die zweite Energiequelle niedrigerer Spannung nach Vollendung eines Stromkreises erregt, wobei dieser Stromkreis durch einen von Rand betätigten Auiösekontakt innerhalb einer Schweißkanone, eines Teils des Lichtbogenleiters und eines Parallelpfadeβ über den Bolzen und das Werkstück bzw· über einen Arm der Schweißkanone und das Werkstück geführt ist. Dabei ist die Tauchspule Innerhalb der Schweißkanone untergebracht·

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Zwischen dem Steuerkrele und den Kreis des Schweißlichtbogens sind Trenndioden vorgesehen, um den Steuerkreis und den Zweig der Schweißkanone Ton der Entladungsenergie des Schweißkreises zu trennen.

Weitere Einzelheiten der Erfindung sollen im folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels naher erläutert und beschrieben werden, wobei auf die beigefügte Zeichnung Bezug genommen ist. Es zeigen:

Fig. 1 ein detailliertes Schaltdiagramm der Stromkreise der Spleißvorrichtung gemäß der Erfindung;

Fig. 2 ein schematisches Schaltdiagramra der in Fig. 1 gezeigten Schweißvorrichtung unter besonderer Darstellung der Stromkreise in dem Betriebszustand des ■gezogenen Lichtbogens";

Fig. 3 «i^Q schematisches Schaltdiagramm der in Fig.l gezeigten Schweißvorrichtung unter besonderer Darstellung der Stromkreise in dem Betriebszustand des ■Initialabstandes; und

Fig. k ein schematisches Schaltdiagramm der in Fig. 1 gezeigten Schweißvorrichtung unter besonderer Darstel-

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der Stromkreise in dem Betriebszustand des ■Initialkontaktes%

Im folgenden soll auf Fig» 1 Bezug genommen lerden, in welcher eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schweißvorrichtung mit einer durch gestrichelte Linien dargestellten Stromversorgungseinheit 10 dargestellt ist. Zu diesem Zeltpunkt soll einzig und allein bemerkt werden, daß diese StromYersorgungseinheit 10 zwei Brückengleichrichter 11 und 12 aufweist, die zwei unabhängige Energiequellen für die erfindungsgemäßen Schweißvorrichtung ergeben.

Die Schweißvorrichtung weist ferner einen durch gestrichelte Linien dargestellten Ladekreis 13 auf, der an einem Schweißkondensator I^ und ebenfalls an einem durch gestrichelte Linien dargestellten Sicherheitskreis 15 eine bestimmte Ladespannung aufrechterhält. Die Stromversorgungseinheit 10, der Ladekreis 13 und der Sicherheitskreis I^ sollen im folgenden genauer noch erörtert werden.

Die Schweißkanone 35 weist ein Spannfutter 36 auf, welches den an dem Werkifcück 38 festzuschweißenden Bolzen 37 festhält. Das Spannfutter 36 steht in seiner vorgeschobenen Position unter der Wirkung einer Feder 39, die auf einem Anschlag 40 anliegt-.

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Ferner ist eine Tauchspulenwicklung *H vorgesehen, die bei schwacher Erregung das Spannfutter 36 nach manuellem Zurückschieben in einer zurückgezogenen Position festhält oder bei genügend starker Erregung das Spannfutter 36 selbsttätig zurückzieht, wie dies ia folgenden noch näher beschrieben se in ^ seil.

Die Wahl der Betriebsart der Schweißvorrichtung und ihre Steuerung wird mit Hilfe von Schaltern 25 bis 3° und-Heiais 20 bis 22 zusammen mit entsprechenden Relaiskontakten 20-1 bis 20-4, 21-1 und 22-1 bewirkt.

Die besondere Position eines bestimmten Schalters und die Wirkung eines bestimmten Relaiskontaktes auf die Stromkreise hängt von decs Betriebszustand ab, untwe welchem die Schweißvorrichtung wahlweise betrieben werden soll. Die besonderen Positionen der entsprechenden Schalter und ihre Wirkung auf die Eelais kann am besten unter Bezugnahme auf die Fig. 2 bis 4 verstanden werden, in welchen die Schalterpositionen für jede der drei Betriebszustände mit den entsprechenden Steuerverbindungen zwischen den Relais und den Relaiskontakten gezeigt sind.

Fig. 2 stellt die relativen Positionen der Schalter 25 bis 30 dar, wenn die Schweiß vorrichtung in de« Betriebs-

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zustand für «gezogenen Lichtbogen" eingestellt let. Wie dies aus Fig. 2 erkennbar 1st, sind die Schalter 25» 26 und 30 geschlossen und die Schalter 27, 28, 29 geöffnet.

Das Schließen der Schalter 25 und 26 bringt die Tauchspulenwlcklung 41 in einen Stromkreis, In welchen die erste Energiequelle mit den In Fig· I gezeigten Brücken« gleichrichter 12 in Verbindung steht. Wie dies bereits erwähnt worden 1st, weist diese erste Energiequelle eine höhere Spannung als die τοη dea BrOckenglelchrlchter 11 abgeleitete zweite Energiequelle aif.

Die Funktionsweise in dem Betriebszustand dee "gezogenen Lichtbogens* wird durch Betätigung des Steuerrelais 20 bewirkt, welches durch die zweite Stroeenerglequelle erregt wird. Der τοη der zweiten Energiequelle ausgehende Stromkreis Terläuft über einen Leiter 43, eine Trenndiode 44, ein erstes Te11stück 45 des Schweifibogenkrelses bis zum Werkstück 38. Von diesem Funkt aus Terläuft der Stromkreis über zwei verschiedene Pfade, und zwar wahlweise über den Bolzen 37, ein zweites Teilstück 46 des Schwelßllchtbogenkreises, einen Leiter 47 und eine Trenndiode 48 bis zur Klemme B des Schweißkabelsteckers. Der Stromkreis wird dann über den Leiter 49, einen Schweißkanonenschalter 42 und die Leiter 50 und 51, das Steuerrelais 20 und den

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Leiter 52 zu der zweiten Ader der StromYersorgungseinhelt 10 geführt. Der zweite Pfad zur Schließung des Stromkreises für das Relais 20 erfolgt über das Werkstück 38, einen Arm 53 der Schweißkanone 35t einen Leiter 5^ bis an die Klemme B_t vorauf der Stromkreis in der oben beschriebenen Weise we i terrerläuft.

Dieser Auslosekreis ermöglicht die Auslösung des Schweiß« zyklus, sobald ein beliebiger Arm 53 der Shweißkanone oder der Bolzen in Berührung mit dem Werkstück 38 gelangt und gleichzeitig der Schweißkanonenschalter 42 geschlossen ist. Die dadurch bedingte Erregung des Relais 20 erwirkt eia Schließen der Relaiskontakte 20-1, 20-3 und 20--4 und eine Öffnung des Kontaktes 20-2.

Während des auf die Erregung des Relais 20 folgenden Funktionsablaufes wird zunächst der Kontakt 20-4 geschlossen· Dies bewirkt zwischen dem Bolzen 37 und dem Werkstück 38 einen Initiallichtbogen über einen Stromkreis, der τοπ der positiren Seite des Schweißkonendtators 14 vber einen Kondensator 60,feinen Widerstand 6l, den Relaiskontakt 20-4, den geschlossenen Schalter 30 und den Hauptschweißleiter 45 zu dem Verltibück 38 führt. Der Rückstrom erfolgt ober den Bolzen 37 und einen Leiter 46. Wegen dem Vorhandensein eines Widerstandes 6l weist der Initiallichtbogen eine geringe Stromdichte auf·

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Vor Beginn des eigentlichen Schweißzyklus wird das Beiais 21 erregt und der Kontakt 21-1 geschlossen, da der Heiaiskontakt 20-2 normalerweise geschlossen ist und damit das Beiais 21 in den Stromkreis der zweiten Engergiequelle gelangt.

Gleichzeitig mit der Erregung des Initiallichtbogens beim Schließen des Kontaktes 20-4 schließt der Kontakt 20-1 wodurch ein durch eine fette Linie dargestellter Strompaf sich ausbildet, der von der ersten Energiequelle über einen Strombegrenzungswiderstand 59t einen Leiter 65, die Belaisr kontakte 20-1 und 21-1, den Schalter 25» den Leiter 66 über die Klemmen C und D des Schweißkabelsteckers und τοη da über den Schalter 26 und einen Leiter 67 bis zur zweiten Ader der ersten Energiequelle verläuft. Die Klemmen C und D führen über die Leiter 75 und 76 des Schweißkabele zu der Tauchspulenwicklung *H, welche Stromwege für eine bessere Darstellung durch dünne Linien dargestellt sind.

Sobald der oben beschriebene Stromkreis geschlossen Ist, wird die Energiequelle hoher Spannung mit der Tauchspulenwicklung M verbunden. Dabei ist die Spannung genügend groß, um ein' vollkommenes Zurückziehen des Bolzens 37 von den Werkstück 38 zu bewirken.

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Bei dea Errggen des Belais 20 wird der Kontakt 20-2 gleichzeitig geöffnet und das Heiais 21 τοη den Kreis der zweiten Energiequelle getrennt. Wegen der Anwesenheit eines parallel zu dem Baiais 21 liegenden Kondensators 68, velefee? wird jedoch das Belais 21 nicht sofort entregt·

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Beim Offnen des KonWctes 20-2 ladet sich den Kondensator 68 auf einen bestimmten Wert» wobei dieser Wert durch die Position des beweglichen Kontaktfingers 69 eines Potentiometers 70 bestimmt ist* Beim Öffnen des Kontaktes 20-2 entlädt sich der Kondensator 68 durch das Belais 21 - und hält das Belais 21 für eine bestimmte Zelt erregt, die τοη der ursprünglichen Ladung des Kondensators 68 abhängt.

Demzufolge wird nach einer Torgegebenen Zeit anschlie-Send an das Offnen des Kontaktes 20-2 das Belais 21 entregt und dall Belaiskontakt 21-1 geöffnet, wodurch der Strom-

kreis durch die Tauchspulenwicklung *H geöffnet und der Bolzen gegen das Werkstück 38 geführt wird.

Bei der Erregung des Belais 20 wird ferner der Kontakt 20-3 geschlossen, wodurch ein Stromkreis von der zweiten Energiequelle zu einem Schütz 22 geschlossen wird. Durch Die Erregung schließt äa* Schütz 22 seinen Hauptschwelß-

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kontakt 22-1 und gelangt von der dargestellten Ladeposition in die Entladeposition, in welcher der Kondensator 14 über den Bolzen 37 und das Werkstück 38 und die Schweiß· bogenlelter 72, 45 und 46 entladen wird.

Die Schließung des Hauptschweißkontaktes 22-1 erfolgt alt einer Torgegebenen Trägheit, was eine bestimmte Zeitverzögerung bei der Auslösung des Schweißzyklus bedingt· Diese/ Verzögerung 1st genügend groß, ua den Initiallichtbogen auszubilden und für eine kurze Zeit aufrecht zu erhalten, bevor der Schweißlichtbogen den Initiallichtbogen überlagert wird· Fernerhin ist"die durch die Ladung des Kondensators 68 und des Potentiometers 70 bestimmte Entladung des Relais 21 derart bemessen, daß der Relaiskontakt 21-1 öffnet und den Bolzen 37 im wesentlichen gleichzeitig mit den Schließen des Hauptschweißkontaktes 22-1 gegen das Werkstück 38 führt· In bestimmten Fällen kann jedoch vorteilhaft sein, die Zuführung des Bolzens 37 kurz zuvor bzw. kurz danach zu bewirken.

Das Erwärmen und Schmelzen der gegenüberliegenden Flächenstücke des Werkstückes 38 nach dem Heranführen des Bolzens 37 an das Werkstück 38 bedingt ein Zusammenschweißen und somit das Ende des Schweißzyklus.

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Parallel zu dem Belaiskontakt 21-1 1st ein Kondensator 73 und eine Phyrektor-Diode 7^ angeordnet, wodurch die Auebildung eines Lichtbogens wegen der vorhandenen Induktivität der Tauchspulenwicklung *H beim Öffnen des Tauchspulenkreises verhindert wird. In gleicher Weise sind parallel zu dem Eelaiskontakt 20-3 ein Kondensator 77 und eine Thyr^ktor-Diode 78 angeordnet, um dieselben von der Induktivität des Schützes 22 zu schützen.

Ein parallel zum Heiais 20 liegender Widerstand 85 und ein Kondensator 86 stellen einen Schutz der Heiaiskontakte 20-2 dar, indem die öffnung des Kontaktes 20-1 solange verhindert wird, bis der Kontakt 21-1 zu dem Zeitpunkt geöffnet wird, während welchem nach Auslosung des Schweißzyklus der Steuerkreis durch das Heiais 20 vorzeitig geöffnet wird·· Durch die zeitliche Verzögerung wird die Induktivität der Tauchspulenwicklung 4l durch die Diode 7^ und den Kondensator 73 dauernd unterdrückt, so daß zu keinem Zeitpunkt ein Lichtbogen an dem Kontakt 20-1 auftreten kann. Die zeitliche Verzögerung wird durch den Kondensator 73 bewirkt, welcher sich durch das Beiais 20 entlädt und dasselbe selbst nach der Stronunterbrechung erregt erhält.

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In Betriebszustand dee ■Initialabstandes" wird der Bolzen 37 In der zurückgezogenen Position gehalten, bevor der Schweißzyklus eingeleitet wird. Beim Einleiten des Schweißzyklus wird der Schweißkontakt 22-1 geschlossen und der Bolzen 37 gegen das Werkstück 38 geführt, wodurch beim Berühren des Bolzens 37 mit dem werkstück 38 ein Schweißlichtbogen ausgelöst wird·

Die Schweißeinrichtung zur Durchführung deses Be* triebszustandes ist aus Pig· 3 ersichtlich, in welcher die Schalter 27» 28 und 29 geschlossen und die Schalter 25» 26 und 3° geöffnet sind· Demzufolge liegt die Tauchspulenwicklung 41 la Stromkreis mit der Energiequelle niedrigerer Spannung, wobei ein durch feite Linien dargestellter Strompfad ausgebildet wird.

Bevor der Schweißzyklus ausgelöst wird, wird ein Stromkreis ober einen Leiter 43, den geschlossenen Schalter 29» die Tauchspulenwicklung 4l, den geschlossenen Schalter 28, einen Strombegrenzungswiderstand 80 und den normalerweise geschlossenen Kontakt 20-2 und den Leiter 52 zu der Stromquelle ausgebildet. Die Spannung der zweiten Energiequelle an der Tauchspulenwicklung 4l und der Wert des Widerstandes 80 sind derart bemessen, daß die Spannung nicht gering 1st, um ein Zurückziehen des Bolzens 47 zu erwirken, jedoch hln-

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reichend groß ist, um denselben in seiner zurüggezogenen Position zu halten, -wenn derselbe manuell in diese Position geführt -wird.

Bfifia Anlegen des Bolzens 37 in das Spannfutter J6 druckt die Bedienungsperson denselben nach einwärts, so daß der Bolzen 37 in seine zurückgeschobene Position gelangt· Die Schweißkanone 35 wird dann gegenüber dem Werkstück 38 in Position gebracht, wobei dessen Arm 53 in elektrischen Kontakt slt dem Werkstück 38 gelangt, während sich der Bolzen 37 in seiner zurückgezogenen Position befindet·

Ähnlich wie in dem Betriebszustand mit dem "gezogenen Lichtbogen" wird beim Schließen des Schwelßkanonenschalters 42 ein Stromkreis von der zweiten Energiequelle durch das Werkstück 38 und den Arm 53 der Schweißkanone 35 ausgebildet, wodurch das Heiais 20 erregt wird. Der weitere Strorakrelsdurch das Werkstück 38 und den Bolzen 37 ist bei dlesea Betriebszustand nicht wirksam, da aiii Anfang des Schweiß· zyklus der Bolzen 37 in seiner zurückgezogenen Position sich befindet.

Das Heiais 20 wird daraufhin erregt und der Relais· kontakt 20-2 geöffnet, wodurch die Tauchspulenwicklung kl •aus dem Stromkreis mit der zweiten Energiequelle gebracht wird.

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Gleichzeitig alt den Öffnen des Belalskontaktes 20-2 schließt der Relaiskontakt 20-3 und Anregt den Schütz 22, welcher den Hauptschwlßkontakt 22-1 in seine Entladeposition bringt. Aufgrund der vorhandenen Trägheit de* notgedrungenermaßen massiven Schutzkontaktes 22-1 erfolgt das Schließen mit einer gewissen Zeitverzögerung.

Zn dem Betriebszustand des "Inltialabstandes" 1st es notwendig» den Hauptschweißkontakt 22-1 zu schließen, bevor der Bolzen 37 das Werkstück 38 erreicht· Aufgrund der inneren Trägheit der Hauptschweißkontakte 22-1 1st eine seitliche Verzögerung in den Entregungekreis der Tauchspulenwicklung 41 vorgesehen, die das Heranführen des Bolzens genügend verzögert, um ein Schließen des Hauptschweißkontaktes 22-1 zu erwirken, bevor der Bolzen 37 das Werk-' stück 38 erreicht. Dies wird mit Hilfe eines Kondensators 82 erwirkt, der parallel zu der Tauchspulenwicklung 41 angeordnet ist. Der Kondensator 82 wird auf einen bestimmten Wert geladen, bevor der Hauptschwtißkontakt 22-2 öffnet, worauf bei dem Öffnen dieses Kontaktes eine Entladung durch die Tauchspulenwicklung 41 über die Schalter 29» 28, 27 und einen Leiter 84 zu der Tauchspulenwicklung 41 erfolgt.

Der Wert der vorgegebenen Ladung des Kondensators 82 wird mit Hilfe des Spannungsabfalls an einem parallel zu

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dem Kondensator 82 angeordneten Widerstand 83 erwirkt, wobei dieser Spannungsabfall durch den relativen Widerstand der Tauchspulenwicklung 41 und die Widerstände 80 und 83 festgelegt 1st· Bei» Abschalten der erfindungsgemäßen Schweißvorrichtung dient der Widerstand 83 ferner zur Entladung des Kondensators 82.

Aufgrund der eingebauten zeltlichen Verzögerung der Ent!»egung der Tauchspulenwicklung kl schließt der Schweißkontakt 22-1 bevor der Bolzen 37 das Werkstück 38 berührt. Je nach dem Anwendungsfall kann die Verzögerung der Entregung der Tauchepulenwicklung M so gewählt sein, daß der Schweißkontakt 22-1 wahlweise vor, während oder nach der Entregung der Tauchspulenwicklung M und dem Heranführen des Bolzens 37 geschlossen wird.

Während dieses Betriebsablaufes schließt das Relais 20 seine Kontakte 20-1 und 20-4, wobei das Beiais 21 ebenfalls «inen Kontakt 21-1 betätigt. Da jedoch die Schalter 25, 26 und 30 geöffnet sind, ist das Schließen dieser Kontakte bei diesem Betriebszustand funktionsmäßig unwirksam.

Ia Betriebszustand des "Initialkontakts" wird der zu schweißende Bolzen 37 unter Federwirkung In Berührung mit

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■ft.

dem Werkstück 38 gebracht, wobei der Hauptschweißstroiu durch den Bolzen 37 fließt und die einander gegenüberliegenden Piachenstücke des Bolzens 37 und des Werkstücks 38 unter Ausbildung einer Schweißnaht schmelzen· Dies wird bei der erfindungsgemäßen Schweißvorrichtung durch Öffnen aller Schalter 25 big 30 gemäß der Darstellung·in Fig. 4 erwirkt.

Da die Schalter 25 bis 30 geöffnet sind, ist die Tauchsptilenwlcklung 4l von dem Stromkreis wowohl nit der ersten als auch zweiten Energiequelle getrennt. Der Schweißzyklus wird durch Schließen des Schweißkanonenschalters 42 ausgelöst und in gleicher Weise wie tei dem Betriebszustand des "gezogenen Lichtbogens" ein Stromkreis durch das Werkstück 37 und den Arm 53 der Schweißkanone 35 oder das Werkstück 38 und den Bolzen 37 geschlossen, wodurch das Beiais 20 erregt wird. Bein Erregen dieses Relais 20 werden die Kontakte 20-1 bis 20-4 in gleicher Weise wie bei den anderen zwei Betriebszuständen betätigt. Aufgrund der offenen Positionen der Schalter 25 feie 30 ist der einzige zu diesem Zeitpunkt wirksame Heiaiskontakt der Kontakt 2O-3. Beim Schließen dieses Relaiskontaktes 20-3 wird der Schütz 22 erregt und der Hauptschweißkontakt 22-1 geschlossen, wodurch der Kondensator 40 über den Bolzen 37 und das Werkstück 38 unter Ausbildung einer Schweißnaht geschlossen wird.

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Ib folgenden soll erneut auf Pig· I Bezug genommen werden, in weldier die Stromversorgungseinheit 10 dargestellt ist, die einen Transformator 90 aufweist, welcher aus einer einzigen Primärwicklung 91 und zwei Sekundärwicklungen 92 und 93 besteht. Die StromTersorgung der erflndungsgenaßen SchweißTorrichtung kann eine 220 V-Wechselstromquelle sein.

Ein Hauptschalter 94 legt den Transformator 90 über eine Sicherung 95 in den Stromkreis mit dem Netzanschluß. Dabei zeigt eine Kontrollampe 96 an, wenn der Hauptschalter 9^ geschlossen ist.

Die Sekundärwicklung 92 des Transformator« 90 ist an eine Diodenbrücke 12 angeschlossen, die ausgangsseitlg über Leiter 97 und 98 mit dem Schweißkondensator l*l· verbunden ist» wodurch derselbe über einen noch zu beschreibenden Ladekreis aufgeladen wird. Eine Thyrektor-Diode 99 ist parallel an dem Eingang der Diodenbrücke 12 angeschlossen raid dient zum Abfiltern der Übergangsspitzenspannungen innerhalb des Systems. Die zweite Sekundärwicklung 93 des Transformators 90 efcell liegt am Eingang einer zweiten Diodenbrücke 11. Der Ausgang der Diodenbrücke 11 ergibt eine Steuerspannung für die Schweißvorrichtung über Leiter Jj-3 und 52.

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Bei einer vorteilhaften Ausführungsform beträgt die Spitzenspannung der Diodenbrücke 12 180 V, während die Spitzenspannung der Diodenbrücke 11 auf hj V fepfeelegt ist.

Während eine einphasige 220 V-Wechselstromspelsung in dem oben beschriebenen System dargelegt worden ist, so soll es doch verstanden sein, daß in gleicher Welse ein dreiphasiger 220/380 V-Anschluß mit einem geeignet ausgelegten Transformator für die Speisung der beiden Diodenbrücken 11, 12 möglich 1st.

Der durch gestrichelte Linien in Fig. 1 dargestellte Ladenkreis 13 dient zur Erzielung einer bestimmten Spannung an dem Schweißkondensator I¹J- sowie einer neuerlichen Aufladung dieses Kondensators 14 nach jedem SchweißVorgang.

Die Funktionswelse des Ladekreises 13 soll dadurch erörtert werden, indem zuerst angenommen wird, daß die La« dung an dem Schweißkondensator 14 einen bestimmten Wert erreicht hat. Der Wert dieser Ladung wird durch einen aus einem Widerstand 102 und Potentiometer 104 bestehenden Spannungsteiler bestimmt. Die Klemme 105 des Potentiometers 103 übertragt einen Teil dieser Meßspannung an den Eraltteranschluß eines UnIjunktionstransistore 106 und ergibt ebenfalls die Aufladung eines Kondensators I07.

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Ein Widerstand 110, eine Zehnerdiode 11 und ein Kondensator 112 führen eine geregelte und gefilterte Gleichspannung an die beiden Basisanschlüsse des Unijunktlonstransistors 106, wobei beide Basisanschlüsse auf konstantein Potential gehalten werden. Sobald die Ladung an dem Kondensator 107 sich aufbaut, tritt eine Spannung gleich der Zündspannung des TJni juriktibnstransistor 106 auf .Beim Erreichen dieser Zündspannung wird der ühijunktioBstransistor 106 leitend und den Kondensator 107 durch den Unijunktionstransistor 106 entladen, wodurch am Widerstand 113 ein Spannungsimpuls auftritt. Dieser Impuls wird dem Gatter il4 und der Katode 115 eines siliziumgesteuerten Gleichrichters 116 zugeführt, wobei die Polarität dieses Impulses derartig 1st, daß der siliziumgesteuerte Gleichrichter 116 leitend wird. Sobald der slliziumgeiteuerte Gleichrichter leitend wird, wird ein Stromkreis durch ein Steuerrelais 100 und einen Strombegrenzungswiderstand 107 geschlossen, wodurch das Steuerrelais 100 erregt und der normalerweise gpschlossene Heiaiskontakt 100-1 geöffnet wird. Beim Öffnen des Relaiskontaktes i00-l wird der Ladekreis von einer Diosenbrücke 112 durch einen Strombegrenzungswiderstand 101 geöffnet und die Ladung des Schweißkondensators I^ unterbrochen.

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Der Wert des Kondensators IO7 ist derart gewählt, da8 er sich sehr schnell Sber den UnIjunktionstransistor 106 und den Widerstand 113 entlädt. Beim Erreichen einer bestimmten Entladespannung des Kondensator» 107 wird der Uhijunktlonstranslstor I06 abgeschaltet und der Kondensator 107 neuerlich bis auf jene Spannung gelaeen, bei welcher der Unljunktionstranslstor IO6 neuerlich leitend wirr?· Während eines bestimmten Halbzyklus tritt diese Pulsierung mehrmals am Ausgang der Brückengleichrichter 12 auf«

Obwohl der siliziuragesteuerte Gleihrlchter II6 bein Auftreten eines Initialimpulses solange leitfähig bleibt, solange einespositive Vorspannung von seiner Anode gegenüber der Kadode aufrechterhalten wird, so fällt an Ende ^edes Halbzyklus am Ausgang der Brückengleichrichter 12 die Spannung des siliziumgesteuerten Gleichrichters 116 zu einem derartigen Punkt ab, bei welchen der siliziijmgesteuerte Gleichrichter II6 abschaltet. Während des nächsten Halbzyklus wird Jedoch der Gleichrichter II6 durch kontinuierliche Impulse des Unijunktionstransistors neuerlich leitfähig.

Ein parallel mit dem Steuerrelais 100 angeordneter Kondensator II8 erhalt dasselbe während Jedes Kulldurchganges des Ausgangssignals des Brückengleichrichters 12 erregt.

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-β.

Venn der Schweißkondensator lA wahrend eines Schweißzyklus entladen wird oder wenn dessen Ladung geringfügig abfällt, wird der Spannungsabfall ara Spannimgsteiler festgestellt und der TJhi junktionstrans is tor 106 unterbricht seine Pulsierung,, so daß der siliziumgesteuerte Gleichrichter 116 abgeschaltet wird. Beim Abschalten des sili« ζ !umgesteuerten Gleichrichters II6 wird die Ladung- des Kondensators II8 während einsr relativ geringen Anzahl von Zyklen an dem Brückgleichrichter 12 abgeleitet» wodurch das Steuerrelais 100 entregt und über seinen Eontakt 100-1 der SchwelBkondensator 14 erneut mit dem Ausgang des Brückengleichrichters 12 verbunden wird, so daß der Schweißkonden satur I^ aufgeladen wird.

Während das Potentiometer 104 die maximale Spannung bis zu welcher der Schweißkondensator Ik aufgeladen wird, regelt, ermöglicht das Potentiometer I03 eine Vahl der Geschwindigkeit, mit welcher der Schweißkondensator 1*4- bis auf maximale Spannung aufgeladen wird.

Der parallel mit dem siliziuragesteuerten Gleichrichter II6 angeordnete Kondensator 119 wird auf einen bestimmten Wert aufgeladen» sobald der siliziumgesteuerte Gleichrichter Hl sich in seinem nicht leitenden Zustand befindet. Beim Empfang eines Impulses des Uni junktlonstransistors 106 wird

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der Kondensator 119 4»rch den sillzlumgeeteuerten Gleichrichter 116 entladen. Er hilft somit dazu bei, den siliziumgesteuerten Gleichrichter 116 leitend zu machen. Der Kondensator 119 verhindert ebenfalle eine vorzeitige Leitfähigkeit des sillziumge steuerten Gleichrichters 116, wenn der Kontakt 100-1 geschlossen wird, sobald die Ladung an Schweißkondensator 14 sich in der Sähe des eingestellten Wertes befindet.

Ein im Stromkreis mit einem der Basisanschlüsse des Unijunktionstransistors 106 liegender Widerstand 120 begrenzt den Strom durch die Basis und kompensiert ebenfalls Temperatureffekte innerhalb des UniJunktionstransistors 106.

Das Ausführungsbelspiel des erfindungsgemäßen Schweißgerätes verwendet ebenfalls einen in Flg. 1 dargestellten Sicherheitskreis 15· sobald die Schweißeinrichtung abgeschaltet ist· Der Sicherheitskreis 15 weist einen Schalter 121 auf, der mit dem Hauptschalter 9^ mechanisch verbunden ist, wobei bei geöffnetem Hauptschalter 9^ der Schalter 121 geschlossen 1st. Beim Schließen des Schalters 121 wird der Schweißkondensator l4 durch den Widerstand 61 und den Schalter 121 kurzgeschlossen. Dabei dient eine -Dbde 122 dazu, eine negative Ladung des Schweißkondensators 14· zu verhindern. Nach einem vorgegebenen Zeitinter-

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vall wird der S chwe Ißlcondensa tor 1Λ durch den Widerstand 6l entladen. Ein Spannungsmesser 123 dient ferner zur Anzeige der an dem Kondensator Ik vorhandenen Ladung»

- 31 Patentansprüche

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Claims (1)

1. («elegexempl

   i-jff nicht geärdert we«

   Patentansprüche

   1. Bolzenschweißmaschine zum Betrieb wahlweise ins Betriebszustand des "gezogenen Lichtbogens", des "Initial·· abstandes" oder des "Initialkontaktes", dadurch ge· kennzeichnet, daß eine Einrichtung mit einer Tauchspulenwicklung (kl) zur Fixierung des zu schweißenden Bolzens (37) in Bezug auf ein Werkstück (38) vorgesehen 1st, ferner, daß einerseits ein mit einer Stromquelle verbundener Stromkreis zur Übertragung einer ersten Spannung auf die Tauchspulenwicklung (kl) mit einem genügend hohen Wert zur Erwirkung eines Zurückziehens des Bolzens (37) und andererseits ein mit diner Stromquelle verbundener Stromkreis zur Übertragung einer zweiten Spannung auf die Tauchspulenwicklung (kl) mit einem ungenügend hohen Wert zur Erwirkung eines Zurückziehens des Bolzens (37), Jedoch mit einem genügend hohen Wert zum Festhalten des Bolzens (37) nach manuellem Zurückschieben vorgesehen ist, daß wahlweise einen oder beide Stromkreise abtrennende erste Schaltelemente, ferner beim Auslosen des Schweißzyklus

   betätigte, gleichzeitig ein Schließen des ersten Stromkreises und ein Öffnen de» zweiten Stromkreises bewirkende zweite Schaltelemente und schließlich von der Betätigung der zweiten Schaltelemente gesteuerte, nach Auslösung des Schweißzyklus ein Öffnen des ersten Stromkreises bewirkende dritte Schaltelemente vorgesehen sind.

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   &9

   Ja 2. Bolzenschweißmaschine nach Anspruch I₉ dadurch j; gekennzeichnet» daß die ersten Schaltele- ^ sente während des Betriebszustandes des "gezogenen Licht- ·. bogens· den ersten Stromkreis schließen, während des i, Betriebszustandes des "Initialabstandes* den ersten Strom-' kreis öffnen und den zweiten Stromkreis schließen und im Betriebszustand des "Initialkontaktes" beide Stromkreise öffnen.

   3· Bolzenschweißaaschine nach Anspruch 1 oder Z₉ dadurch gekennzeichnet , daß die Stromversorgung (20) eine mit dem ersten Stromkreis in Verbindung stehende erste Energiequelle und eine ait dem zweiten Stromkreis in ι Verbindung stehende zweite Energiequelle aufweist, wobei letztere Energiequelle eine niedrigere Spannung als die erste Energiequelle aufweist·

   fc. Bolzenschweißnaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß paralM Bit der Tauchspulenwicklung (*KL) ein Kondensator vorgesehen 1st und daß dieser Kondensator beim Schließen des zweiten Stromkreises geladen wird, wodurch während des Betriebszustandes des "Initialebstandes" die Tauchspulenwicklung (41) Über einen bestiraraten Zeitraun hinweg nach Verbindung nit den zweiten Stromkreis in erregtem Zustand gehalten ist*

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   5· Bolzenschweißmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis

   4, dadurch gekennzeichnet, daß der Kondensator parallel mit den dritten Schaltelementen zur Erwirkung einer Verzögerung der Betätigung dieser Schaltelemente angeordnet ist und daß die Öffnung der ersten Schaltelemente nach einen Torgegebenen Zeitintervall nach Betätigung der zweiten Schaltelemente erfolgt·

   6. Bolzenschweißmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis

   5, dadurch gekennzeichnet» daß ein dritter Stromkreis vorgesehen ist, der den Bolzen (37) und das Werkstück (38) mit einem Stromkreis der Energiequelle verbindet, ferner daß Einrichtungen zur Verringerung der Energieentladung der Energiequelle vorgesehen sind, und daß beim Schließen des ersten Stromkreises ein Teil des dritten Stromkreises durch die ersten Schaltelemente geschlossen wird, wobei beim Schließen der zweiten Schaltelemente, d.h. bein Auslösen des SchweißVorganges der Iwrbleibende Teil des dritten Stromkreises geschlossen wird,

   7· Bolzenschweißmaschine nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die zweiten Schaltelemente die Auslösung des Schweißstromes steuern.

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   8« Bolzenechweißaaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Energiequelle einen den Schweißstrom erzeugenden Kondensator lädt.

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