DE970768C

DE970768C - Wechselstromgespeiste Widerstands-Schweissmaschine zum Schweissen mit Gleich- oder Wechselstrom

Info

Publication number: DE970768C
Application number: DES37273A
Authority: DE
Inventors: David Sciaky
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1953-01-22
Filing date: 1954-01-23
Publication date: 1958-10-30
Also published as: US2728046A; CH330916A; BE525841A

Description

AUSGEGEBEN AM 3a. OKTOBER 1958

S 37273VIIIdJ 21h

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung für die elektrische Widerstandsschweißung und bezieht sich in der Hauptsache auf ein System, wonach im sekundären oder Belastungsstromkreis wahlweise mehrere Arten von Stromimpulsen erzeugt werden können.

Zum Schweißen genügt in vielen Fällen die übliche Art mit Wechselstrom von Industriefrequenz vollauf. Bei solchen Wechselstromschweißapparaten legt man an die Schweißelektroden Wechselstrom mit Industriefrequenz während einer von einem Zeitgeber bestimmten Anzahl von Arbeitsperioden. Bei diesen Schweißapparaten sind elektrische Entladungsventile verwendet. Die Leitfähigkeit des Entladungsventils wird gesteuert durch einen Zeitgeber und durch Zündventile, die mit den Entladungsventilen in elektrischer Verbindung stehen. Diese bekannte Wechselstromschweißung weist verschiedene Mängel auf, die hauptsächlich von der hohen Frequenz des Schweiß- ao stromes herrühren.

Neben der Wechselstromschweißung mit Normalfrequenz ist auch die Wechselstromimpulsschweißung bekannt. Zum Übergang von einer Impuls

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betriebsart auf eine andere werden hierbei Elektronenschalter vorgesehen.

Für jedes der beiden Schweißverfahren ist bisher

eine besondere Schweißanlage notwendig. Da das Anwendungsgebiet der einzelnen Verfahren jedoch beschränkt ist, ist die Anschaffung von beiden Schweißapparaten meist nicht zu umgehen.

Zur Behebung dieses Nachteiles sieht die Erfindung demgegenüber eine einzige Schweißeinrichtung für beideSchweißverfahren vor. Erreicht wird dies durch Umschaltmittel, die erfindungsgemäß einerseits ein Schweißen mit je aus einer bestimmten Anzahl von gleichgerichteten Wechselstromperioden gebildeten Impulsen und andererseits ein Schweißen mit Wechselstrom der Normalfrequenz gestatten, so daß mittels eines einzigen einfachen Schweißapparates jeweils durch Anwendung einer der beiden möglichen Betriebsarten, nämlich der Impulsschweißung oder der Wechselstromschweißung, im wesentlichen alle Metalle und Legierungen einschließlich der Stähle geschweißt werden können.

Die Erfindung betrifft demnach eine wechselstromgespeiste Schweißeinrichtung, bestehend aus einem Schweißtransformator, bei dem ein Mittelabgriff der Primärwicklung an die eine Phase der Wechselstromquelle angeschlossen ist, während die Endklemmen der Primärspule über Stromtorröhren mit der anderen Phase verbunden sind, und die Erfindung besteht darin, daß Umschaltorgane vorgesehen sind, welche in einem ersten Zustand die Stromtore als Wechselstromschalter betreiben, so daß in der Sekundärspule ein Strom induziert wird, dessen Verlauf der Wechseletromquelle entspricht, und welche in einem weiteren Zustand die StromtO'rröhren als Doppelweggleichrichter mit periodisch wechselnder Durchlaßrichtung betreiben, so daß in der Sekundärspule durch in der Primärspule abwechselnd fließende Gruppen von gleichgerichteten Halbwellen der einen oder der anderen Polarität Impulse aufgebaut werden, deren Form und Frequenz von der eingespeisten Wechselspannung unabhängig sind.

Die Zeichnungen zeigen Schaltbilder des Stromkreises der erfindungsgemäßen Schweißvorrichtung. Es stellt dar

Fig. ι ein Schaltschema eines Schweißsystems. Fig. 2, 3, 4 verschiedene Schalterstellungen zur Erreichung eines positiven bzw. negativen Stromimpulses oder eines Schweißstromes von Industriefrequenz,

Fig. 5 eine graphische Darstellung eines gleichgerichteten positiven und eines negativen Stromimpulses,

Fig. 6 eine graphische Darstellung der Impulse eines Stromes von Industriefrequenz, Fig. 7 ein Schaltbildausschnitt, Fig. 8 ein Schaltschema des Relais für die automatische Schaltung,

Fig. 9 ein Schaltschema der Steuer- und Regelstromkreise,

Fig. 10 Relaisschaltungen zum Betätigen der beiden Schaltergruppen gemäß den Fig. 2 und 3, . Fig. 11 ein Schaltschema ähnlich Fig. 1 mit von Hand betätigten Umschaltorganen bei Schweißung mit Industriefrequenz,

Fig. 12 ein Schaltschema der Primärwicklung des Schweißtransformators mit vier in Reihe liegenden Spulen,

Fig. 13 ein Schaltschema ähnlich Fig. 12, wobei die zwei Spulen der einen Hälfte der Primärwicklung parallel geschaltet sind,

Fig. 14 ein Schaltschema für eine weitere kombinierte Schweißeinrichtung.

In Fig. ι ist mit 10 ein Schweißtransformator bezeichnet, der aus einem Eisenkern 11, den Sekundärwicklungen 12 und den Primärwicklungen 13 und 14 besteht. Die Sekundärwicklungen 12 sind mittels eines Leiters 15 mit den Sehweißelektroden 16 oder mit einem Sekundärstromkreis verbunden, an welchem die Schweißelektroden ebenfalls vorgesehen sein können. Die Primärwicklungen 13 und 14 bestehen im wesentlichen aus einer einzigen Wicklung und bilden den primären Belastungsstromkreis des Transformators. In Fig. 1 ist dieser primäre Belastungsstromkreis im Mittel derart verzweigt, daß die Wicklungen 13 auf der einen Seite und die Wicklungen 14 auf der anderen Seite angeordnet sind. Diese .Abzweigung ist durch einen Leiter 18, der in Punkt 19 an eine Stromzufuhr rungsscbiene L₁ angelegt ist, erreicht. Die beiden Schienen L₁ und L₂ werden mit gewöhnlichem Wechselstrom von Industriefrequenz gespeist.

Die Primärwicklung 13 ist durch einen Leiter 20 mit einer Klemme C verbunden. In gleicher Weise steht die Primärwicklung 14 durch die Leiter 21 und. 22 mit einer Klemme B in Verbindung. Ein mechanischer Schalter 23 verbindet die Klemmen C und A und ein gleicher Schalter 24 die Klemmen B und D elektrisch. Die Klemmen A und D sind jeweils mit der zweiten Schiene L₂ über die Leiter 25 bzw. 26 verbunden, in die jeweils ein elektrisches Entladungsventil 27 bzw. 32 eingeschaltet ist. Diese Ventile arbeiten im Gegentakt und bestehen aus einer Anode, einer Kathode und einer Zündeinrichtung. Die Zündvorrichtung des Ventils 27 ist über den Leiter 28 mit der Kathode eines Zündventils 30 verbunden. Die Anode dieses Zündventils steht über einen Widerstand 31 mit dem Leiter 25 in Verbindung. In gleicher Weise ist die Zündeinrichtung des Ventils 32 durch einen Leiter 33 mit der Kathode eines Zündventils 34 verbunden. Die Anode dieses Zündventils ist über einen Widerstand 35 mit dem Leiter 26 verbunden. Diese beiden Entladungsventile 27 und 32 sind in umgekehrtem Sinne an die Wechselstromquelle gelegt, d. h., der Leiter verbindet die Anode des Ventils 27, während der Leiter 26 die Kathode des Ventils 32 mit der Schiene L₂ verbindet.

Eine Klemme B₁ steht mit den Klemmen A und C und über die Leiter 36 und 22 mit den Klemmen B und D in Verbindung. Zum Klemmenpaar D und B gehört eine dritte Klemme C₁, welche über einen Leiter 37 mit der Klemme C verbunden ist. Jeder der Schalter 23 und 24 besitzt zwei Schaltstellun-

gen. In der einen Stellung (Fig. 2) verbindet der Leiter 23 die Klemmen A und C und der Schalter 24 die Klemmen D und B. Die zweite Stellung der Schalter ist in Fig. 3 dargestellt, wobei der Schalter 23 die Klemmen A und B_} und der Schalter 24 D und C₁ verbindet. Steht die Schaltstellung gemäß Fig. 2, so wird im Sekundär^tromkreis 15 ein positiver, in einer Richtung fließender Stromimpuls und bei einer Schaltstellung gemäß Fig. 3 dagegen ein negativer Impuls erzeugt. Jeder dieser in gleicher Richtung fließenden Impulsströme, positiv oder negativ, dient einem Schweißvorgang. Zur Regelung der Impulse sind die Gitter der Zündventile 30 und 34 mit einem Zeitgeber verbunden, so z. B. das Gitter 38 und die Kathode des Zündventils 30 durch den Leiter 39 und in analoger Weise das Gitter 41 und die Kathode des Zündventils 34 mittels des Leiters 42 mit einem Zeitgeber 40.

In Fig. 4 sind Schaltstellungen zum Schweißen

«0 mit Normalfrequenz gezeigt. Hierzu werden vorteilhafterweise zusätzliche Umschaltelemente43 und 44 vorgesehen, und der Schaltplan ist folgender:

Der Schalter 43 verbindet die Klemmen A und C und zu gleicher Zeit der Schalter 44 die Klemmen D und C₁. Nach einer zweiten möglichen

Stellung verbindet der Schalter 43 die Klemmen A

und B₁ und der Schalter 44 die Klemmen D und B.

Der Zeitgeber regelt, wie bereits erwähnt, die Dauer der Schweißimpulse, indem er die Polarität der Gitter der Zündventile steuert. Demzufolge nehmen die positiven bzw. negativen aus einer bestimmten Anzahl von gleichgerichteten Wechselstromperioden gebildeten Stromimpulse die Charakteristik gemäß Fig. 5 auf, während mit der nach bekannter Art arbeitenden Einrichtung Ströme gemäß der Fig. 6 entstehen.

Sind die Schalter 23 und 24 in der Stellung, wie sie Fig. ι zeigt, so arbeitet die Vorrichtung wie ein vollkommener Gleichrichter für Einphasenwechselstrom. Ist L₁, die Wechselstromquelle, positiv, so gehen die positiven Wellenlängen durch den Leiter 18, die Primärwicklung 14, den Schalter 24 und kehren schließlich über 32 zur Schiene L₂ zurück. Wenn L₂ positiv ist, so durchströmt der Impuls das Ventil 27, den Schalter 23, die Primärwicklung 13 und kehrt über den Leiter 18 zur Speisequelle zurück. Folglich sind die beiden positiven und negativen Impulse des Wechselstromes gezwungen, die Primärwicklungen von links nach rechts zu passieren. Der primäre Impuls erzeugt beim Durchfluß durch die Wicklung 14 einen Magnetfluß im Transformator, der unter dem Einfluß des Impulsstromes, der durch die Wicklung 13 fließt, seine Amplitude vergrößert. Die andauernden Stromimpulse, die die Wicklungen im gleichen Sinne durchlaufen, bewirken die Erregung dieses Magnetflusses mit dem Ergebnis, daß ein ständiges Anwachsen dieses Flusses stattfindet und ein in ■δ" einer Richtung fließender Stromimpuls in der Sekundärwicklung induziert wird, der durch den sekundären Stromkreis zu den Schweißelektroden 16 fließt. Die Dauer der Schweißimpulse wird vom Zeitgeber 40, der einen phasenverschobenen Stromkreis aufweist, gesteuert. Die Ventile 27 und 32 werden durch die Zündventile 30 und 34 dann überbrückt, wenn die Polarisationsspannungen auf den Gittern. 38 und 41 mit einer ständigen negativen Polarität und mit positivem Potential fließen. Jeder Stromimpuls, der durch die Wicklungen 13 und 14 fließt, bewirkt, wie bereits erwähnt, ein Anwachsen des Magnetflusses, der im induzierten, in einer Richtung fließenden Strom Spitzen und Wellen, wie sie die Fig. 5 deutlich zeigt, entstehen läßt. Um den Schweißvorgang zu begrenzen, wird die negative Polarität von neuem an die Gitter 38 und 41 angelegt, die Leitung der elektrischen Entladungsventile 27 und 32 unterbrochen, und die entstandenen in einer Richtung fließenden Schweißimpulse zeigen die Form und die Charakteristik der Fig. 5, in welcher der Strom stufenweise fortschreitend bis zu einem Höchstpunkt anwächst und nachher rasch auf Null abfällt. Wie in Fig. 5 gezeigt, setzt sich ein solcher Stromimpuls aus zwanzig Spitzen zusammen, bei einer Dauer von zehn Wechselstromperioden.

Sind nun die Schalter 23 und 24 gemäß Fig. 3 geschaltet, so sind die Schaltverbindungen umgekehrt, d. h,, das Ventil 27 ist mit der Klemme der Wicklung 14 und das Ventil 32 mit der Klemme der Wicklung 13 in Verbindung. Auch in diesem Falle arbeitet die Schweißeinrichtung in der oben beschriebenen Weise mit vollkommener Gleichrichtung des Einphasenwechselstromes, indem die positiven und negativen Ströme im gleichen Sinne, also von rechts nach links, durch die Primärspulen fließen. Der daraus entstehende, im Sekundärkreis induzierte Stromimpuls ist natürlich negativ. Für jeden folgenden Schweißvorgang entspricht die Schalterstellung erst der Fig. 2 und dann der Fig. 3 und so fort. Durch die ständige Umkehrung der Schweißimpulse verhindert man eine Sättigung des Transformators, und man erhält eine größere Leistung in bezug auf den Sekundärstrom.

Gemäß der Erfindung ist die mechanische Schaltung der Schalter 23 und 24 durch den durch die Primärwicklungen des Transformators fließendien Strom bewirkt. Insbesondere aus der Fig. 7 ist zu ersehen, daß ein Relais mit einer Wicklung 46 mit den Primärwicklungen 13 und 14 durch den Leiter 47, in dem ein Schalter B₃ liegt, verbunden ist. Ein Schalter /J₄ ist in den Leiter 49 eingeschaltet (Fig. 8). Gemäß dem Regelmechanismus der Schweißung schließen sich die Schalter B₃ und S₄ am Ende der Kompressionsperiode. Das Relais umfaßt einen Schwenkhebel 48, der durch die Stromstöße, die durch seine Induktionswick'lungen 46 gehen, betätigt wird und durch jede Erregung der Wicklung 46 seine Stellung ändert. Der Hebel 48 liegt in einem Stromkreis, der vom Leiter 49, iao der mit der Schiene L₁ in Verbindung steht, gebildet wird. Der Umschalter 50 ist in die Leitung L₁ gelegt, derart, daß der Hebel 48 zum Schalten der Schalter 23 und 24 entsprechend beeinflußt wird. Wenn der Schalter 24 geschlossen ist, ist auch der den Hebel 48 umfassende Strom-

kreis an der Klemme gegenüber L₂ durch die Relaiswicklung χ oder y geschlossen. Der Leiter 49 ist mit der Relaiswicklung χ über einen Nebenschlußstromkreis .51 verbunden, welcher einen normalerweise geöffneten Schalter X₁ aufweist. Der normalerweise geschlossene Schalter ^₁ ist mit der Relaiswicklung χ in Reihe geschaltet. Auf gleiche Weise ist der Leiter 49 an die Relaiswicklung y mittels eines Strominebenschlusses 52 mit dem normalerweise geöffneten Schalter y₂ angeschlossen. Der normalerweise geschlossene Schalter x₂ ist mit der Wicklung y in Reihe geschaltet. Die Relaiswicklungen χ und y dienen auch dazu, die Schalter x₃ und y₃ abwechselnd in Tätigkeit zu setzen, wie es in Fig. 10 dargestellt ist. Diese Schalter sind ausgestattet mit gegabelten Armen oder Trägern, wie z. B. 53 für den Schalter x₃ und 54 für den Schalter y₃. Die Schalter 23 und 24 sind an den Trägern 53 so befestigt, daß sie ao die Klemmen AC und DB nach Erregung der Relaisspule χ schließen und folglich das-Schweißsystem einen positiven, in einer Richtung gehenden Stromstoß erzeugt, während die Schalter 23 und 24 über die Träger 54 des Schalters y₃ die ^a5 Klemmen ^iB₁ und DC₁ schließen, wenn sie auf Grund der Erregung der Relaiswicklung y bewegt werden. Dieser Vorgang entspricht dann der Schalterstellung gemäß Fig. 3, wobei ein negativer Schweißimpuls erhalten wird.

Um die abwechselinden Schaltungen der Schalter X₃ und y_s zu erläutern, nimmt man an, daß der Schalthebel 48 des Relais in der in Fig. 8 ausgezogenen Stellung bleibt, und zwar durch die letzte Erregung der Wicklung 46. Zu. Beginn der folgenden Schweißzeiten sind die Schalter S₃ und S₄ geschlossen, und wenn der Strom in die eine odfar andere der Wicklungen 13 oder 14 fließt, strömt ein gleicher Strom über die Wicklung 46. Da der Schalter S₄ geschlossen ist, wird die- Relaiswicklung χ über den Hebel 48 erregt. Wird aber die Wicklung χ erregt, schließt sich auch der Schalter X₁, und der Schalter x₂ öffnet sich. Ebenso schließt sich der Schalter x₃; denn die Klemmen AC und DB des Schweißsystems sind miteinander verbunden. Das Relais wirkt also derart, daß der Schalthebel 48 seine Stellung bei jedem Erregungswechsel der Wicklung 46 umkehrt. Folglich verschiebt sich der Schalthebel 48 von der ausgezogen gezeichneten zur punktierten Stellung, wie aus Fig. 8 ersichtlich. Die Relaiswicklung bleibt immer noch erregt durch den Nebenschlußstromkreis 51, nicht aber die Relaiswicklung y, weil der Schalter x₂ geöffnet ist. Nach Abschluß des Schweißvorganges öffnen sich die Schalter S₃ und S₄, und folglich wird die Relaiswicklung χ stromlos, wodurch die Schalter X₁ und jr₂ auf ihre Normalstellung zurückkehren und jir₃ so wirkt, daß die Schalter 23 und 24 sich öffnen. Die Klemmen AC und DB sind dann abgeschaltet.

Was den folgenden Schweißvorgang betrifft, so wiederholt sich das Ganze, obwohl dieses Mal die Erregung des Relais zur Betätigung seiner verschiedenen Schalter erfolgt. Zu Beginn des Schweiß Vorganges sind Schalter S₃ und S₄ geschlossen. Die Relaiswicklung wird erregt infolge der punktiert gezeichneten Stellung des Schalthebels 48. Folglich öffnet sich der Schalter y_v der Schalter y₂ schließt sich, und der Schalter y₃ tritt in Tätigkeit, um die Klemmen AB₁ und CD₁ der Schweißvorrichtung miteinander zu verbinden. Auch hier bewirkt das Relais das Verschieben des Schalthebels 48 derart, daß dieser wieder die ausgezogen gezeichnete Position bezieht, jedoch bleibt die Relaiswicklung durch ihren Nebenschlußstromkreis in Erregung, da die beiden Schalter X₂ und y₂ geschlossen sind. Alle Schalter behalten ihre Stellungen, wie beschrieben, bei, bis der Schweißvorgang beendet ist und die Schalter in ihre Normalstellung zurückkehren und die Klemmen AB₁ und DC₁ sich voneinander lösen.

Um eine Schweißung mit Wechselstrom der Normalfrequenz zu erreichen, ist es nötig, die Schalterklemmen gemäß Fig. 4 zu schalten. Diese Schaltungen können manuell bewerkstelligt werden. Man bevorzugt verschiedene Umschalteinrichtungen, wie z. B. die Organe 43 und 44, gemäß den Fig. 4 und 11. Schließen diese Organe die Klemmen AC und DC₁ kurz, so arbeitet der Schweißapparat in der Primärwicklung wie eine gewöhnliche Wechselstromschweißvorrichtung, wobei der durch diese Wicklung 13 fließende Strom gleiche Frequenz wie der Zuleitungsstrom hat, z. B. wenn L₁ positiv ist, fließt "der Strom durch den Leiter 18, durch die Wicklung 13, und zwar von rechts nach links, über den Leiter 37 zum Ventil 32 und zur Stromquelle zurück. Ist aber L₂ positiv, so erfolgt der Stromfluß über das Ventil 27, durch die Wicklung 13, und zwar von links nach rechts, und kehrt durch den Leiter 18 zurück. Der Vorgang setzt sich während der durch den Zeitgeber bestimmten Zeitperiode fort mit dem Ergebnis, daß in der Sekundärwicklung ein Schweißstrom der Normalfrequenz induziert wird (Fig. 6). Wenn die Umschaltorgane 43 und 44 hingegen die Klemmen AB₁ und DB verbinden (Fig. 11), so entstehen· folgende Stromkreise: Ist z. B·. L₁ positiv, dann fließt der Strom durch den Leiter 18, die Wicklung 14, und zwar von links nach, rechts, dann durch das Ventil 32 und schließlich zurück. Ist aber L₂ positiv, dann fließt der Strom durch das '"> Ventil 27, die Leiter 36 und 21, die Wicklung 14 und über den Leiter 18 zurück. Der zweite Wechselstromschweiß impuls gleicht dem ersten Schweißimpuls und kann von gleicher Dauer sein, je nach Einstellung des Schweißreglers. Da jedes- "5 mal nur eine Hälfte der Primärwicklung verwendet wird, muß der Schweißtransformator eine Kapazität besitzen, die etwas größer ist als normalerweise erforderlich.

Die Fig. 9 zeigt ein Schema eines Stromkreises ^la° zum Steuern der verschiedenen Arbeitsvorgänge vom Betätigen des Umschalters mit Pedal 101 durch einen Arbeiter bis zum Ende der Halteperiode. Die Figur zeigt die Leiter L₁ und L₂ als Wechselstromquelle, und die verschiedenen Zeit- ^la5 eber sind zwischen diesen Hauptleitern zueinander

parallel geschaltet. Im Leiter 56 liegt der Pedalschalter 101, der Schalter D₁ sowie die Relaiswicklung A. Der durch den Leiter 57 gebildete Nebenschlußstromkreis umfaßt den Pedalschalter und den Schalter B₁. Wird der Umschalter geschlossen, so wird die Relaiswicklung A erregt, da der Schalter D₁ normalerweise geschlossen ist. Die Relaiswicklung A besitzt einen in den Leiter 58 eingeschalteten Schalter A₁. Dieser Leiter weist zusätzlich die Relaiswicklung 59 auf, welche ihrerseits mit einem der elektrischen Ventile verbunden ist. Ist die Relaiswicklung A erregt, so schließt sich der Schalter A₁, und die Wicklung 59 des Elektroventils wird erregt. Die Tätigkeit des Elektroventils bewirkt wiederum eine Schließung der Eelektroden des Schweißapparates, wodurch das zu schweißende Stück eingezwängt wird.

Das Elektroventil bewirkt so den vorbestimmten Druck auf die zu schweißenden Teile und das Auslösen eines Druckkontrollorgans, welches die Schließung des in einer Reihe mit dem Schalter 60 liegenden Schalters PS hervorruft. Dieser Stromkeis umfaßt einen »Anpreßdruck«-Zeitgeber, welcher dann in, Tätigkeit tritt, wenn der Druck auf die zu schweißenden Teile während einer durch den Zeitgeber bestimmten Zeitperiode die vorbestimmte Höhe erreicht hat. Nach einer gewissen Zeit wird die Relaiswicklung B erregt, und die Schalter B₁, B₂, B₃ und S₄ schließen sich gleichzeitig. Die Schließung des Schalters JB₁ bewirkt den Nebenschluß des Umschalters 101, so daß das Pedal losgelassen werden kann und der Schweiß Vorgang sich ganz automatisch abwickelt. Die Schließung des Schalters B₂ leitet die Tätigkeit des »Schweiß «- Zeitgebers 40 ein (Fig. 1 und n).^: Die durch Schließung der Schalter B₃ und .B₄ erreichte Wirkung wurde im vorhergehenden zu den Fig. 7 und 8 beschrieben. Am Ende der Schweißperiode wird die Relaiswicklung C erregt, wodurch die Schließung des Schalters C₁ im Stromkreis des »Halte«-Zeitgebers und der Relaiswicklung D bewirkt wird. Dieser Zeitgeber hält die Elektroden in der Anpreßstellung an die zu schweißenden Stücke während des vorbestimmten Schweißintervalls. Nach Ablauf dieser Haltezeit wird die Wicklung D erregt, und dabei öffnet sich der Schalter D₁. Der Stromkreis des Relais A ist folglich so geöffnet, daß die Wicklung stromlos wird, wodurch Schalter A₁ sich öffnet und die Elektroventile in Aktion trete», um die Elektroden des Schweißapparates wieder zu lösen.

Der vorbeschrieb'ene Vorgang wiederholt sich bei jedem Schweißvorgang, unabhängig von der Art des mit diesem kombinierten Schweißapparat angewendeten Schweißverfahrens. Die gewöhnliche Wechselstrompunktschweißung wird; man bei allen normalen Fällen, welche einen relativ schwachen Strom bei längeren Schweißperioden erfordern, anwenden. Zum Beispiel kann ein solcher Apparat bei einer Schweißzeit von etwa 2 Sekunden ein Maximum von 19 000 Ampere erzeugen, wobei die Länge der Arme 600 mm und der Zwischenraum zwischen diesen 200 mm beträgt. Dabei ist die Speiseleitung mit n6kVA belastet. Arbeitet der Schweißapparat dagegen mit gleichgerichteten Stromimpulsen, so kann ein Schweißstromimpuls bei einer Schweißzeit von etwa fünf bis zehn Arbeitsperioden der Wechselstromquelle maximal 43 000 Ampere erzeugen. Im letzteren Fall werden der Speisequelle nur etwa 93 kVA entnommen. Obwohl dieser sekundäre Strom 2,25mal stärker ist als der erste, ist die Belastung der Speiseleitung auf acht Zehntel reduziert. Der Vorzug der Umschaltung von einer Schweißungsart auf die andere wird deutlich, wenn man z. B. berücksichtigt, daß zum Schweißen von Aluminium innerhalb von etwa fünf Schweißperioden sehr starke Ströme, zum Schweißen von Stahl aber viel längere Perioden bei viel schwächeren Strömen erforderlich sind, als man sie beim gewöhnlichen Schweißen mit Wechselstrom der Normalfrequenz erhält.

Die Fig. 12 und 13 stellen eine bevorzugte Anordnung der Primärwicklung des Schweißtransformators nach Fig. 1 und' 11 dar. Diese Anordnung resultiert aus der Erkenntnis, daß für das eine der Schweißverfahren nicht die Gesamtzahl der Windungen der Primärwicklung benötigt wird. Hat z. B. eine bestimmte Maschine 144 Windungen für jeden Teilabschnitt der Primärwicklung, so hat go diese ein Strommaximum von etwa 43 000 Ampere im Betrieb als Impulsschweißapparat. Bei einem mit Wechselstrom der Normalfrequenz arbeitenden Schweiß apparat sind indessen nur J2 Windungen der Primärwicklung nötig, um einen sekundären Strom von 19 0Ό0 Ampere zu erzeugen. Die vollständige Primärwicklung setzt sich daher aus vier Primärspulen 65, 66, 67 und 68 zusammen. Es kann angenommen werden, daß jede Spule J2 Windungen besitzt. Die vier Spulen sind in Reihe geschaltet (Fig. 12), wenn mit der Impulsschweißung gearbeitet wird. Arbeitet man jedoch mit gewöhnlicher Weehselstrornschweißung, beispielsweise bei einer Erregung der rechten Hälfte der Primärwicklung, so sind die beiden 105. Primärspulen 67 und 68 parallel geschaltet und stellen in bezug auf den Schweißtransformator ein Verhältnis von 72 zu 1 Windungen her. Denn sind die beiden Spulen parallel miteinander durch die Leiter 69 und 70 verbunden, so wirkt die ganze rechte Hälfte der Primärwicklung.

Eine bevorzugte Schaltung eines kombinierten Schweißapparates gemäß der Erfindung zeigt Fig. 14, wobei die in den Fig. 1 und 11 an^- gewandten Schalter wegfallen und bei der der Stromdurchfluß durch vier elektrische, paarweise angeordnete und entgegengesetzt geschaltete Entladungsventile gesteuert wird. Der Schweißtransformator 80 besteht aus den Teilwicklungen 81 und 82. Die Sekundärwicklung ist mit 83 be- iao zeichnet. Die Speisung erfolgt gleichfalls über die Zuleitungsschienen L₁ und L₂. Die 'erste Schiene ist durch den Leiter 85 an der mittleren Zapfstelle der Primärwicklung angeschlossen. Die zweite Schiene steht durch den Leiter 86 mit der Klemme der Wicklung 81 und die zweite Schiene durch

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den Leiter 87 mit der Klemme der Wicklung'82 in Verbindung. In jedem der Leiter' 86 und 87 ist ein Paar elektrischer zündstiftgesteuerter Gasentladungsventile im Gegentakt, wie z. B. »Ignitrons« in Verbindung mit »Thyratrons« als gittergesteuerte Gasentladungszündventile, eingeschaltet. Die erste Gruppe der elektrischen Entladungsventile 88 und 90 ist in den Leiter 86 gelegt, und diese Ventile sind in entgegengesetzter Anordnung vorgesehen, also die Kathode von 88 ist mit der Anode von 90 und die Anode von 88 ist mit der Kathode von 90 verbunden. Das Entladungsventil 88 steht mit dem Zündventil 91 in Verbindung, und in gleicher Weise ist das Zündventil 92 an das Entladungsventil 90 angeschlossen. Die Gitter und die Kathoden der Zündventile 91 und 92 sind durch die Leiter 93 und 94 mit einem Zeitgeber 95 verbunden. Der Zeitgeber steuert die Polarität der Zündventile. Sind die Gitter positiv, so ent-

ao laden sich die Ventile 91 und 92 und machen die Entladungsventile leitend.

Eine zweite Gruppe der elektrischen Entladungsventile 96 und 97 mit den Zündventileti 98 und 99 ist in den Leiter 87 in. analoger Weise ein-

»5 geschaltet. Die Leiter 100 und 101 verbinden die Gitter und Kathoden der Zündventile mit dem Schweißzeitgeber.

Soll der Apparat mit Impulsschweißung arbeiten, so werden die elektrischen Entladungsventile 88 und 97 leitend gemacht, zu welchem Zweck der .Schalter 102 geschlossen wird und die Primärwicklung einen mittleren Stromabnehmer, welcher durch den Schalter 103 mit dem Leiter 85 verbunden ist, besitzen muß. Ist die erste Schiene L₁ positiv, so wird der Stromimpuls durch den Leiter

85 und den Schalter 103 zur linken Wicklung 81 übertragen, und der Strom kehrt durch den Leiter

86 und das Ventil 88 zurück. Was den folgenden Impuls betrifft, muß die zweite Schiene positiv sein, und der Strom fließt über den Schalter 102, das Ventil 97, den Leiter 87 in die rechte Wicklung 82 und sodann über den Schalter 103 und den Leiter 85 zurück. Indem der erste Stromimpuls die Wicklung 81 in Richtung von rechts nach links passiert, erzeugt er einen magnetischen Stromfluß im Transformator. Dieser magnetische Strom gewinnt an Stärke durch die folgenden Stromimpulse, welche die Wicklung 82 ebenso in Richtung von rechts nach links durchströmen. Die nach und nach folgenden Stromimpulse, welche durch die Wicklungen in der beschriebenen Weise hindurchgehen, haben ein ständiges Anwachsen des Magnetflusses zur Folge, wobei ein in einer Richtung gehender , Stromimpuls in der Sekundärwicklung 83 induziert wird. Die elektrischen Entladungsventile 88 und 97 richten den Speisewechselstrom gleich und erzeugen in jeder Primärwicklung einen in einer Richtung gehenden Strom; diese Ströme haben die gleiche Polarität, da sie in bezug' auf die beiden Wicklungen in gleicher Richtung fließen. Wenn die elektrischen Entladüngsventile 88 und 97 nicht leitend sind, ist ein Schweißvorgang beendet und ein Stromimpuls gemäß Fig. 5 induziert worden.

Ein negativer Impuls wird induziert, wenn die Ventile 90 und 96 leitend sind. Das Verfahren verläuft wie vorher beschrieben, nur mit dem Unterschied, daß der Strom in den Wicklungen 81 und 82 in Richtung von links nach rechts fließt. Der »Schweiße-Zeitgeber steuert entsprechend die Leitfähigkeit der elektrischen Entladungsventile; so wechseln die genannten Gruppen miteinander ab, um beim Schweißen einmal positive und einmal negative Impulse im Sekundärstromkreis zu induzieren. Der Zeitgeber kann auch einen phasenverschobenen Stromkreis aufweisen, welcher bewirkt, daß der Zündpunkt der elektrischen Entladungsventile variieren kann, um so ein Verändern der Amplitude des Stromimpulses und des Erhitzungseffektes des sekundären Schweißstromes zu ermöglichen.

Um zu erreichen, daß die kombinierte Schweißeinrichtung der Fig. 14 mit Industriefrequenz arbeitet, wird der Schalter 102 geöffnet (punktierte Stellung). Der Schalter 103 wird gedreht, um so die Verbindung in 104 mit dem Leiter 105 herzustellen. Durch diese Schaltung wird eine Verminderung der Anzahl der Windungen in der Primärwicklung 81 erreicht, was notwendig ist, wenn mit gewöhnlichem Wechselstrom gearbeitet werden soll. Durch das Öffnen des Schalters 102 werden die Entladungsventile 96 und 97 außer Tätigkeit gesetzt. Die Ventile 88 und 90 arbeiten dagegen als Schalter. Anstatt der Anzapfung kann auch die Wicklungsanordnung der Fig. 12 und 13 verwirklicht sein.

Claims

Patentansprüche:

ι. Wechselstromgespeiste Schweißeinrichtung, bestehend aus einem Schweißtransformator, bei dem ein Mittelabgriff der Primärwicklung an die eine Phase der Wechselstromquelle angeschlossen ist, während die Endklemmen der Primärspule über Stromtorröhren mit der anderen Phase verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß Umschaltorgane vorgesehen sind, welche in einem ersten Zustand die Strom tore als Wechselstromschalter betreiben, so daß in der Sekundärspule ein Strom induziert wird, dessen Verlauf der Wechselstromquelle entspricht, und welche in einem weiteren Zustand die Stromtor röhren als Doppelweggleichrichter mit periodisch wechselnder Durchlaßrichtung betreiben, so daß in der Sekundärspule durch in der Primärspule abwechselnd fließende Gruppen von gleichgerichteten Halbwellen der einen oder der anderen Polarität Impulse aufgebaut werden, deren Form und iao Frequenz von der eingespeisten Wechselspannung unabhängig sind.

2, Einrichtung nach .Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei Impulsschweißung mechanische Schalter- zum Umkehren des -'-35 Stromes von Relais automatisch betätigt

werden, die auf den im Schweißtransformator fließenden Strom ansprechen.

3. Einrichtung, nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch zwei elektrische Entladungsventile in Gegentaktschaltung mit einem Zeitgeber, wobei die Entladungsventile während der Arbeitsweise als Impulsschweißung wie Gleichrichter und während der Arbeitsweise mit Industriefrequenz wie Elektronenschalter wirken.

4. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 3, gekennzeichnet durch eine Wechsel-Stromquelle mit einer ersten und einer zweiten Zuleitungsschiene, einen Transformator mit einer Primärwicklung auf einem Eisenkern und in Induktionsverbindung mit einem sekundären Stromkreis, einen mit einer mittleren Anzapfung auf der Primärwicklung und mit der ersten Schiene in Verbindung stehenden Leiter, ein Paar im Gegentakt arbeitende elektrische Entladungsventile, die derart in umgekehrter Richtung mit der zweiten Schiene verbunden sind, daß eines der elektrischen Entladungsventile, falls es leitend ist, die positiven Amplituden und das andere Ventil im leitenden Zustand die negativen Amplituden des Wechselstromes durchläßt, ferner gekennzeichnet durch Verbindungen zwischen den elektrischen Entladungsventilen und den Klemmen der Primärwicklung, wobei diese Verbindungen für den Durchfluß durch die Primärwicklung mehrere Schaltungen zulassen, je nachdem, ob die. einen und die anderen positiven oder negativen Impulse des in gleicher Richtung fließenden Stromes den sekundären Stromkreis induzieren oder ob ein Wechselstrom diesen Sekundärstromkreis mit der gleichen Frequenz wie die Stromquelle induziert.

5. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Leiter die mittlere Anzapfung der Primärwicklung mit der ersten Zuleitungsschiene verbindet und diese Primärwicklung sich aus zwei zur Stromquelle symmetrischen Abschnitten zusammensetzt, wobei jeder Abschnitt eine Klemme aufweist und für bestimmte Klemmenstellungen zwischen den elektrischen Entladungsventilen und den Klemmen der Primärwicklung im Sekundärstromkreis ein Wechselstrom von der Frequenz der Stromquelle induziert wird.

6. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein zum Steuern der Leitfähigkeit der elektrischen Entladungsventile bestimmter Zeitgeber die Dauer des Stromdurchflusses durch die Primärwicklung für alle Verbindungsschaltungen regelt.

7. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß Umschaltelemente für jeden Abschnitt der Primärwicklung die Verbindung zwischen dem zugehörigen elektrischen Entladungsventil und den Klemmen der Primärwicklung herstellen und daß diese Umschaltelemente mehrere Stellungen für den Stromfluß durch die Primärwicklung aufweisen, wobei jeder Stellung eine andere Stromajt entspricht, nämlich entweder ein positiver oder negativer, in gleicher Richtung fließender Sekundärstrom und in anderen Schalterstellungen ein Wechselstrom mit der gleichen Frequenz der Stromquelle.

8. Einrichtung nach den Ansprüchen ι bis 7, gekennzeichnet durch einen Stromkreis mit einer Primärwicklung mit drei Klemmen, einem die zweite Klemme mit der ersten Schiene verbindenden Leiter, ein erstes elektrisches Entladungsventil, das mit seiner Anode mit der zweiten Schiene verbunden ist, und gekennzeichnet durch Umschaltmittel für jedes Entladungsventil zum Verbinden des zugehörigen Ventils mit der ersten oder dritten Klemme des Belastungsstromkreises.

9. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß ein Leiter die Anode des ersten Ventils mit der zweiten Schiene, ein anderer Leiter die Kathode des zweiten Ventils mit der zweiten Schiene verbindet, während Umschaltelemente für das erste elektrische Entladungsventil die Kathode des Ventils entweder mit der ersten oder der dritten Klemme des Stromkreises und andere Umschaltelemente für das zweite elektrische Entladungsventil die Anode des Ventils entweder mit der ersten oder mit der dritten Klemme des Stromkreises verbinden, und daß die Leitfähigkeit der Ventile durch einen auf die Zündeinrichtung der Entladungsventile wirkenden Zeitgeber gesteuert ist.

10. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das erste und zweite elektrische Entladungsventil mit der zweiten Schiene in umgekehrter Richtung verbunden sind, derart, daß das eine der Ventile, wenn es leitend ist, die positiven Amplituden, und das andere Ventil im leitenden Zustand die negativen Amplituden des Wechselstromes passieren läßt, und daß die ersten Umschaltelemente des ersten elektrischen' Ventils dieses entweder mit der ersten oder mit der dritten Klemme und die zweiten Umschaltelemente des zweiten Ventils dieses entweder mit der ersten oder mit der dritten Klemme des Stromkreises verbinden.

11. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß auf den Durchfluß des Ladestromes ansprechende Organe Umschaltmittel betätigen, durch welche die Verbindung vom ersten Ventil über die erste zur dritten Klemme und die Verbindung vom zweiten Ventil über die dritte zur ersten Klemme geschaltet ist, und umgekehrt, während in elektrischer Verbindung mit den Zündeinrichtungen der elektrischen Entladungsventile stehende Regdorgaue die Leitfähigkeit der Ventile steuern.

12. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß ein Schal-

ter das erste elektrische Entladungsventil mit der einen oder anderen Klemme und ein zweiter Schalter das zweite elektrische Entladungsventil mit der einen oder anderen Klemme verbindet und daß jeder Schalter zwei verschiedene Stellungen aufweist und daß bei den möglichen Stellungen dieser Schalter der Strom entsprechend durch die Primärwicklung fließt.
13. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß Umschaltelemente für jeden Abschnitt der Primärwicklung die Verbindung zwischen, den zugehörigen elektrischen Entladungsventilen und den Klemmen der Primärwicklung herstellen, diese für

_lg entsprechenden Stromdurchfluß mehrere Stellungen aufweisen, so daß bei den einen Stellungen im sekundären Stromkreis entweder ein positiver oder ein negativer Impuls des in einer Richtung fließenden Stromes und m anderen Stellungen ein Sekundärstrom mit der gleichen Wechselstromfrequenz wie die der Stromquelle induziert wird, die Primärwicklung sich in jedem Halbabschnitt aus einem Spulenpaar mit gleicher Windungszahl zusammensetzt, alle Spulen dieser Primärwicklung in Reihe geschaltet sind, wenn die Umschaltelemente die eine Stellung einnahmen, um entweder negative oder positive, in gleicher Richtung fließende Stromimpulse hervorzurufen, und die Spulen eines bestimmten Halbabschnittes in Parallelschaltung liegen, wenn die Umschaltelemente eine Stellung zur Erzeugung eines der Frequenz der StromqueK' entsprechenden Wechselstromes einnehmen.

14. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Primärwicklung sich in jedem Halbschnitt aus einem Spulenpaar mit gleicher Anzahl von Windungen zusammensetzt, wobei alle Spulen der Primärwicklung in Reihe geschaltet sind, wenn die Umschaltelemente in bestimmten Stellungen, und die Spulen des einen, besonderen Halbabschnittes in Parallelschaltung liegen, wenn die Umschaltelemente in anderer Stellung stehen.

15. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Primärwicklung in jedem Abschnitt aus mehreren Spulen mit annähernd gleicher Anzahl von Windungen zusammensetzt, wobei alle Spulen der Primärwicklung in Serie geschaltet sind, wenn die Schaltelemente in bestimmter Stellung stehen, und die Spulen des einen, besonderen Halbabschnittes in Parallelschaltung liegen, wenn die Schaltelemente in anderer Stellung stehen.

In Betracht gezogene Druckschriften:

Brunst, »Das elektrische Widerstandsschweißen«, 1950, S. I56und 197; deutsche Patentschrift Nr. 831 574;

USA.-Patentschrift Nr. 2510652;

Kretzmann, »Industrielle Elektronik«, 1952, S.166;

britische Patentschrift Nr. 664 302; schweizerische Patentschrift Nr. 264 033;

Druckschrift der Siemens-Schuckert-Werke, S. 90, Nr. 47423/4.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

® 609 548/426 6.56 (809 644/19 10.54)