專利名稱：用于運(yùn)行電阻焊裝置的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及ー種用于尤其借助于具有變壓器鐵芯、初級繞組和次級繞組的(單相)中頻焊接變壓器運(yùn)行電阻焊裝置的方法以及裝置。盡管以下基本上涉及到的是中頻焊接變壓器，但是本發(fā)明并非僅限于此。
背景技術(shù)：
將中頻焊接變壓器應(yīng)用于焊接エ藝已有一定的時(shí)間，通常由電流換向器給所述中頻焊接變壓器提供方波交變電壓。變壓器在其次級繞組上輸出電流較高的低電壓，接下來將該低電壓整流并且用于焊接過程。所述中頻變壓器的運(yùn)行頻率高，這樣高的頻率使得有效的能量轉(zhuǎn)換并且因此使用相對較小而且較輕的變壓器成為可能。當(dāng)然在運(yùn)行過程中會出現(xiàn)滯后效應(yīng)或者說飽和效應(yīng)以及一方面會影響能量傳遞，另一方面對構(gòu)件有害的電流峰值。由于對所需結(jié)構(gòu)空間的要求越來越高，因此市場趨向于開發(fā)更加小巧的中頻變壓器。例如可以將中頻變壓器用于汽車エ業(yè)領(lǐng)域的焊鉗。為了也能夠借助于焊鉗來焊接車身的所有部件，所述焊鉗必須結(jié)構(gòu)緊湊，這樣才能借助于焊接機(jī)器人使其靠近偏僻的角落。因?yàn)楹搞Q的中頻變壓器是決定其尺寸的主要因素，所以焊鉗尺寸的縮小始終伴隨著中頻變壓器的縮小。當(dāng)提高用來觸發(fā)變壓器的開關(guān)頻率吋，就能減小變壓器的體積。但是如果提高所述開關(guān)頻率，那么當(dāng)借助于已知的脈沖寬度調(diào)節(jié)方法觸發(fā)為此所需的半導(dǎo)體器件吋，開關(guān)損耗也會隨之増大。

發(fā)明內(nèi)容
因此本發(fā)明的任務(wù)在于，闡述ー種用于運(yùn)行電阻焊裝置的方法以及裝置，從而不會出現(xiàn)上述缺點(diǎn)。本發(fā)明提供ー種用于運(yùn)行具有焊接變壓器的電阻焊裝置運(yùn)行的方法，所述焊接變壓器具有相互耦合的第一次級繞組和第二次級繞組以及初級繞組，借助于觸發(fā)裝置產(chǎn)生的觸發(fā)脈沖如此觸發(fā)初級繞組，使得接在初級繞組上的直流電壓的極性產(chǎn)生有規(guī)律地反復(fù)的變化。由觸發(fā)裝置在一限定的持續(xù)時(shí)間之內(nèi)改變用于變壓器的觸發(fā)脈沖數(shù)量，而所述觸發(fā)脈沖的脈沖寬度不會在通常由開關(guān)引起的公差之外變化。因此這樣就能控制/調(diào)節(jié)觸發(fā)裝置的輸出功率。因此，本發(fā)明解決所述任務(wù)的方式不同于現(xiàn)有技術(shù)，按照本發(fā)明所述，采用多個具有各自基本上不變脈沖寬度的單個脈沖替代已知的脈沖寬度調(diào)節(jié)，其中，所述觸發(fā)裝置可主動調(diào)節(jié)脈沖數(shù)量以及還有脈沖間隔的長度。這樣就不再以改變脈沖寬度的方式，而是借助于對具有不變脈沖寬度的現(xiàn)有單個觸發(fā)脈沖的數(shù)量進(jìn)行調(diào)節(jié)的方式來觸發(fā)中頻變壓器，從而產(chǎn)生變壓器初級部分上所需的交變電壓。已確定相對于現(xiàn)有技術(shù)所述的技術(shù)方案，這樣能夠減小開關(guān)損耗。相對于脈沖寬度調(diào)節(jié)方式，在固定脈沖/間隔調(diào)節(jié)的頻率比較高吋，可以縮短開關(guān)過程，因此就能在通常領(lǐng)域的功率要求下減小開關(guān)損耗。采用這種新型觸發(fā)方式，現(xiàn)在就能在電阻焊鉗中安裝更小而且更輕的變壓器，由于鐵芯尺寸更小，并且采用了針對更高頻率進(jìn)行了優(yōu)化的鐵芯材料，因此這些電阻焊鉗也具有更少的磁化損耗。由于次級繞組的更小長度而得到了更小的電阻，這同樣也是本發(fā)明的ー項(xiàng)優(yōu)點(diǎn)。采用本發(fā)明此外可以使用具有更高開關(guān)頻率的變流器。總而言之，借助于本發(fā)明可以減小變流器(IGBTs)、變壓器鐵芯和焊接ニ極管中的開關(guān)損耗。本發(fā)明也可實(shí)現(xiàn)使用具有更輕重量以及更小體積的變壓器。替代地也可以采用脈沖寬度調(diào)節(jié)方式，在焊接作業(yè)過程中借助于觸發(fā)裝置改變用來控制/調(diào)節(jié)輸出功率的脈沖寬度，并且并不借助于唯一的連續(xù)電平，而是借助于多個彼此相鄰排列的單個脈沖來實(shí)現(xiàn)脈沖，如以下進(jìn)ー步所描述的，在變壓器真正運(yùn)行之前又專用于變壓器地求得這種脈沖的脈沖寬度，并且使脈沖寬度在運(yùn)行過程中基本上保持不變。優(yōu)選借助于觸發(fā)裝置所包圍的集成的開關(guān)回路如此進(jìn)行觸發(fā)，使得觸發(fā)裝置可根據(jù)集成的開關(guān)回路的觸發(fā)節(jié)拍的周期持續(xù)時(shí)間推導(dǎo)出觸發(fā)脈沖的脈沖寬度。因此觸發(fā)脈沖的脈沖寬度可以等于觸發(fā)節(jié)拍持續(xù)的周期的時(shí)間的η倍，其中η可以包括所有整數(shù)。持續(xù)時(shí)間也可以等于觸發(fā)節(jié)拍的周期的持續(xù)時(shí)間的η倍，其中η也可以更新地包括所有整數(shù)。這實(shí)際上就意味著，運(yùn)行/鐘控所述觸發(fā)裝置的基頻用來產(chǎn)生觸發(fā)脈沖的脈沖寬度和脈沖周期，因此這樣就能實(shí)現(xiàn)脈沖及其精調(diào)。在此精度僅僅受到基頻限制。此外這種技術(shù)方案還可降低開關(guān)技術(shù)花費(fèi)，因?yàn)檫@樣就不必采用其它節(jié)拍發(fā)生器。在焊接作業(yè)之前的初始化階段期間，所述觸發(fā)裝置優(yōu)選根據(jù)焊接變壓器中出現(xiàn)的磁通密度確定用于接下來的焊接作業(yè)的觸發(fā)脈沖的脈沖寬度。這樣觸發(fā)裝置(例如變流器)就能關(guān)于所產(chǎn)生的觸發(fā)脈沖自動適配不同的變壓器和電源電壓。例如當(dāng)電網(wǎng)電壓較高時(shí)可提高變壓器的開關(guān)頻率，因?yàn)殡妷?時(shí)間積分面積在電壓升高時(shí)減小，并且因?yàn)殡妷簳r(shí)間積分與磁化強(qiáng)度成正比，也會如此影響變壓器鐵芯中的磁飽和度。由所述觸發(fā)裝置通過測量技術(shù)檢測并處理焊接變壓器中出現(xiàn)的磁通密度。可以如此實(shí)現(xiàn)這種測量技術(shù)上的檢測，從而在初始化階段期間連續(xù)地檢測以及監(jiān)控初級電流或者借助于磁通密度傳感器連續(xù)地檢測以及監(jiān)控磁通密度。比較容易實(shí)現(xiàn)的是檢測初級電流。本發(fā)明也給出了ー種電阻焊裝置。該電阻焊裝置包括焊接變壓器，所述焊接變壓器具有相互耦合的第一次級繞組和第二次級繞組以及初級繞組。可以如此觸發(fā)所述初級繞組，從而可實(shí)現(xiàn)接在初級繞組上的直流電壓極性的在焊接作業(yè)過程中有規(guī)律地反復(fù)的變化。如此實(shí)現(xiàn)所述觸發(fā)裝置，從而可以在限定的持續(xù)時(shí)間之內(nèi)調(diào)整觸發(fā)脈沖的數(shù)量。可以有針對性地改變觸發(fā)脈沖的脈沖寬度。所有與此相關(guān)的優(yōu)點(diǎn)已經(jīng)在上述對方法的解釋中提及并且也適用于電阻焊裝置。本發(fā)明的其它優(yōu)點(diǎn)和設(shè)計(jì)方案由說明書以及附圖得出。顯而易見，上述和以下還有待解釋的特征并非僅僅在各個給出的組合方式中使用，而是也可在其它的組合方式中使用或者単獨(dú)使用，而并不超出本發(fā)明的范圍。


根據(jù)附圖中的實(shí)施例示意性地對本發(fā)明進(jìn)行描述并且接下來參考附圖進(jìn)行詳細(xì)地說明。附圖1示出了具有整流器和變流器的中頻焊接變壓器的示意圖；附圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的觸發(fā)脈沖；附圖3示出了初始化階段；附圖4示出了 Up和Ip的變化曲線(從附圖1已知)。
具體實(shí)施例方式附圖1示意性地示出了具有整流器和變流器的中頻焊接變壓器并且在整體上以附圖標(biāo)記10表示。裝置10可分為不同的組成部分。該裝置具有初級回路13和次級回路 11、12，通過變壓器17將這些回路如此相連，從而在初級回路13和次級回路11、12的繞組之內(nèi)產(chǎn)生共同的磁通。變壓器17的匝數(shù)為m的初級繞組13連接到初級回路之中并且變壓器17的匝數(shù)分別為^+N3的次級繞組11、12連接到次級回路之中。所述變壓器17還具有ー個變壓器鐵芯，但這里為了清晰起見，這里沒有將其示出。在次級回路11、12中有用附圖標(biāo)記19表示的輸出區(qū)域，可將焊接電極連接到該輸出區(qū)域上。在初級回路中設(shè)有具有電壓源Up和集成的開關(guān)回路15的觸發(fā)裝置14，該觸發(fā)裝置可以給初級回路提供交變電壓。次級回路11、12包括整流器，只要在連接點(diǎn)19上施加例如是有待焊接的エ件的負(fù)載，在該連接點(diǎn)上就會產(chǎn)生基本上連續(xù)變化的負(fù)載電流。借助于振蕩器頻率Toscie對所述觸發(fā)裝置14的集成回路15進(jìn)行觸發(fā)，也可以將該振蕩器頻率作為基頻來產(chǎn)生觸發(fā)裝置14的觸發(fā)脈沖。可以借助于傳感器18檢測變壓器中的磁場強(qiáng)度。在變壓器中方波觸發(fā)脈沖Up在變壓器初級側(cè)的輸入端上引起幾乎不取決于次級電流的三角波形磁化電流。所述磁化電流與磁通量或者說磁通密度大致呈正比。也通過輸入電壓確定變壓器鐵芯中的磁通密度。在初級回路13中產(chǎn)生初級回路電流Ip，所述觸發(fā)裝置14通過測量技術(shù)對其進(jìn)行檢測并且處理以形成觸發(fā)脈沖，使得所述觸發(fā)裝置能夠在真正焊接作業(yè)之前的初始化階段期間根據(jù)焊接變壓器17中產(chǎn)生的磁通密度求得用于后來的焊接作業(yè)的觸發(fā)脈沖的脈沖寬度，并且能優(yōu)化所使用的中頻變壓器上的觸發(fā)脈沖。然后在焊接作業(yè)過程中始終僅僅如此借助于觸發(fā)裝置14、15對中頻變壓器進(jìn)行如此觸發(fā)，使其不僅關(guān)于開關(guān)損耗，而且關(guān)于磁化損耗都能夠始終以最佳方式運(yùn)行。因此本發(fā)明所述的方法能全自動地適應(yīng)所使用的硬件 (例如變流器)，而且也適合于改裝現(xiàn)有的設(shè)備。附圖2所示為本發(fā)明的以變流器的形式的觸發(fā)裝置的輸出電壓Up的觸發(fā)脈沖21、 22、23、對，該觸發(fā)裝置與中頻變壓器在初級側(cè)相連。所涉及的例如僅僅是ー種從多個可用來影響變壓器功率輸出的可能的觸發(fā)信號變化過程中實(shí)施的選擇。附圖標(biāo)記21所示為中頻變壓器的次級側(cè)輸出功率最大時(shí)的觸發(fā)信號的全周期 Tl。附圖標(biāo)記22所示為中頻變壓器次級側(cè)輸出功率最小時(shí)的觸發(fā)信號的全周期Tl。這些脈沖沿著周期Tl延伸并且關(guān)于極性不僅具有負(fù)極性部分，而且也具有正極性部分。這樣就可避免變壓器陷入磁飽和狀態(tài)。附圖標(biāo)記23所示為優(yōu)選在真正的焊接作業(yè)之前由觸發(fā)裝置對脈沖寬度T2進(jìn)行精調(diào)期間的觸發(fā)信號。脈沖寬度T2在焊接作業(yè)過程中基本上固定地在通常的公差范圍之內(nèi)調(diào)整，但也可以在接納真正的焊接作業(yè)之前，由所述觸發(fā)裝置在可以預(yù)先設(shè)定的范圍之內(nèi)對其進(jìn)行自動或手動調(diào)整。虛線的區(qū)域表示根據(jù)用于變流器的基頻(觸發(fā)節(jié)拍)的周期進(jìn)行精調(diào)的時(shí)間間隔。附圖標(biāo)記M所示為在中頻變壓器的次級側(cè)輸出功率只有50%時(shí)觸發(fā)信號的全周期Tl。持續(xù)時(shí)間Tl在這種情況下僅僅部分地(這里是50%)被脈沖占用，而其余的時(shí)間內(nèi)信號處于關(guān)于極性是中性的狀態(tài)中。附圖3表示在真正焊接作業(yè)32之前的初始化階段期間31或者示教焊接期間 31 (也即在真正的焊接過程開始之前的示教階段)，觸發(fā)裝置可以根據(jù)之前提到的精調(diào)階段之內(nèi)在焊接變壓器中產(chǎn)生的磁通密度，求得用于接下來的焊接作業(yè)32的觸發(fā)脈沖的脈沖寬度。在示教焊接的范圍內(nèi)將最高頻率或者說最小脈沖寬度的ー組電壓閉鎖信號(例如 4個電壓閉鎖信號)發(fā)送給變壓器。這些電壓閉鎖信號如此設(shè)計(jì)，可使得變壓器在施加了電壓閉鎖信號之后保持沒有剩磁。變流器自動提高下ー組電壓閉鎖信號的脈沖寬度(或者說降低頻率)，直至檢測出電流飽和峰值。然后將各個更小的脈沖寬度或者說更高的頻率保存為變壓器特有的初始化值。這種保存以參數(shù)形式在焊接控制器的存儲區(qū)域中進(jìn)行。替代地也可以借助于磁場傳感器進(jìn)行飽和測量。附圖4所示為示教焊接過程中出現(xiàn)的效應(yīng)。這些曲線示出了初級回路中的電流變化Ip以及所述觸發(fā)裝置(例如變流器)的輸出電壓Up。
權(quán)利要求
1.用于借助于焊接變壓器(10)運(yùn)行電阻焊裝置的方法，所述焊接變壓器具有初級繞組(1 和帶有中間抽頭(19)的次級繞組(11，12)，借助于觸發(fā)裝置(14)產(chǎn)生的觸發(fā)脈沖如此觸發(fā)初級繞組(13)，從而在預(yù)先定義的持續(xù)時(shí)間(Tl)之內(nèi)使得接在初級繞組(13)上的直流電壓(Up)的極性產(chǎn)生有規(guī)律地反復(fù)的變化，其特征在干，針對預(yù)先定義的持續(xù)時(shí)間(Tl)，由所述觸發(fā)裝置(14)產(chǎn)生正負(fù)極性優(yōu)選交替變化的觸發(fā)脈沖(21)，其中可以借助于所述觸發(fā)裝置(14)在預(yù)先設(shè)定的持續(xù)時(shí)間(Tl)之內(nèi)改變所述觸發(fā)脈沖01)的數(shù)量，并且其中在焊接作業(yè)過程中使得所述觸發(fā)脈沖01)的脈沖寬度(T2)在所述觸發(fā)裝置(14)的通常的公差范圍之內(nèi)保持不變。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中借助于觸發(fā)裝置(14)所包括的集成的開關(guān)回路(15)如此實(shí)現(xiàn)觸發(fā)，從而由集成開關(guān)回路(15)的觸發(fā)節(jié)拍(16)的周期持續(xù)時(shí)間(Tosz)推導(dǎo)出所述觸發(fā)脈沖01)的脈沖寬度(T2)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中所述觸發(fā)脈沖01)的脈沖寬度(1 等于觸發(fā)節(jié)拍(16)的周期持續(xù)時(shí)間(Tosz)的η倍，其中η可以包括所有整數(shù)。
4.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述持續(xù)時(shí)間(Tl)等于觸發(fā)節(jié)拍(16)的周期持續(xù)時(shí)間(Tosz)的η倍，其中η可以包括所有整數(shù)。
5.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述觸發(fā)裝置(14)在焊接作業(yè)(32) 之前的初始化階段期間(31)根據(jù)焊接變壓器(17)中出現(xiàn)的磁通密度求得用于接下來的焊接作業(yè)(32)的觸發(fā)脈沖01)的脈沖寬度(Τ2)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中優(yōu)選借助于磁通密度傳感器(18)檢測焊接變壓器(17)中產(chǎn)生的磁通密度。
7.根據(jù)權(quán)利要求5或6中任一項(xiàng)所述的方法，其中測量焊接變壓器(17)的初級繞組 (13)中產(chǎn)生的電流(Ip)，并且關(guān)于允許的閾值對其進(jìn)行監(jiān)控。
8.具有焊接變壓器(10)的電阻焊裝置，所述焊接變壓器包括初級繞組(1 和具有中間抽頭的次級繞組(11，12)，其中可以借助于由觸發(fā)裝置(14)產(chǎn)生的觸發(fā)脈沖如此觸發(fā)初級繞組(13)，從而在預(yù)先定義的持續(xù)時(shí)間(Tl)之內(nèi)使得接在初級繞組(1 上的直流電壓 (Up)的極性產(chǎn)生有規(guī)律地反復(fù)的變化，其特征在干，如此實(shí)現(xiàn)所述觸發(fā)裝置(14)，從而可以針對預(yù)先定義的持續(xù)時(shí)間(Tl)產(chǎn)生正負(fù)極性優(yōu)選交替變化的觸發(fā)脈沖(21)，其中可以借助于所述觸發(fā)裝置(14)在預(yù)先定義的持續(xù)時(shí)間0 之內(nèi)改變所述觸發(fā)脈沖01)的數(shù)量，并且其中在焊接作業(yè)過程中使得所述觸發(fā)脈沖01)的脈沖寬度0 在所述觸發(fā)裝置(14)的通常的公差范圍之內(nèi)保持不變。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于運(yùn)行電阻焊裝置10的方法，其中由觸發(fā)裝置14在一段持續(xù)時(shí)間之內(nèi)改變直流電壓Up的極性和觸發(fā)脈沖的數(shù)量，而所述觸發(fā)脈沖的脈沖寬度不會在通常由開關(guān)引起的公差之外變化。該方法有助于減小開關(guān)損耗，并且有助于安裝結(jié)構(gòu)體積更小的變壓器。
文檔編號B23K11/24GK102554440SQ20111038312
公開日2012年7月11日 申請日期2011年10月10日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月9日
發(fā)明者R·肖爾茨, W·邁斯特 申請人:羅伯特·博世有限公司