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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.
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Circuit arrangement for resistance welding with electrical accumulator discharge
The invention relates to a circuit arrangement for resistance welding with electrical storage discharge, consisting of at least one connected to a network transformer and one
Rectifier bridge connected storage capacitor, which the series connection of one to his
Discharge serving circuit breaker and a welding transformer is connected in parallel, and two control stages for the circuit breaker.
Such circuits are primarily used for pulse spot welding. A disadvantage of the known circuits is the single-pulse duty cycle, which enables the maintenance of stable, high-quality
Makes welding connections impossible. The circuits also have contact elements which reduce their operational reliability. The presence of contact elements (relays or the like) in the control stages makes it necessary to use low-resistance voltage dividers.
The aim of the invention is to eliminate the disadvantages mentioned above.
The invention is based on the object of specifying a circuit arrangement for resistance welding with electrical accumulator discharge, which ensures at least one two-pulse welding cycle, a high degree of capacitor voltage stabilization and stepless, independent amplitude control of the current pulses.
The object is achieved in that, in a circuit arrangement of the type cited above, according to the invention for double charging and discharging of the storage capacitor for stepped pulse currents, the outputs of the two control stages connected on the input side with voltage dividers to the storage capacitor are connected in parallel and with the control electrode and one of the power electrodes a thyristor serving as a power switch are connected, that furthermore an auxiliary output of the control stage dependent on the high charging voltage of the storage capacitor is connected to a third control stage of a two-way alternating current thyristor connected on the primary side of the mains transformer.
In a circuit arrangement according to the invention, it has proven to be advantageous that the inputs of the two control stages are each bridged by auxiliary capacitors with diodes connected in parallel, so that in the control stage, which is dependent on the higher charging voltage of the storage capacitor, the auxiliary capacitor has the series connection of a dynistor and the primary winding of three windings having pulse transformer is connected in parallel, in which, depending on the lower charging voltage, a further dynistor, the primary winding of a two-winding pulse transformer and the series connection of a resistor, a bias voltage source for the further dynistor and the closing contacts of a start button are connected in parallel to the auxiliary capacitor.
that finally the outputs of the two control stages are formed by the secondary windings of the two pulse transformers that are each connected to isolating diodes.
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Furthermore, an embodiment of the circuit arrangement is preferred in which the third
Control stage of the two-way AC thyristor from the series connection of a bias voltage source, a limiting resistor, a reference diode and a third of the normally closed contacts of the
Start button bridged dynistor is that further the as auxiliary output of the higher
Charging voltage of the storage capacitor-dependent control stage serving third winding of one of the
Pulse transformers connected in parallel to the reference diode and the third dynistor via a
Limiting resistor with the control electrode and one of the power electrodes
Two-way AC thyristor is connected.
The circuit arrangement according to the invention allows continuous regulation and high
Stabilization of the voltage on the capacitors and ensures a combined
Welding cycle with optimal characteristics of the welding zone heating.
In the two-pulse cycle, the first pulse of the welding current eliminates the scatter in the values of the initial contact resistance by creating the same temperature conditions for the development of the
Welding process creates. The two-pulse welding cycle ensured by the circuit therefore eliminates the scatter in the strength values of the welded joints, increases their stability and quality and eliminates the possibility of metal being ejected from the welding zone. The independent regulation of the two current pulses and the regulation of the pause between two current pulses contribute to this to a decisive extent.
The circuit is insensitive to fluctuations in the mains voltage in a range of 15%, allows the accumulation of a strictly dosed amount of energy and ensures the stabilization of the electrical parameters of the welding process. The circuit is simple, economical and ensures high performance and high efficiency of the welding machine.
The use of the circuit arrangement according to the invention is particularly effective in welding machines for high-precision resistance micro-welding of integration circuits as well as of products of electronics and semiconductor technology, to which increased technological requirements (inadmissibility of metal splashes, stability and increased strength properties of the parts to be welded, etc. are made).
The circuit arrangement presented here enables a two-pulse welding cycle. However, the circuit can be expanded in an analogous manner for any number of welding current pulses.
The invention is explained in more detail below using an exemplary embodiment shown in the drawings. FIG. 1 shows the basic circuit diagram of the circuit arrangement according to the invention and FIG. 2 shows graphs of the voltage on the storage capacitor and the current in the welding circuit to explain FIG.
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Primary winding of a mains transformer - 2 - is switched on. The secondary winding of the mains transformer --2-- is connected to a limiting choke - 4 - a rectifier 5-
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a thyristor and a welding transformer --7-- connected in series, with a bypass diode --8-- connected in parallel with its primary winding.
Voltage dividers - 9 and 10 - are used as voltage level adjusters. The control device consists of two control stages for the formation of the control pulses. The inputs of these control stages are auxiliary capacitors - 11 and 12 - which are connected in parallel to the lower partial resistances of the voltage dividers - 9 and 10 - and are shunted by diodes - 13 and 14.
The use of auxiliary capacitors - 11 and 12 - allows the operational reliability of the circuit arrangement to be increased and high-resistance voltage dividers - 9 and 10 - to be used. The outputs of the control stages are connected via pulse transformers - 15 and 16 - and isolating diodes - 17 and 18 - to the control electrode and one of the power electrodes of the circuit breaker -6-, with a capacitor -19-, a Resistor - 20 - and a diode - 21 - are connected. The two control stages contain dynistors - 22 and 23 - which are connected in series with the primary windings of the pulse transformers - 15 and 16.
In the control stage connected to the output of the voltage divider -9- (to the lower partial resistance) there is also the series circuit bridged by an isolating capacitor -24-
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switched on. The control device also contains a third control stage for the charging switch, which consists of a bias voltage source -28-, a dynistor -29-, which is bridged by the normally closed contacts - 27 '- of the start button, as well as a limiting resistor - and a reference diode - 31-- to which a third winding of the
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--16-- is connected, - -27-- in the control stage which is connected to the voltage divider - 9 -.
When the start button is pressed, a positive bias voltage is applied to the control electrode of the charging switch-l-two-way alternating current thyristor and the circuit is prepared for switching on the dynistor -22.
After the two-way alternating current thyristor - l - has been triggered, the storage capacitor --3-- is continuously charged via the limiting choke --4-- and the rectifier - 5--. After reaching the value given by the voltage divider - 9 -
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Switch-on pulse to the circuit breaker - 6-- (thyristor) and the storage capacitor --3-- is discharged via the welding transformer --7--, this first pulse only creates the contact surfaces of the parts that are clamped between the electrodes are.
The dynistor --22-- remains in the switched-on state, shunting the output of the voltage divider --9--, since the current of the bias voltage source flows through the dynistor - 22-. The charging switch-l-does not switch off when the storage capacitor --3-- is discharged, so the storage capacitor --3-- is charged again immediately after the first discharge, except for the one specified by the voltage divider - -10-- Voltage, and the discharge switch - 6 - is blocked by the bypass diode --8--.
After reaching the voltage level specified by the voltage divider - 10 - switches
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via the welding transformer --7 - by having the second one carrying out the welding
Emits current pulse. At the same time, the voltage induced in the third winding of the pulse transformer --16 - switches on the dynistor - 29 -, which bypasses the control stage of the charging switch. The charging switch-l-switches itself off and disconnects the mains
Storage capacitor - 3--.
If the start button is released, the circuit is reset to its initial state.
When the start button is pressed repeatedly, the two-pulse welding cycle starts again.
The two-pulse mode of welding, which is made possible by the circuit arrangement according to the invention, graphically (Fig. 2) the characteristic curve of the voltage - U - on the storage capacitor --3 - and the pulse shapes of the welding current
According to FIG. 2, the two-pulse welding cycle has two current pulses that occur one after the other, the first current pulse having a smaller amplitude than the second and forming the contact surfaces of the parts that are clamped between the electrodes, whereby the welding conditions are improved, and the second current pulse carries out the welding.
The two-pulse mode of welding is made possible by the fact that the storage capacitor - 3 - is charged twice to different voltage levels, which are specified by the voltage divider - 9 and 10 - and is charged twice via the welding transformer --7- - and the discharge switch --6-- discharges.
The circuit arrangement according to the invention can be used very advantageously in a device for resistance spot welding of preferably bulky parts.