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6enweißanlage. vie ßri'Indung bezieht sich auf das elektrische -Senweißen
und Insbesundere auf Schweißan-Lagen* bei denen beispielsweise ein Bolzen mit einem
Werkstück anfänFlich in-Berührung gehalten wird, während ein brruitt aurch ihre
Beruhrungsstelle hindurchgeführt wird, aann der Bolzen von dem Werkstück zurückgezogen
wird" um einen Zündlichtbogen zu ziehen, danach der Bolzen In einem Abstand von
dem werkstück gehalten wird, während ein Schweißlichtbo-_ gen durch einen Strom
erzeugt wird, der durch die von dem Zündlichtbogen hervorgerufene ionisierte Strecke
geleitet wird, und schließlich der Bolzen gegen das Werkstück bewegt wird, um angeschmolzene
benachbarte Teile des Bolzens und des Werkstückes miteinander zu vereinigen. Um
wiederholbare-'ßrgebnisse zu erzielen, Ist es notwendig" daß das Ausmaß der Erhitzungen
an den benachbarten-,reilen des Bolzens und des WerkstUckes In dem Augenblick, In
dem die bonaohbarten Teile miteinander vereinigt werden, genau vorbesUmt wird, Jedoch
Ist häufig die durch den
Schweißlichtbogen erzeugte Wärme verschieden,
wei . 1 beispielsweise die Energiequelle für den Schweißlichtbogen nicht
stabil ist. Typische Beispiele sind, daß sich die Ausgänge eines Gleichstrommotorgenerators
und eines Gleichrichters bei ansteigender Temperatur allgemein verringern, daß sich
die Spannung von Stromquellen in Form von Batterien bei schneller Entladung vermindert
und daß die einem Netz entnommene Energie wegen des gleichzeitigen Vorhandenseing#s
anderer Belastungen ungleichmäßig ist.
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Der Hauptzweck der Erfindung besteht darin, Schwankungen in dem Heizeffekt
eines Schweißlichtbogens durch einen neuartigen Steuerstromkreis auszugleichen,
der im wesentlichen folgende Teile enthält: ein Abfühlorgan, das über eine reaktive
Kopplung arbeitet, um den Strom des Schweißlichtbogens zu messen, so daß er unterbrochen
werden kann', SO-M bald eine vorbestimmte Wärmemenge erzeugt worden ist.
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Ein weiterer Zweck der Erfindung besteht darin, eine Lichtbogenschweißanlageder
vorgenannten Art zu schaffen., bei welcher die reaktive Kopplung eine mit sättigbarem
4ern versehene Drossel ist, die mit einem Gleichrichter direkt gekoppelt Ist., auf
welchen eine Speiehervorrichtung an. spricht, die ein Ausgleichnetzwerk (transient
netw'ork) bildet, welches beim Ansprechen aut die- von der mit sättigbarem Kern
versehenen Drossel angelegte Spannung eine Ladung
bis zu einer vorbestimmten
Höhe speichert" um sie'an einen einen Übergang aufweisenden Transistor (Unijunetion--Transistor
)
anzulegen,-der einen Lmpuls erzeugt, wenn die vor. bestimmte Höhe der Ladung erreicht
Ist. Zufolge dieses impulses wird der Schweißlichtbogen in dem Augenblick abgeschaltet,
in welchem der in Wärme umgewandelte Schweißstrom eine vorbestimmte Größe erreicht
hat, .u;in weiterer Zweck der Erfindung besteht darin, einen Steuerstromkreis der
vorgenannten Art für eine- Eolzenschweißanlage zu schaf
f enj
bei welehi,-,r
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#zi,Ji die Ausf" '..r"2nz von Fig.
1 ist ein ;jchal-,u-s2!Ieir"a ei-ner anlage,
an welcher die -#rfJi.ndung verkörpert ist.
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Fig. 2 ist eine in vergrößertem maßstab gehaltene Querschnittsansicht
einer Ausführungsform.
eines Teiles der Anlage gemäß Fig.
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Fig.' 3 ist eine In vergrößertem maßstab gehaltene Querschnittsansicht
einer Ausführungsform eines anderen `Teiles der Anlage gemäß Fig. 1.
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Die in Figo 1 dargestellte Anlage weist eine Bolzenschweißpistole
2u, einen bteuerstromkreis-22 und einen Zeitbestimmungsstromkreis 24 auf. Nachstehend
wird-zunächst die Pistole 2u in Verbindung mit einem Bolzen 26 und einem
Werkstück 28 beschrieben. Danach werden der Steuerstromkreis 22 und der Zeitbestimmungsstromkreis
24 in bezug auf das i Arbeiten der Pistole 2u und die Wechselbeziehung ihrer
Aufbautelle beschrieben.
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wie dargestellt, enthält die Pistole 2v ein Spannfutter 3v zum Halten
des Bolzens 26. Das Spannfuttei#'3v,ist Innerhalb*des Gehäuses
32 der Pistole hin- und herbewegbar gelagert, wobei es von einer Feder 34
In seine äußerste Stellung vorbewegbar und durch eine ßlektromagnetspule
36 in seine innerste Stellung zurückziehbar ist. Das Spannfutter 3u ist so
angeordnet, daß es in das Gehäuse 32 hineintritt, wenn die Pistole 2v von
Hand gegen das WerkstUck 28 gedrückt wird. unter diesen umständen liegt der
Bolzen 26 an dem Werkstück 28 an, und eine Bewegung der Pistole 2v
selbst-gegen das Werkstück 28 wird durch einen zweckentsprechenden Anschlag
37 begrenzt. Wenn im Betrieb der als Schalter ausge.
bildete
Abzug 38 der Vistole 2u betätigt wird, zieht die Elektromagnetspule .36 den
Bolzen 26 von dem 1-.erkstück 28
.weg., wodurch zwischen dem Bolzen
und dem Werkstück ein Zündlichtbogen erzeugt wird. Danach bewirkt, wie dies nachstehend
erläutert wird, der Steuerstromkreis 22, daß ein Schweißstrom fließt.,um die benachbarten
Teile des Bolzens 26 und des Werkstückes 2o in einen angeschmolzenen Zustand
zu erhitzen., und wenn der Zeitstellstromkreis 24 andeutet', daß eine vorausbestimmte
Warmemenge erzeugt worden ist., gibt die ßlektromagnetspule 36 das Spannfutter
3v freii, so daß die Feder 34 den Bolzen 26 in Berührung mit dem werkstück
28 bewegen kann. Diese Schweißpistole ist allgemein von der Art, wie sie
in der u8A.-Patentschrift 2 796 513
aufgezeigt ist.
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mer Steuerstromk#eis 22 enthalt allgemein, jedoch nicht notwendigerweise,
einen Eingang 4u für den Anschluß an eine wechselstromquelle , einen Gleichrichter
32 zur Erzeugung eines Gleichstroms für die Erregung der zlektromagnetspule
0"
36 (der aus Gründen der Alarheit sowohl In seiner mechani' sehen
als auch in seiner elektrischen Ausführung dargestellt ist) und zweckentsprechende
zugeordnete öahaltteile. Lm besonderen weist der Steuerstromkrels die folgenden
Teile auf, die in bezug auf ihre-Funktioneii besehrieben,werden. mer Abzug
38 (der aus Gründen der hhrheit sowöhl mechanisch als auch elektrisch dargestellt
Ist) bildet einen gewöhnlich offenen
öchalter. Wenn der Abzug
38 von Hand betatigt wird, wird ein Relais 44 durch Wechselstrom aus der
an den hingang 4u angeschlossenen Energiequelle erregt. Durch die Erregung des Relais
44 werden gewöhnlich offene Schalter 46, 47 und 48 geschlossen und ein gewöhnlich
geschlossener Schalter 49 geöffnet. Durch das Schließen des Schalters 48 wird die
Elektromagnetspule 36 der Pistole erregt, wodurch der Bolzen 26 von
dem Werkstück.28 abgehoben wird, und ein ötrom in einer 8chweißstromleitung 5v fließen
gelassen, um zwischen dem Bolzen 26 und dem Werkstück 2b einen Zündlichtbogen
zu erzeugen. ver behalter 47 dient als Verriegelung, um den Stromfluß aus der wechseistromquelle
aufrechtzuerhalten, wenn der Abzug 38 freigegeben wird. murch das Schließen
des öchalters 46 wird ein Relais 52 erregt, das einen Schalter
51 schließt, um den Schweißlichtbogen zu erzeugen. Durch das öffnen des gewöhnlich
geschlossenen Schalters 49 wird der Aurzschluß an einem Aondensator 72
beseitigt.
Beim Schließen des Abzugschäters 3b wird weiterhin aus der bei 4u angeschlossenen
unergiequelle ein Wechseistrum an eine mit sättigbarem itern versehene Reaktanz
56
angelegt, die nachstehend In Verbindung mit dem Zeitbestimmungsstromkreis
24 beschrieben wird.
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vie mit sättigbarem Kern versehene Reaktanz 56 weist ein Paar
Ringe-5ö.. 6u auf" die je aus einem zeitweilig magnetisierbaren Material, wie weichem
Eisen oder blerrit, be. stehen. Diese rerne haben WechselStromwicklungen b2 bzw.
64,
die In Keihe und entgegengesetzt zueinander geschaltet sind. Diese wicklungen liegen
in heihe mit einem Belastungswiaerstand 66, der über den Wechselstromeingang
4v gesenaltet Ist. Wenn an den widerstana 66 und die ijrussei 56 eine
Wechselsparuiung angelegt ist, fliebt zufolge der hohen Reaxtanz der Kerne sehr
wenig btrom.und Infolgedessen ist an dem Belastungswiderstand ein unmerKlicher Spannungsabfa.L1
vorhanden. vie Luitung _5v., welche den echweiustrom führt, geht, w-Le-dargestellt"
duren die mitte dieser Kerne hindurch, Wenn öchweißstrom fließt, wird in den mernen
ein stäriceres magnetisches Feld erzeugt, wodurch ihre iteaKuanz vermindert wird.
mit anderen Worten., die Wechselstromreaktanz ist umgekehrt proportional dem magnetischen
Uleichstromfeld, welches seinerseits dem in der Schweißstromleitung 5v fließenden
Strom direkt proportional ist, bobald sich die heaktanz der Kerne vermindert., wenn
in der Leitung 5v Schweißstrom fließt$ fließt ein wechselstrom in dem-Belastungswiderstarrl
66, um an ihm einen Wechselapannujngsabfall zu erzeugen. Daher ist die Wechselspannung
an dem Belastungswiderstand 66 dem Schweißgleichstrom in der Leitung 5v proportional,
Diese wechselspannung wird gleichgerichtet und dazu verwendet, den ZeitbestImmungsstromkreis
24 in der folgenden welse zu betätigen. Der Spannungsabfall an dem Widerstand
66 wird durch eine Gleichrichterbrücke 7v gleichgerichtet, um den Kondensator
72 Über einen veränderbaren #x-hderstand 74 aufzuladen.
.Ein
Abgleichwiderstand 76 liegt parallel zum Yondensator 72. Der Widerstand
74,-der Aondensator 72 und der Abgleichwiderstand 76 unterliegen zusammen
einem Ansprechen auf einen widerstandskapazitanz-Ausgleichvorgang, und dieses Ansprechen
ist eine Funktion der Größe des in der Leitung 5v fließenden Stromes und de s von
Hand eingestellten Wertes des Widerstandes 74. Wenn die Spannung an dem Kondensator
72 eine ausgewählte Höhe erreichti zündet ein mit einem Übergang versehener
Transistor öu (Unijunction-Transistor), und ein gesteuerter öillzlumgleichrichter
ö2 wird zufolge der an einem Widerstand 95 entwickelten Vorspannung leitend.
infolgedessen wird ein Relais 98 erregt, wodurch ein Schalter luv geöffnet
wird, der das Relais 44 stromlos macht, so-.daß der Schalter 47 geöffnet, die Abzugsverriegelung
beseitigt, der Schalter 46 geöffnet und-das Releis 52 stromlos wird. Das
Reiais'52 öffnet seinerseits den Schalter 54,
um den Schweißstrom zu unterbrechen.
mas helals 44 öffnet weiterhin den Schalter 4ö, macht die Klektromagnetspule
36
der ristole stromlos und gestattet, daß der Bolzen 26 gegen das
Werkstück 28 bewegt wird. Das tielals 44 schließt ferner den Schalter 49
und entlädt den Kondensator 72, wodurch er für den.nächsten Schweißvorgang
vorbereitet wirds Solange der Abzug 3ö geschlossen gehalten wird, bleibt der gesteuerte
Siliziumgleichrichter b2 leitend und das 44eials 98 erregt, wodurch eine
Doppelzündung des Stromkreises
Nermieden wird. Die an den mit einem
Ubergang versehenen Transistor 8v angelegte Spannung . wird durch eine Zener--Diode
86 geregelt, an welcher der öpannungsabfall konstant ist. Die Zener-Diode
86 wird durch eine GleichrichterbrUcke 88'über einen aus einem Kondensator
9v und einem Widerstand 92 bestehenden ropplungskreis betätigt. Beim Fehlen eines
zusätzlichen Stromkreises würden der Transistor 8o und der gesteuerte Siliziumgleichrichter
82
nicht imstande sein, zu arbeiten, falls der Abzug 3ö betätigt wird.. wenn
nicht der Bolzen 26 sich in Berührung mit dem geerdeten WerkstUck
28 befindet. Der Grund dafür ist, daäi in der Leitung 5u kein Schweißstrom
fließen würde# um den Transistor öv zu betätigen@ Demgemäß ist ein zweiter ZeitstellkreiS
vorgesehen, der einen mit-einem Übergang versehenen Transistor bl und ein aus einem
Widerstand 94 und einem Kondensator 96 bestehendes ßinschw:Lngnetzvierk enthält.
Gewöhnlich wird, wenn der gesteuerte biliziumgleichrichter 82 leitend ist,
ein Relais gd erregt., um einen Schalter lvu zu öffnen, wodurch das Relais 44 stromlos
gemacht wird. Die Folge davon Ist, daß der Schalter 46 geöffnet, das Relais
52
stromlos-gemacht und der Schalter 54 geöffnet wird, um den Schweißstromfluß
zu unterbrechen. Falls jedoch der Bolzen 26 nicht geerdet ist, lädt sich
das Kinschwingnetzwerk 94, 96 in einer kurzen Sicherheitsperiode von»beispielaweine
zwei Sekunden auf ZUndspannung auf. Am unde dieser Sicherheitsperlode, während welchercbr
mit einem Ubergang versehene
Transistor 8u nicht zündet, wird
der mit einem Ubergang versehene Transistor Öl gezündet, um an einem Widerstand--
95
eine ausreichende Vorspannung zu wzeugen., die bewirkt*" daß der gesteuerte
Siliziumgleichrichter 82 leitend und der Arbeitszyklus beendet wird.
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Wie in Fig. 2 dargestellt ist, weist jeder aer mit einem Ubergang
versehenen Transistoren ou und öl eine Siliziumstange 1u2 der N-Type auf. mit der
einen Fläche der als Emitter wirkenden biliziumstange 1v2 sind aus keramischem Material
bestehende leitende Basiskontakte 1u4 und 1u6 durch getrennte Goldschichten lud
bzw.-110 verbunden. Ein einziger Emitter 112 der P-Type, der beispielsweise aus
Aluminium besteht, ist an die andere Fläche der Stange 1u2 an einem Ubergang angeschmolzen,
die der einen Basis näherliegt als der anderen, so daß die Vorrichtung nicht symmetrisch
ist. Beim normalen Arbeiten des mit einem ubergang versehenen Transistors ist die
Basis 1u4 über einen Widerstand geerdet, und die Basis 1u6 ist mit der positiven
Seite einer 8pannungsquelle verbunden., welche übercke Basen eine positive Vorspannung
legt. miese Spannung läßt innerhalb der Siliziumstange 1u2 einen Strom und ein elektrisches
Feld entstehen und erzeugt auf der N-Seite des hmitterübergangs eine Spannung. i)iese
Spannung ist eine Funktion n der zwischen den Basen angelegten Spannung V mie Yunktion
BB n wird als isigenwiderstandsverhältnis (intrinsie standoff ratio) bezeichnet.
Falls die angelegte Emitterspannung ve;
kleiner als der wert nV
BB ist, wird der rmitterübergang umgekehrt vorgespannt, und es fließt nur ein Kleiner
Leckstrom in dem Emitterzreis. Falls V E jedoch den Wert nV BB um einen Betrag
übersteigt, der gleich dem Vorwärtsspannungsabfall der Emitterdiode ist, erhöht
sich der rmitterstrom, Das Wesentliche ist, daß der weg zwischen dem Emitter 102
und der Basis 1u4 stark leitend im Vergleich zu seinem vorherigen Zustand gemacht
wird. Der in Fig. 3 näher veranschaulichte steuerbare Sillziumgleichrichter
82, welcher eine Anode llv und eine &athode 114 aufweist$ ist einem gewöhnlichen
Gleichrichter allgemein ähnlich, der nur in der Vorwärtsrichtung von der Anode zu
der #jathode leitet. Jedoch tritt in dem steuerbaren #3iliziumgleichrichter
82 auch in der Vorwartsrichtung eine Sperrung auf, bis eine kleine
Spannung, die als Zündspannung bezeichnet wird, zwischen die Kathode 114 und eine
Torelektrode 11b angelegt wird. Danach ble.Lbr, der leitende Zustand bestehen,
selbst wenn der Torstrom unLerbrochen wird, bis der von der itilucte zur jiathode
fließende ötrom unter ein gegebenes min£mum gesunken ist, der als Haltestrom bezeichnet
wird. Zwischen der Anode 116 und der iiatnode 114 befinden sich (in der angegebenen
Reihenfolge) ein 2rager 12v3 ein Pvr-Aufbau 122 und ein PE-Aufbau 124. Der PN2-Aufbau
122 bestet--it aus Siliziumschichten 126, 12ö und 13u. Der 21,-Aufbau 124
besteht aus einer biliziumschicht 13v und einer Gold-Antimon-.ichicht
132. Die Toreleicurode 118.ist mit der
biliziumschicht 13v
verbunden.
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vem Wesen nach ist der gesteuerte ölliziumgleichrichter ö2 eine pmen-Vorrichtung
mit einer Torelektrode, welche mit-der inneren P-Schicht verbunden Ist. Beim Arbeiten
muß die Spannung zwischencbm .Vor und der Aathode oberhalb eines vorbestimmten Minimums
liegen, bevor ein Leiten eintritt. nachdem die Vorrichtung leitend gemacht ist,
bleibt der Strom bestehen, selbst wenn d-le Torspannung weggenommen wird, bis der
Anoden-nathoden-Strom unter ein vorbestimmtes minimum fallt, bei welchem der gesteuerte
Siliziumgleichrichter in den in Vorwärtsrichtung sp errenden Zustand mit offenem
Tor zurüäxkehrt. .bin vollständiger Schweißzyklus verläuft wie folgt: Wenn der Abzugschalter
3b geschlossen wird, wird das Steuerrelais 44 erregt, was bewirkt, daß sich
die Schalter 46, 47 und 48 gleichzeitig schließen. ver gewöhnlich ge-Chlossene Schalter
49 öffnet sich zur g#leichen Zeit und gestattet dem Äondensator 72, sich
aufzuladen. Wenn der Schalter 47 sich schließt, wird der Abzugsschalter
3b erregt, Wenn der Schalter 47 geschlossen wird, wird der Abzugschalter
3b verriegelt. wenn.sich der Schalter 46 schließt" wird das Hauptrelais
52 erregt, wodurch der öchweißschalter 51 geschlossen wird. Wenn sich
der Schalter 4d schließt, wird die blektromagnetspule 36 der Pistole erregt,
was bewirkt, daß der Bolzen 26 von dem.Werkstück 2b abgehoben und ein Zündlichtbogen
erzeugt wird. Wenn sich der Schalter 54 schließt, fließt
Schweißstrom
durch die Leitung 5v hindurch. Der Schweißgleichstrom bew irkt, daß an den Belastungswiderstand
66
eine Wechselspannung angelegt wird. miese dechselspannung wird durch den
Gleichrichter ?u gleichgerichtet und dient zum Aufladen des Kondensators
72 über den Widerstand 74.
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Am bnde des öchweißzyklusj welches durch die Höhe des Stromes In der
Leitung 5v und den eingestellten Wert des Widerstandes 74 bestimmt wird, zündet
der mit einem ubergang versehene Transistor ÖU, um einen impuls zu erzeugen, welcher
bewirkt, daß derEpsteuerte Siliziumgleichrichter 82 leitend wird, wodurch das Relais
98 erregt wird. Die Erregung des Relais gd bewirkt das öffnen des Schalters
luu" und zufolge des Stromloswerdens des Relais 44 öffnen sich die Schalter 47,
46 und 48, während sich der Schalter 49 schließt. Als Folge davon wird die Verriegelung
des Abzugs beseitigt, das Relais 52 stromlos gemacht" der,Schweißstromfluß
in der j-eitung 5v unterbrochen, die Elektromagnetspule 36 stromlos gemacht,
der Bolzen 26 in eine geschmolzene metallmasse eingetaucht, welche eine Schweißung
bildet, und der rondensator 72 entladen, so daß er veranlaßt wird, In den
Zustand für einen neuen behweißzyklus zurückzukehren.
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numerische Werte von Aufbauteilencbr dargestellten Ausführungsform
sind beispielsweise die folgenden: Widerstand 92 47'v vhm Widerstand 94
82 vuu uhm Widerstand 95 47 uhm
Widerstand
97 47u uhm Widerstand 74 V bis 5vu vvu uhm (Potentiometer) Widers-tand
66 4u uhm nondensator 9v iv iviixrofarad Aondensator 96 lu
mikrofarad r,ondensator 72 2v mikrofarad widerstand 76 0 bis 5u uuu
uhm (Potentiometer) Die dargestellte Ausführungsform der Erfindung stellt eine neue
Bolzenschweißanlage von außergewöhnlicher hinfachheit aus wenigen Aufbauteilen zur
wirksamen Zeiteinstellung eines Bolzenschweißzyklus auf der Basis von integrierter
erzeugter Energie dar, Die brflndung ist auf das Ausführungsbeispiel nicht beschränkt.
im Rahmen der Erfindung können Abänderungen vorgenommen werden.