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Schaltungsanordnung zum Widerstandsschweissen mit elektrischer Speicherentladung
Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zum Widerstandschweissen mit elektrischer Speicherentladung, bestehend aus mindestens einem an einen Netztransformator und eine
Gleichrichterbrücke angeschlossenen Speicherkondensator, dem die Serienschaltung eines zu seiner
Entladung dienenden Leistungsschalters und eines Schweisstransformators parallelgeschaltet ist, und aus zwei Steuerstufen für den Leistungsschalter.
Derartige Schaltungen werden in erster Linie zum Impuls-Punktschweissen verwendet. Ein Nachteil der bekannten Schaltungen ist der Einimpuls-Arbeitszyklus, der die Erhaltung stabiler, hochwertiger
Schweissverbindungen unmöglich macht. Die Schaltungen verfügen ausserdem über Kontaktelemente, welche ihre Betriebssicherheit vermindern. Das Vorhandensein von Kontaktelementen (Relais od. dgl.) in den Steuerstufen macht es notwendig, niederohmige Spannungsteiler zu verwenden.
Ziel der Erfindung ist die Beseitigung der oben genannten Nachteile.
Der Erfindung ist die Aufgabe zugrunde gelegt, eine Schaltungsanordnung zum Widerstandsschweissen mit elektrischer Speicherentladung anzugeben, welche mindestens einen Zweiimpuls-Schweisszyklus, einen hohen Grad der Kondensatorspannungsstabilisierung und eine stufenlose unabhängige Amplitudenregelung der Stromimpulse gewährleistet.
Die gestellte Aufgabe wird dadurch gelöst, dass bei einer Schaltungsanordnung der eingangs zitierten Art erfmdungsgemäss zur zweifachen Auf-und Entladung des Speicherkondensators für gestufte Impulsströme die Ausgänge der beiden eingangsseitig jeweils mit Spannungsteilern an den Speicherkondensator angeschlossenen Steuerstufen parallel geschaltet und mit der Steuerelektrode und einer der Leistungselektroden eines als Leistungsschalter dienenden Thyristors verbunden sind, dass weiters ein Hilfsausgang der von der hohen Ladespannung des Speicherkondensators abhängigen Steuerstufe an eine dritte Steuerstufe eines primärseitig dem Netztransformator vorgeschalteten Zweiweg-Wechselstromthyristors angeschlossen ist.
Bei einer erfindungsgemässen Schaltungsanordnung hat es sich von Vorteil erwiesen, dass die Eingänge der beiden Steuerstufen jeweils durch Hilfskondensatoren mit parallel geschalteten Dioden überbrückt sind, dass in der von der höheren Ladespannung des Speicherkondensators abhängigen Steuerstufe dem Hilfskondensator die Serienschaltung eines Dynistors und der Primärwicklung eines drei Wicklungen aufweisenden Impulstransformators parallelgeschaltet ist, in der von der niedrigeren Ladespannung abhängigen Steuerstufe parallel zum Hilfskondensator ein weiterer Dynistor, die Primärwicklung eines Zweiwicklungs-Impulstransformators und die von einem Trennkondensator überbrückte Serienschaltung eines Widerstandes, einer Vorspannungsquelle für den weiteren Dynistor und der Schliesskontakte einer Starttaste geschaltet sind,
dass schliesslich die Ausgänge der beiden Steuerstufen von den jeweils mit Trenndioden verbundenen Sekundärwicklungen der beiden Impulstransformatoren gebildet sind.
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Weiters wird eine Ausführungsform der Schaltungsanordnung bevorzugt, bei der die dritte
Steuerstufe des Zweiweg-Wechselstromthyristors von der Serienschaltung einer Vorspannungsquelle, eines Begrenzungswiderstandes, einer Referenzdiode und eines dritten von den Ruhekontakten der
Starttaste überbrückten Dynistors gebildet ist, dass weiters die als Hilfsausgang der von der höheren
Ladespannung des Speicherkondensators abhängigen Steuerstufe dienende dritte Wicklung des einen der
Impulstransformatoren parallel zur Referenzdiode geschaltet und der - dritte Dynistor über einen
Begrenzungswiderstand mit der Steuerelektrode und einer der Leistungselektroden des
Zweiweg-Wechselstromthyristors verbunden ist.
Die erfindungsgemässe Schaltungsanordnung gestattet eine stufenlose Regelung und hohe
Stabilisierung der Spannung an den Kondensatoren und gewährleistet einen kombinierten
Schweisszyklus mit optimaler Charakteristik der Schweisszonenerwärmung.
Der erste Impuls des Schweissstromes beseitigt bei dem Zweiimpuls-Zyklus die Streuung der Werte der Anfangs-Kontaktwiderstände, indem er gleiche Temperaturbedingungen für die Entwicklung des
Schweissvorganges schafft. Der Zweiimpuls-Schweisszyklus, den die Schaltung gewährleistet, beseitigt daher die Streuung der Festigkeitswerte der Schweissverbindungen, erhöht deren Stabilität und Qualität und schaltet die Möglichkeit der Metallausspritzung aus der Schweisszone aus. Dazu trägt in einem entscheidenden Grade die unabhängige Regelung der beiden Stromimpulse, sowie die Regelung der Pause zwischen zwei Stromimpulsen bei.
Die Schaltung ist gegen Schwankungen der Netzspannung in einem Bereich von 15% unempfindlich, gestattet die Akkumulierung einer streng dosierten Energiemenge und gewährleistet die Stabilisierung der elektrischen Parameter des Schweissverfahrens. Die Schaltung ist einfach, wirtschaftlich und gewährleistet eine hohe Leistungsfähigkeit und einen hohen Wirkungsgrad der Schweissmaschine.
Besonders wirkungsvoll ist die Verwendung der erfindungsgemässen Schaltungsanordnung bei Schweissmaschinen für hochpräzise Widerstands-Mikroschweissungen von Integrationsschaltungen sowie von Erzeugnissen der Elektronik und Halbleitertechnik, an die erhöhte technologische Anforderungen (Unzulässigkeit von Metallspritzern, Stabilität und erhöhte Festigkeitseigenschaften der zu verschweissenden Teile usw. gestellt werden.
Die hier dargelegte Schaltungsanordnung ermöglicht einen Zweiimpuls-Schweisszyklus. Die Schaltung kann aber in analoger Weise für eine beliebige Anzahl von Schweissstromimpulsen ausgebaut werden.
Nachstehend wird die Erfindung an Hand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert. Es zeigen Fig. l das Prinzipschaltbild der Schaltungsanordnung gemäss der Erfindung und Fig. 2 Schaukurven der Spannung am Speicherkondensator und des Stromes im Schweissstromkreis zur Erläuterung der Fig. l.
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Primärwicklung eines Netztransformators--2--eingeschaltet ist. An die Sekundärwicklung des Netztransformators --2-- ist über eine Begrenzungsdrossel--4--ein Gleichrichter-5-
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ein Thyristor und ein Schweisstransformator --7-- in Reihe geschaltet, zu dessen Primärwicklung eine überbrückungsdiode --8-- parallelgeschaltet ist.
Als Spannungspegeleinsteller sind Spannungsteiler--9 und 10--verwendet. Die Steuereinrichtung besteht aus zwei Steuerstufen für die Formierung der Steuerimpulse. Die Eingänge dieser Steuerstufen stellen Hilfskondensatoren--11 und 12--dar, die zu den unteren Teilwiderständen der Spannungsteiler--9 und 10--parallelgeschaltet und durch Dioden--13 und 14-geshuntet sind.
Die Verwendung von Hilfskondensatoren--11 und 12--gestattet die Betriebssicherheit der Schaltungsanordnung zu erhöhen und hochohmige Spannungsteiler--9 und 10--einzusetzen. Die Ausgänge der Steuerstufen sind über Impulstransformatoren--15 und 16--und Trenndioden--17 und 18--mit der Steuerelektrode und einer der Leistungselektroden des Leistungsschalters-6-verbunden, wobei an denselben Schalter ein Kondensator--19--, ein Widerstand--20--und eine Diode--21--angeschlossen sind. Die beiden Steuerstufen enthalten Dynistoren--22 und 23--, welche mit den Primärwicklungen der Impulstransformatoren-15 und 16-in Reihe geschaltet sind.
In der an den Ausgang des Spannungsteilers--9- (an den unteren Teilwiderstand) angeschlossenen Steuerstufe ist weiters noch die von einem Trennkondensator--24--, überbrückte Serienschaltung
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eingeschaltet. Die Steuereinrichtung enthält auch eine dritte Steuerstufe für den Aufladeschalter die aus einer Vorspannungsquelle-28--, einem Dynistor-29-, der durch die Ruhekontakte--27'--der Starttaste überbrückt ist, sowie aus einem Begrenzungswiderstand - und einer Referenzdiode --31-- besteht, an die eine dritte Wicklung des
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--16-- angeschlossen ist,- -27-- in der Steuerstufe, die an den Spannungsteiler--9--angeschlossen ist.
Bei Betätigung der Starttaste wird an die Steuerelektrode des Aufladeschalters-l- Zweiweg-Wechselstromthyristor eine positive Vorspannung gegeben und der Stromkreis zur Einschaltung des Dynistors-22-vorbereitet.
Nach Zünden des Zweiweg-Wechselstromthyristors--l--kommt es zu der stufenlosen Aufladung des Speicherkondensators --3-- über die Begrenzungsdrossel --4-- und den Gleichrichter--5--. Nach Erreichen des durch den Spannungsteiler--9--vorgegebenen
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Einschaltimpuls zu dem Leistungsschalter--6-- (Thyristor) und es erfolgt die Entladung des Speicherkondensators --3-- über den Schweisstransformator --7--, Dieser erste Impuls bewerkstelligt nur die Formierung der Kontaktflächen der Teile, die zwischen den Elektroden eingespannt sind.
Der Dynistor --22-- bleibt weiterhin im eingeschalteten Zustand, wobei er den Ausgang des Spannungsteilers --9-- shuntet, da über den Dynistor--22-der Strom der Vorspannungsquelle - durchfliesst. Der Aufladeschalter-l-schaltet sich bei der Entladung des Speicherkondensators --3-- nicht ab, es kommt daher gleich nach der ersten Entladung zur neuerlichen Aufladung des Speicherkondensators --3-- bis auf die durch den Spannungsteiler - -10-- vorgegebene Spannung, und der Entladeschalter--6--wird durch die überbrückungsdiode --8-- gesperrt.
Nach Erreichen des durch den Spannungsteiler--10--vorgegebenen Spannungspegels schaltet
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über den Schweisstransformator --7--, indem er den zweiten die Schweissung durchführenden
Stromimpuls abgibt. Gleichzeitig schaltet die in der dritten Wicklung des Impulstransformators --16-- induzierte Spannung den Dynistor--29--ein, der die Steuerstufe des Aufladeschalters - überbrückt. Der Aufladeschalter-l-schaltet sich ab und trennt das Stromnetz vom
Speicherkondensator--3--.
Lässt man die Starttaste frei, so wird die Schaltung in den Ausgangszustand rückgestellt.
Bei wiederholtem Drücken der Starttaste läuft der Zweümpuls-Schweisszyklus erneut ab.
Die Zweümpuls-Betriebsart der Schweissung, welche durch die erfindungsgemässe Schaltungsanordnung ermöglicht wird, veranschaulichen graphisch (Fig. 2) die Kennlinie der Spannung--U--am Speicherkondensator --3-- und die Impulsformen des Schweissstromes
Nach Fig. 2 weist der Zweiimpuls-Schweisszyklus zwei Stromimpulse auf, die nacheinander erfolgen, wobei der erste Stromimpuls eine kleinere Amplitude als der zweite hat und die Formierung der Kontaktflächen der Teile durchführt, die zwischen den Elektroden eingespannt sind, wodurch die Schweissbedingungen verbessert werden, und der zweite Stromimpuls die Schweissung ausführt.
Die Zweümpuls-Betriebsart der Schweissung wird dadurch ermöglicht, dass der Speicher- kondensator--3--zweimal auf verschiedene Spannungspegel aufgeladen wird, welche durch die Spannungsteiler--9 und 10-vorgegeben werden, und sich zweimal über den Schweisstransformator --7-- und den Entladeschalter --6-- entlädt.
Die erfindungsgemässe Schaltungsanordnung kann sehr zweckmässig in einer Einrichtung für die Widerstands-Punktschweissung von vorzugsweise sperrigen Teilen verwendet werden.