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Schaltanordnung für elektrische Widerstandspunkt- oder Nahtschweissmaschinen zum Verschweissen von Aluminium und sonstigen schwer schweissbaren Metallen.
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Sekundärwicklungen mit der Netzspannung in Reihe geschaltet sind. Die Schaltung der beiden Modulatoren kann auch in der Weise vorgenommen werden, dass die Primärwicklung des mit niedriger Modulationsfrequenz arbeitenden Modulators von der Sekundärwicklung des primärseitig am Netz liegenden, mit höherer Modulationsfrequenz arbeitenden Modulators erregt wird und die Sekundärwicklung des ersten mit der Netzspannung in Reihe liegt.
Es kann ferner erfindungsgemäss die grösste auftretende Amplitude der Sekundärspannung des einen Modulators x% der Amplitude der Netzspannung bei einer Modulationsfrequenz von 2 n, die grösste auftretende Amplitude der Sekundärspannung des andern (100+x) % der Amplitude der Netzspannung bei einer Modulationsfrequenz n betragen. Besonders günstig ist es, wenn die grösste auftretende Amplitude der Sekundärspannung des einen Modulators 50% der Amplitude der Netzspannung bei einer Modulationsfrequenz von 2 n, die grösste auftretende Amplitude der Sekundärspannung des andern 150% der Amplitude der Netzspannung bei einer Modulationsfrequenz n beträgt.
Durch die Wahl dieser Modulationsgrade und dieser Modulationsfrequenzen wird zwar schon ein genügend langes Verschwinden der Schweissspannung erreicht, jedoch ergibt sich dabei ein Verlauf des Wertes für die Amplitude der resultierenden Spannung, d. h. der Schweissspannung, der des öfteren für Schweisszwecke nicht besonders gut geeignet ist. In vielen Fällen ist es nämlich auch erwünscht, wenn neben dem Verschwinden der resultierenden Spannung für genügend lange Zeit auch noch die Kurve, die den zeitlichen Verlauf der Amplitude dieser resultierenden Spannung darstellt, einen rechteckförmigen Verlauf nimmt, d. h. wenn die starken Spannungsspitzen, d. h. Maximalamplituden der
Schweissspannung in Fortfall kämen.
Dies wird gemäss der weiteren Erfindung mit einer Schaltanordnung erreicht, bei der die grösste auftretende Amplitude der Sekundärspannung des einen Modulators K% der Amplitude der Netzspannung bei einer Modulationsfrequenz von 3 n, die grösste auftretende Amplitude der Sekundärspannung des andern (100+x) % der Amplitude der Netzspannung bei einer Modulationsfrequenz n beträgt. Besonders vorteilhaft ist es, den einen Modulator so auszulegen, dass die grösste Amplitude seiner Sekundärspannung 15% der Amplitude der Netzspannung bei einer Modulationsfrequenz von 3 n, den andern dagegen so auszubilden, dass die grösste Amplitude seiner Sekundärspannung etwa 115% der Amplitude der Netzspannung bei einer Modulationsfrequenz von n beträgt.
Ein ähnlicher, etwa rechteckförmiger Verlauf des Wertes für die Amplitude der resultierenden Spannung ergibt sich auch dann, wenn eine Modulation des die Modulatoren speisenden Netzes mit Hilfe eines weiteren Modulators erfolgt, der mit den beiden andern unmittelbar oder über ein Getriebe starr gekuppelt und so elektrisch geschaltet ist, dass er den aus der Netzspannung und den Spannungen der beiden Modulatoren resultierenden Verlauf der Spannungen in seinem Maximum abflacht. In vorteilhafter Weise ist die Modulationsfrequenz des zusätzlichen Netzmodulators gleich der eines der beiden andern Modulatoren.
Damit eine besonders günstige Form der Kurve des Amplitudenverlaufes der resultierenden Spannung erreicht wird, ist weiterhin die Modulationsfrequenz des Netzmodulators gleich der des Modulators mit kleiner Modulationshöhe und seine Modulationsperiode gegenüber der dieses Modulators um eine Halbperiode verschoben. Besonders günstige Ergebnisse erhält man, falls der Netzmodulator eine Modulationshöhe von +30% der Netzspannung besitzt.
Diese neuen Schaltanordnungen für mit Modulatoren gesteuerte Widerstandsschweissmaschinen eignen sich nun in besonders vorteilhafter Weise zum Herstellen von Schweissnähten, die durch eine dichte Folge von Schweisspunkten gebildet werden. Beim Verarbeiten von schwer schweissbaren Metallen, wie z. B. Aluminium, ist aber ein bestimmtes Verhältnis zwischen Schweisszeit und Schweisspause unbedingt erforderlich.
Dieses Verhältnis kann nun vorteilhaft dadurch erreicht werden, dass in Verbindung mit den neuen Modulatorschaltanordnungen eine Schaltvorrichtung verwendet wird, die durch leistungsloses Ein-und Ausschalten des Schweissstromkreises Verhältnisse zwischen Ein-und Ausschaltzeit herzustellen gestattet, die durch einfache Mittel bei schneller zeitlicher Aufeinanderfolge der einzelnen Spannungsstosse, d. h. der einzelnen durch spannungslose Zeiten unterbrochenen Spannungsspitzen der resultierenden modulierten Spannung nicht mehr möglich sind.
Dies wird erfindungsgemäss dadurch erreicht, dass eine zusammen mit den Modulatoren arbeitende Schaltvorrichtung verwendet wird, die aus mehreren umlaufenden Schaltern mit synchron zur resultierenden Modulationsfrequenz arbeitenden Teilen besteht, durch die der Schweissstromkreis periodisch unterbrochen wird, und dass je nach Einzel-, Reihen-, Parallel-und Gruppenschaltung der einzelnen Schalter periodisch zu den gewünschten Zeitpunkten eine einstellbare Anzahl von Modulationsperioden, d. h. Stromstössen derart durchgelassen bzw. abgesperrt wird, dass der Schweissstromkreis stets innerhalb der Nullzeit der resultierenden modulierten Spannung geschlossen und geöffnet wird.
In vorteilhafter Weise ist die Schaltvorrichtung derart ausgebildet, dass die Mindesteinschaltzeiten und ebenso die Mindestausschaltzeiten jedes Schalters sich über zwei resultierende Modulationsperioden erstrecken, die Schaltvorrichtung jedoch durch Reihen-und bzw. oder Parallelschaltung auf Einschaltzeiten und ebenso auf Ausschaltzeiten eingestellt werden kann, die nur eine einzige resultierende Modulationsperiode enthalten. Besonders vorteilhaft ist es, die einzelnen Schalter z. B. als Walzenschalter oder nockenbetätigte Schalter auszubilden, wobei vorzugsweise eine beliebige Anzahl solcher
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Schalter das gleiche Verhältnis von Einschaltzeit zu Ausschaltzeit, jedoch zeitlich um ein ganzzahliges
Vielfaches von resultierenden Modulationsperioden verschoben, erzeugen. Zweckmässig wird die Schalt.
Vorrichtung mit einem der Modulatoren starr gekuppelt. Die Kupplung mit den Modulatoren kann auch über ein Getriebe erfolgen.
Die Modulatorschaltanordnungen können nun weiterhin gegebenenfalls in Verbindung mit der soeben beschriebenen Schaltvorrichtung dazu verwendet werden, dass durch Betätigen eines Steuer- organs, beispielsweise eines Hand-oder Fussschalters od. dgl., ein einzelner Schweisspunkt hergestellt wird, der von einem Schweissstrom genau definierter Dauer erzeugt wird. Dies wird gemäss eines weiteren
Gedankens der Erfindung dadurch erreicht, dass nach Betätigen eines Steuerorgans eine ein Schalt- organ, z.
B. eine Schaltwalze, einen nockenbetätigten Klopfschalter od. dgl. mittelbar oder unmittelbar beeinflussende Welle mit einer der sich dauernd drehenden Modulatorwellen bei einer ganz bestimmten
Stellung zur Modulatorwelle gekuppelt und nach Zurücklegen eines vorher festgelegten Drehwinkels wieder entkuppelt wird und dass im gekuppelten Zustande von dem Schaltorgan zu vorher festgelegten
Zeiten ein Schliessen und Wiederöffnen des Schweissstromkreises erfolgt.
In vorteilhafter Weise erfolgt dabei das Schliessen und Öffnen des Schweissstromkreises in der
Zeit, in der die Spannung an der Schweissmasehine Null ist.
Besonders vorteilhaft ist es, in Verbindung mit der Modulatorschaltanordnung die vorhin beschriebene Schaltvorrichtung zum Einstellen beliebiger Verhältnisse von Schweisszeit zu Schweiss- pause zu verwenden, um die Zeit, die zum Kuppeln der Welle zur Verfügung steht, über das Mass der naturgegebenen Nullzeit der modulierten Spannung hinaus verlängern zu können.
Das Kuppeln der Welle kann dabei durch Erregen, das Entkuppeln nach Enterregen eines
Elektromagneten selbsttätig nach dem Zurücklegen des festgelegten Drehwinkels erfolgen. Besonders vorteilhaft wird hiefür eine sogenannte Einumdrehungskupplung verwendet, die von dem Steuerorgan betätigt wird, und die sich nach genau einer Umdrehung selbst wieder auskuppelt.
Wird beispielsweise für das Kuppeln ein Elektromagnet benutzt, so liegt dieser zweckmässig an einem Wechsel-oder Gleichstromnetz über zwei in Wechselschaltung angeordnete Schalter, von denen der eine durch das Steuerorgan, der andere durch die zu kuppelnde Welle selbst betätigt wird.
Vorteilhaft ist weiterhin auch die Verwendung einer Nocken-oder Exzenterscheibe, die auf der zu kuppelnden Welle befestigt ist, so dass durch diese Scheibe die Betätigung des einen Schalters erfolgen kann.
In dem Stromkreis des Elektromagneten kann weiterhin ein Hilfsschalter derart angeordnet sein, dass durch das Schliessen des vom Steuerorgan betätigten Schalters der Elektromagnet noch nicht erregt wird. Erst nach dem Schliessen dieses Hilfsschalters wird der Elektromagnet an
Spannung gelegt.
Der durch das Steuerorgan betätigte Schalter kann mit dem Hilfsschalter nun derart in Beziehung stehen, dass beispielsweise durch die Betätigung des Steuerorgans durch eine an sich bekannte, in den Figuren nicht gezeigte Einrichtung zunächst die Elektrode mit Druck auf die Gegenelektrode aufgesetzt und dass nach Erreichen eines bestimmten Elektrodendruckes auch der Hilfsschalter in bestimmter Weise geschlossen und somit der Elektromagnet erregt wird.
Das Herstellen eines einzigen Schweisspunktes kann auch noch in der Weise vorgenommen werden, dass unter Verwendung der erfindungsgemässen Modulatorschaltanordnungen nach dem Schliessen, aber unabhängig vom Zeitpunkt des Schliessens eines Steuerschalters durch zwei Hilfsschalter, die mit den den Schweissstrom steuernden Modulatoren starr gekuppelt sind und von denen der eine periodisch kurzzeitig einsehaltet, der zweite periodisch kurzzeitig ausschaltet, ein Schütz zum Schliessen und Wiederöffnen des Schweissstromkreises betätigt wird.
In vorteilhafter Weise besitzt gemäss der weiteren Erfindung das Schütz über Hilfskontakte Selbsthaltung, die durch den kurzzeitig ausschaltenden Hilfsschalter unterbrochen wird. Das Schütz ist vorteilhaft mit weiteren Hilfskontakten versehen, die ein Relais einschalten, das über Hilfskontakte und über den Steuerschalter Selbsthaltung hat. Das Relais kann noch mit weiteren Hilfskontakten versehen sein, die bei unter Strom stehendem Relais geöffnet sind und im Stromkreis des Steuerschalters liegen, so dass bei zeitlich zu langem Schliessen des Steuerschalters das Wiedereinschalten des Sehützes verhindert wird.
Die erfindungsgemässen Schaltanordnungen der Modulatoren lassen sich aber auch in vorteilhafter Weise bei mechanisch betätigten Punktschweissmaschinen anwenden, d. h. bei solchen Punkt- schweissmaschinen, bei denen die bewegliche Punktelektrode bzw. die beweglichen Punktelektroden durch mechanische Mittel, beispielsweise durch eine Nockensteuerung auf das Werkstück aufgesetzt und in regelmässigen Abständen von dem Werkstück abgehoben werden. Erfindungsgemäss wird bei Anwendung der oben beschriebenen Modulatorschaltungen zusammen mit mechanisch betätigten Punktschweissmaschinen der Antrieb der Elektrode bzw.
Elektroden für ihre Auf-und Abwärtsbewegung mit den Modulatorwellen so gekuppelt, dass das Aufsetzen und Abheben der'Elektrode stets während der Zeit erfolgt, in der die Schweissspannung verschwindet.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn ein mit den Modulatoren starr gekuppelter Kurbeltrieb, eine Exzenterscheibe od. dgl. vorgesehen ist, der bzw. die mittels einer auf den Scheitelpunkt eines gelenkigen
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Winkelhebels wirkenden Stange die Auf-und Abwärtsbewegung der Elektroden bewirkt. Dabei ist das eine freie Schenkelende des Winkelhebels mit der beweglichen, geführten Elektrode, das freie Ende des andern Schenkels mit einem federnden Widerlager, z. B. mit einer Feder, einem Druckluftzylinder od. dgl. verbunden. Weitere vorteilhafte Einzelheiten der Erfindung sind im folgenden beschrieben.
In der Zeichnung ist der Gegenstand der Erfindung in mehreren Ausführungsbeispielen veranschaulich, u. zw. zeigen Fig. 1 eine Schaltanordnung der beiden Modulatoren nach der Erfindung, Fig. 2 eine andere vorteilhafte Schaltweise der Modulatoren. Fig. 3. zeigt den zeitlichen Verlauf der Augenblickswerte der resultierenden Spannung, die sich aus der Hintereinanderschaltung der Netzspannung und der Spannungen der beiden Modulatoren an den Klemmen der Schweissmaschine ergibt.
In Fig. 4 ist der zeitliche Verlauf der Augenblickswerte der resultierenden Spannung dargestellt für den Fall, dass beim Verschwinden der Spannung durch eine mechanische Abschaltvorrichtung ein nachfolgender Stromstoss ausgeschaltet wird. Fig. 5 zeigt den zeitlichen Verlauf der Amplituden der Netzspannung und der Spannung der beiden Modulatoren mit den Frequenzen n und 3 n sowie den zeitlichen Verlauf der Amplituden der resultierenden Spannung, die sich aus der Überlagerung der drei Einzelspannungen an den Klemmen der Schweissmaschine ergibt.
Fig. 6 zeigt den Schaltplan für die Modulatoren bei Verwendung eines das speisende Netz modulierenden zusätzlichen Modulators, Fig. 7 den zeitlichen Verlauf der Amplituden der modulierten Netzspannung bei Benutzung des Schaltplanes nach Fig. 6 und Fig. 8 den zeitlichen Verlauf der Amplituden jener Spannung, die sich aus der Überlagerung der einzelnen Spannungen bei moduliertem und nicht moduliertem Netz ergibt, Fig. 9 stellt das Schema einer aus einzelnen Schaltereinheiten zusammengesetzten und mit den Modulatorwellen gekuppelten Schaltvorrichtung dar, durch die beim Nahtschweissen beliebige Verhältnisse zwischen Schweisszeit und Schweisspause hergestellt werden können. Fig. 10 zeigt den Schaltplan für die Steuerung einer Punktschweissmaschine, die mit einer der erfindunggemässen Modulatorschaltanordnungen ausgerüstet ist.
Fig. 11 zeigt einen weiteren Schaltplan gemäss der Erfindung für die Steuerung einer Punktschweissmaschine. Fig. 12 stellt den schematischen Verlauf des Höchstwertes der modulierten Spannung sowie den Zeitpunkt des kurzzeitigen Ein-und Ausschaltens der in dem Schaltplan nach Fig. 11 verwendeten Hilfsschalter dar.
Fig. 13 stellt die bewegliche Elektrode einer Punktschweissmaschine, deren Auf-und Abwärtsbewegung erfindungsgemäss in Abhängigkeit von der Rotorstellung der Modulatoren erfolgt, dar.
Nach Fig. 1 liegen die Primärwicklungen 64 und 66 der Modulatoren Mi und M2 am Netz 73. Die
Sekundärwicklungen 65 und 67 der Modulatoren Mi und M2 sind mit der Primärwicklung des Schweisstransformators 72 in Reihe geschaltet. Bei der in Fig. 2 dargestellten Schaltweise liegt die Primärwicklung 70 des Modulators M4 am Netz 75, während seine Sekundärwicklung 71 die Primärwicklung 68 des Modulators M3 speist. Die Sekundärwicklung 69 des Modulators M3 ist mit der Primärwicklung des Schweisstransformators 74 in Reihe geschaltet.
Für den zeitlichen Verlauf der Augenblickswerte der resultierenden modulierten Spannung (Fig. 3 und 4) ist beispielsweise angenommen, dass der
Modulator Mi bzw. M3 eine Modulationsfrequenz n besitzt, während der Modulator M ; bzw. M4 eine
Modulationsfrequenz 2 n hat. Dies wird durch geeignete Wahl der Polpaarzahlen und/oder Dreh- zahlen der Modulatoren erreicht. Beide Modulatoren können auf einer gemeinsamen Welle sitzen und in einem gemeinsamen Gehäuse untergebracht sein.
In Fig. 3 ist der durch die erfindungsgemässe Schaltanordnung erzielte zeitliche Verlauf der
Augenblickswerte der resultierenden Spannung beispielsweise dargestellt. Im vorliegenden Fall beträgt die resultierende Modulationsfrequenz 3'7 Hz, d. h. es entfallen auf eine resultierende Modulations- periode 13'5 Netzperioden.
Der Verlauf der Amplitudenwerte der resultierenden Spannung entsprechend Fig. 3 wird durch eine derartige Kupplung der beiden Modulatoren erreicht, dass zu dem Zeitpunkt, an dem sich die
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muss daher in ihrem Transformator nicht für die Netzspannung, sondern für die auftretende höchste
Spannung ausgelegt sein. Zu dem Zeitpunkt, zu dem die Augenblickswerte der Spannung des grösseren
Modulators Mi denen der Netzspannung entgegengerichtet sind, hat der kleinere Modulator M2 infolge seiner Modulationsfrequenz 2 n im wesentlichen eine mit der Netzspannung gleichgerichtete Spannung.
Die resultierende, an den Klemmen der Schweissmaschine liegende Spannung, die sich aus den
Spannungen der beiden Modulatoren und der Netzspannung zusammensetzt, wird infolgedessen, wie die Figur deutlich zeigt, für längere Zeit praktisch Null. Es wird somit die Zeit, in der die resultierende
Spannung verschwindet, verlängert. Diese Verlängerung allein gestattet schon, eine ganze Anzahl bisher mit Modulation nicht schweissbarer Metalle zu schweissen.
Erfordert irgendein besonders schwer schweissbarer Werkstoff eine im Verhältnis zur Stromzeit noch längere Schweisspause, so kann die bereits verhältnismässig lange Zeit, in der die resultierende Spannung verschwindet, benutzt werden, um auf mechanischem Wege ohne Schwierigkeiten im Takte mit der Umdrehung der Modulatoren einzelne oder mehrere aufeinanderfolgende Spannungsstösse aus- zuschalten. Es lässt sich somit eine beliebige Verlängerung der an sich schon im Gegensatz zum bekannten Modulationsschweissverfahren verlängerten spannungslosen Zeit erreichen.
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Fig. 4 zeigt z. B. den zeitlichen Verlauf der Augenblickswerte der in Fig. 3 dargestellten resul- tierenden Spannung für den Fall, dass beim Verschwinden der Spannung eine mechanische Ausschaltung, beispielsweise eines Spannungsstosses erfolgt ist, so dass eine bedeutende Verlängerung der Schweisspause erreicht ist.
Die Kurve 1 der Fig. 5 stellt den zeitlichen'Verlauf der Amplituden der Spannung des einen
Modulators dar, bei dem die grösste auftretende Amplitude der Sekundärspannung a ; %, z. B. 15%, der
Amplitude der Netzspannung beträgt. Der Verlauf der Amplitude der konstanten Netzwechselspannung ist mit 2 bezeichnet. Die Kurve 3 veranschaulicht den zeitlichen Verlauf der Amplituden der Spannung des zweiten Modulators, bei dem die grösste auftretende Amplitude der Sekundärspannung (100 + x) %, z. B. 115%, der Amplitude der Netzspannung und dessen Modulationsfrequenz n beträgt. Die Modu- lationsfrequenz des ersten Modulators mit geringem Modulationsgrad beträgt dagegen 3 n. Der Verlauf der Amplituden der resultierenden Spannung aus den Kurven 1, 2 und 3 ist durch die Kurve 4 ver- anschaulich.
Zwischen zwei Spannungsspitzen, d. h. Spannungsstössen ist wie bei den ersten Schalt- anordnungen deutlich zu erkennen, dass die an den Klemmen der Schweissmaschine herrschende Spannung während längerer Zeit Null bzw. annähernd Null ist, so dass während dieser Zeit ein annähernd leistungs- loses Abschalten des Schweissstromes gewährleistet ist. Weiterhin zeigt die Spannungskurve 4 im
Modulationsmaximum eine Abflachung, so dass die Amplituden der resultierenden Spannung bereits einen im wesentlichen rechteckförmigen Verlauf nehmen. Dieser Spannungsverlauf ist für bestimmte
Schweisszwecke besonders gut geeignet.
Der Höchstwert der resultierenden Spannung beträgt, wie aus der Kurve 4 zu ersehen ist, etwa
200% der Netzspannung. Der Transformator der Schweissmaschine darf daher ebenso wie bei der ersten Schaltanordnung nicht nur für die Netzspannung ausgelegt sein, sondern muss der auftretenden
Höchstspannung entsprechend bemessen werden. Da der kleinere der Modulatoren die dreifache
Frequenz des andern Modulators mit dem grössten Modulationsgrad besitzt, wird das Modulations- maximum des grösseren Modulators durch die entgegengesetzt wirkende Spitze des kleineren Modulators abgeflacht, so dass in diesem Falle im Gegensatz zu der Anordnung, bei der die Frequenz des kleineren
Modulators 2 n beträgt, eine Abflachung im höchsten Teile der resultierenden Spannungskurve eintritt.
Ein ähnlicher, ebenfalls eine Abflachung in seinem höchsten Teil besitzender Verlauf der resul- tierenden Spannungsamplituden ergibt sich, wenn die Schaltanordnung gemäss der Fig. 6 verwendet wird. Der Modulator 5 liegt in diesem Falle mit seiner Primärwicklung 6 an dem speisenden Wechsel- stromnetz 7. Die Sekundärwicklung 8 des Modulators 5 ist mit den Sekundärwicklungen 9 und 10 der Modulatoren 11 und 12 sowie mit der Primärwicklung 13 des Schweisstransformators 14 in Reihe geschaltet. Die Primärwicklungen 15 und 16 der Modulatoren 11 und 12 werden getrennt von dem durch den Modulator 5 modulierten Netz 5 erregt.
In der Fig. 7 ist der Verlauf der Amplituden der modulierten Netzspannung dargestellt, der dadurch erzeugt wird, dass der Modulator 5 eine Modulationshöhe von + 30% der Spannung des Netzes 7 besitzt. In der Fig. 8 zeigt die Kurve 17 den Verlauf der Amplituden der Schweissspannung, wie er sich aus der Überlagerung der Einzelspannungen der Modulatoren 11 und 12 und der nicht modulierten
Spannung des Netzes 7 ergibt. Wie die Kurve 17 deutlich erkennen lässt, weist jeder Stromstoss im Modulationsmaximum eine starke Spitze auf. Diese Spitze kommt in Fortfall, d. h. die resultierende
Spannungskurve wird in ihrem Verlauf der Rechteckform angeglichen, wenn gemäss der Erfindung eine Modulation des speisenden Netzes 7 erfolgt. Dies geschieht durch den zusätzlichen Modulator 5.
Alsdann ergibt sich ein Verlauf der Amplituden der Schweissspannung, wie er durch die Kurve 18 der Fig. 8 dargestellt ist.
Durch alle diese erfindungsgemässen Schaltanordnungen kann man erreichen, dass die modulierte Schweissspannung verhältnismässig lange Zeit Null bleibt. In dieser Zeit kann nun mit der erfindungsgemässen Schaltvorrichtung, die in der Fig. 9 dargestellt ist, ein leistungsloses Ein-und Ausschalten des Schweissstromkreises vorgenommen werden, u. zw. in der Weise, dass beliebige Verhältnisse zwischen Schweisszeit und Schweisspause hergestellt werden können. Dadurch ist es möglich, auch die schwer schweissbaren Leichtmetall, beispielsweise Aluminium, zu verschweissen.
Die Fig. 9 zeigt das Schema einer aus einzelnen Schaltern zusammengesetzten und mit den Modulatorwellen gekuppelten Schaltvorrichtung, durch die beim Nahtschweissen beliebige Verhältnisse zwischen Schweisszeit und Schweisspause hergestellt werden können. Der obere Teil der Fig. 9 zeigt schematisch den Verlauf der Amplituden der Schweissspannung. Dabei sind die einzelnen zeitlich aufeinanderfolgenden Stromstoss fortlaufend mit 19, 20, 21, 22,23 usw. bis 30 bezeichnet. Der untere Teil der Fig. 9 zeigt die Abwicklung einer Sehaltwalze, die aus mehreren nebeneinander angeordneten Einzelschaltwalzen a bis A zusammengesetzt ist.
Die ausgezogenen Teile einer jeden Einzelschaltwalze stellen die Metallbeläge bzw. die eingeschaltete Zeit, die nicht ausgezogenen Teile die isolierende Zwischenschicht zwischen zwei Belägen bzw. die Zeitdauer der Ausschaltung dar. Die Schaltwalze ist mit den Modulatoren in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel derart über ein Getriebe gekuppelt, dass zwölf Modulationsperioden einer Schaltwalzenumdrehung entsprechen. Die einzelnen Teile der Schaltwalzen können in bestimmter Weise geschaltet werden, worüber im folgenden Näheres gesagt wird.
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Für die Herstellung verschiedener Verhältnisse von Sehweisszeit zu Schweisspause werden entweder eine der Einzelschaltwalzen a bis A oder mehrere in Parallel-und bzw. oder Hintereinanderschaltung verwendet. Für den Fall, dass nur die Einzelschaltwalze a in dem Schweissstromkreis eingeschaltet ist, wird ein Verhältnis von 2 : 2 erzielt, d. h. es sind immer zwei Spannungswellen eingeschaltet und zwei darauffolgende Spannungswellen ausgeschaltet. Das gleiche Verhältnis von Schweisszeit zu Schweisspause wird auch erreicht, falls die Einzelschaltwalzen b bis d einzeln den Schweissstrom- kreis steuern.
Für den Fall, dass die Einzelschaltwalze e oder t eingeschaltet ist, ergibt sich ein Verhältnis von 4 : 2, d. h. es sind immer vier aufeinanderfolgende Spannungswellen eingeschaltet und zwei darauffolgende abgeschaltet. Bei Verwendung der Einzelschaltwalze g oder h ergibt sich ein Verhältnis von 10 : 2.
Durch eine beliebige Kombination dieser Einzelschaltwalzen abis h, d. h. durch elektrische Parallelschaltung und bzw. oder Hintereinanderschaltung zweier oder mehrerer dieser Einzelschaltwalzen ergeben sich weitere Verhältnisse von Sehweisszeit zu Schweisspause. Wird die Walze a mit der Walze b parallelgeschaltet, so ergibt sich ein Verhältnis 3 : 1. Diese Schaltung sei mit A bezeichnet.
Bei der Schaltung B ist Schaltwalze c mit der Schaltwalze d parallelgeschaltet. Die Schaltung C ergibt
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in Reihe geschaltet wird. Mit D sei die Reihenschaltung der Schaltwalze e mit Schaltwalze f, mit E die Reihenschaltung der Walze a mit der Walze b verstanden.
Die Schaltung F ergibt sich aus der Reihenschaltung der Schaltung D und a. Die Schaltung G wird gebildet aus der Reihenschaltung von Walze a, b und der Schaltung D.
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Verhältnisse von Schweisszeit zu Schweisspause :
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<tb>
<tb> Verhältnisse
<tb> Bezeichnung <SEP> von <SEP> eingeschalteten
<tb> der <SEP> Schaltung <SEP> : <SEP> bchaitung <SEP> : <SEP> ausgeschalteten
<tb> Spannungsstössen <SEP> :
<tb> A <SEP> a <SEP> parallel <SEP> b <SEP> 3 <SEP> : <SEP> 1
<tb> - <SEP> B <SEP> c <SEP> parallele <SEP> 3 <SEP> : <SEP> 1
<tb> C <SEP> A <SEP> in <SEP> Reihe <SEP> mit <SEP> B <SEP> 1 <SEP> : <SEP> 1
<tb> D <SEP> e <SEP> in <SEP> Reihe <SEP> mit <SEP> t <SEP> 1 <SEP> : <SEP> 2
<tb> E <SEP> a <SEP> in <SEP> Reihe <SEP> mit <SEP> b <SEP> 1 <SEP> : <SEP> 3
<tb> F <SEP> D <SEP> in <SEP> Reihe <SEP> mit <SEP> C <SEP> 1 <SEP> :
<SEP> 5
<tb> G <SEP> Reihenschaltung
<tb> a, <SEP> b <SEP> mit <SEP> D <SEP> 1 <SEP> : <SEP> 11..
<tb>
Durch den synchronen Verlauf der Schaltwalze mit den Modulatoren und durch die Einstellung der Schaltwalze wird ermöglicht, dass das Schliessen des Schweissstromkreises bzw. das Öffnen desselben lediglich beim Verschwinden der Schweissspannung erfolgt.
Die erfindungsgemässe Anordnung ist aus dem Grunde für die Steuerung von Widerstands- schweissmaschinen mit einer der Modulatorschaltanordnungen besonders vorteilhaft, weil es sich im praktischen Betriebe gezeigt hat, dass besonders bei schnellem Lauf der Modulatoren ein genaues leistungsloses Schalten nicht möglich ist, wenn die Ein-bzw. Ausschaltzeit einer einzelnen Schaltwalze kleiner als zwei volle Modulationsperioden sein soll. Bei der neuen Anordnung ist kein Schalter kürzer als zwei Modulationsperioden ein-bzw. ausgeschaltet. Trotzdem lassen sich durch die beispielsweise angegebenen Schaltungen beliebige Verhältnisse von 1 : 1,1 : 2, 1 : 3 usw. einwandfrei herstellen.
Sollen nicht Nahtschweissungen, sondern einzelne Punktschweissungen zu beliebiger Zeit vorgenommen werden, so kann in Verbindung mit den Modulatorschaltanordnungen und gegebenenfalls auch mit der Schaltvorrichtung der Fig. 9 eine Steuerung verwendet werden, wie sie in der Fig. 10 dargestellt ist.
Die Schaltwalze 31 sitzt auf der Welle 32 und kann mit einer in der Zeichnung nicht dargestellten Welle der Modulatoren gekuppelt werden. Auf der gleichen Welle 32 sitzt weiterhin eine Exzenter-
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und nach einer bestimmten Zeit ebenfalls wieder beim Verschwinden der Schweissspannung geöffnet wird. Nach einer vollen Umdrehung wird die Schaltwalze wieder entkuppelt. Das Kuppeln und Ent- kuppeln der Schaltwalze mit einer der Modulatorwellen erfolgt durch eine Einumdrehungskupplung, die beispielsweise durch einen Elektromagneten 36 betätigt wird, der von dem Gleich-oder Wechselstromnetz 37 über die Schalter 38 und 39 und gegebenenfalls über den Hilfsschalter 40 gespeist wird.
Die Schalter 38 und 39 sind zweckmässig so ausgebildet, dass sie durch Druck betätigt werden, nach Aufhören des Druckes aber ohne Herstellen einer neuen Schaltung zurückgehen. Die Schalter sind weiter zueinander in Wechselschaltung angeordnet, so dass von jedem dieser Schalter der Stromkreis der Elektromagnete ein-bzw. ausgeschaltet werden kann. Der Schalter 38 wird durch die Exzenter-
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bzw. Nockenscheibe 33 bei einer Umdrehung der Schaltwalze 31 bzw. der Welle 32 betätigt. Der Schalter 39 dagegen wird durch die Hand bzw. durch den Fuss des die Schweissmaschine bedienenden Arbeiters gesteuert.
Der Schalter 39 kann mit dem Hilfsschalter 40 derart in Beziehung gebracht sein, dass beim Schliessen des Schalters 39 sich zunächst die Elektrode senkt und dass nach Erreichen eines bestimmten Elektrodendruckes der Hilfsschalter 40 geschlossen und somit der Elektromagnet 36 erregt wird.
Die Wirkungsweise der erfindungsgemässen Steuerung ist nun folgende :
Zunächst wird der Schalter 39 von Hand oder durch den Fuss des Arbeiters betätigt. Da er gemäss der Erfindung mit dem Betätigungsorgan für die bewegliche Elektrode mechanisch gekuppelt sein kann, senkt sich beispielsweise die obere bewegliche Elektrode der Punktschweissmaschine, und nach Erreichen eines bestimmten einstellbaren Elektrodendruckes wird der Hilfsschalter 40 geschlossen. Der Elektromagnet 36 wird erregt und bewirkt die Kupplung der Schaltwalze 31 bzw. der Welle 32 mit einer der nicht gezeigten Modulatorwellen.
Die leitenden und nichtleitenden Beläge 81 und 35 der Schaltwalze : 31 sind derart angeordnet, dass nach einem bestimmten Teil einer Umdrehung der Walze der Schweissstromkreis durch die Schaltwalze geschlossen wird, u. zw. vorteilhaft gerade in dem Augenblick, in dem die Spannung an den Klemmen der Schweissmaschine Null ist. Nach Zurücklegen eines weiteren Weges öffnet die Sehaltwalze den Schweissstromkreis wieder. Unabhängig davon hat die Exzenter-bzw. Nockenscheibe 33 den Schalter 38 während der Drehung betätigt und damit den Stromkreis des Elektromagneten 36 geöffnet. Hiedurch erfolgt nun nach genau einer Umdrehung das Entkuppeln der Schaltwalze : 31. Diese wird damit stillgesetzt.
Es ist also durch die zu verschweissenden Werkstücke ein Strom von ganz bestimmter Dauer geleitet worden, da beispielsweise durch eine der bereits angegebenen Schaltungen und der bestimmte Verhältnisse zwischen Sehweisszeit und Schweisspause einzustellen gestattenden Schaltvorrichtung eine ganz bestimmte, vorher einstellbare Anzahl von Stromstössen eingeschaltet gewesen ist.
Für das Herstellen eines weiteren Schweisspunktes bedarf es nunmehr eines Loslassens und Wiederbetätigens des Hand- oder Fussschalters 39. In der soeben beschriebenen Art erfolgt dann wieder das Erregen und Entregen des Elektromagneten bzw. das damit verbundene Kuppeln und Entkuppeln der Schaltwalze.
In der Fig. 11 ist ein anderes Schaltschema für die Steuerung von Punktse hweissmasclúnell gezeigt, an deren Klemmen eine gemäss der Erfindung modulierte Spannung liegt.
Der Schweissstromkreis 41 wird durch Schliessen und Öffnen des Schalters 42 im Primärkreis des Sehweisstransformators 43 gesteuert. Das Schliessen und Wiederöffnen des Schalters 42 erfolgt durch das Schütz 44, das wiederum zur Herstellung eines Schweisspunktes durch Betätigung des Steuerschalters 45 zum Ansprechen gebracht wird. Zur Überwachung des für die Herstellung eines Schweiss- punktes erforderlichen Stromes, d. h. zur genauen Einhaltung der vorher eingestellten Grösse und der Zeitdauer des Stromes sind zwei mit den den Schweissstrom steuernden Modulatoren gekuppelte Hilfs- selialter 46 und 47 vorgesehen.
Der Hilfsschalter 46 schaltet kurzzeitig aus, während der Schalter 47 kurzzeitig Kontakt gibt. Das Schütz 44 ist ausserdem mit Hilfskontakten 48 und 49 versehen. Durch Schliessen der Hilfskontakte 48 erhält das Schütz über den Hilfsschalter 46 Selbsthaltung, bis der Hilfsschalter 46 kurzzeitig ausschaltet. Das ebenfalls mit Selbsthaltung ausgerüstete Relais 50 wird zum Ansprechen gebracht, wenn der Steuerschalter 45 geschlossen und die Hilfskontakte 49 überbrückt sind.
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Steuerschalter 45 zeitlich zu lange geschlossen bleibt und der Hilfssehalter 47 während dieser Zeit von neuem Kontakt gibt.
Die Wirkungsweise dieser Steuerschaltung zum Herstellen eines Schweisspunktes ist folgende :
Der beispielsweise als Fuss-oder Druckknopfschalter ausgebildete Steuerschalter 45 wird so lange eingeschaltet, bis der rotierende, mit den Modulatoren gekuppelte Hilfssehalter 47 kurzzeitig einschaltet. In diesem Augenblick spricht das Schütz 44 an und schliesst den Schalter 42 des Schweiss- stromkreises. Gleichzeitig werden beim Ansprechen des Schützes die Hilfskontakte 48 und 49 überbrückt. Für den Fall, dass in diesem Augenblick der Steuersehalter 4J noch geschlossengehalten wird, wird über die Hilfskontakte 49 das Relais 50 erregt und infolgedessen werden die Hilfskontakte 51
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eingeschaltet werden.
Für den Fall, dass der Schalter 45 sofort nach Ansprechen des Sehützes 44 wieder geöffnet wird, ist zwar das Relais 50 spannungslos, d. Ii. die Kontakte 51 geschlossen. Das Schütz kann aber nicht von neuem eingeschaltet werden, da es sich, falls einmal eingeschaltet, über die Kontakte 48 und den Hilfssehalter 46 selbst hält. Erst das kurzzeitige Ausschalten des Hilfsschalters 46 macht ein Wiedereinschalten des Schützes möglich.
Da es sich um rotierende, mit den Modulatoren gekuppelte Hilfssehalter handelt, wiederholt sich das kurzzeitige Ein-bzw. Ausschalten dieser Schalter im Takte eines durch die Art der Kupplung
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und die Einstellung der Hilfssehalter gegebenen Zeitverhältnisses. In der Fig. 12 ist dargestellt, dass das Einschalten des Schweissstromes leistungslos erfolgt und dass für die Herstellung eines Schweiss- punktes lediglich eine Spannungswelle eingeschaltet ist. Natürlich können die mit den Modulatoren gekuppelten Hilfsschalter auch so eingestellt sein, dass zwei oder mehrere Spannungswellen bei jedesmaligem Drücken des Steuerschalters unabhängig von der Betätigung desselben eingeschaltet sind.
Mit jedesmaligem Drücken des Steuerschalters wird also unabhängig von dem Zeitpunkt des Wieder- öffnens des Schalters ein Strom von gleicher Grösse und Zeitdauer durch die zu verschweissenden Werkstücke geleitet. Dabei ist der Strom, falls während mehrerer Spannungsstösse eingeschaltet ist, aus mehreren aufeinanderfolgenden Stromstössen zusammengesetzt, deren Zeitdauer mit Hilfe der Drehzahlen der Modulatoren eindeutig festgelegt werden kann.
Die Fig. 13 zeigt die Anwendung der erfindungsgemässen Modulatorschaltanordnungen bei mechanisch betätigten Punktschweissmaschinen.
Die bewegliche Elektrode 53 einer Punktschweissmaschine kann sich in der Führung 54 auf und ab bewegen. An dem oberen Teil der Elektrode 53 ist der Schenkel 55 des Kniehebels 56 angelenkt. Der andere Schenkel 57 des Kniehebels 56 ist mit einem federnden Widerlager, beispielsweise mit einer Feder 58 gelenkig verbunden. Im Scheitelpunkt 59 des Kniehebels 56 ist eine Stange 60 gelagert, die anderseits mit der Kurbel 61 verbunden ist und bei Drehung der Kurbel 61 eine hin-und hergehende Bewegung erfährt. Die Kurbel 61 ist beispielsweise auf der Welle des Motors 62 befestigt, der als Antrieb für die beiden Modulatoren 63 dient.
Durch die Hin-und Herbewegung der Stange 60 wird über den Kniehebel 56 eine Auf-und Abwärtsbewegung der Elektrode 53 erzeugt. Die Kurbel 61 ist nun derart ausgebildet, dass sowohl das Aufsetzen der Elektrode auf das Werkstück als auch das Abheben derselben von dem Werkstück in dem Augenblick erfolgt, an dem die mit Hilfe der beiden Modulatoren 63 erzeugte modulierte Spannung an den Elektroden der Schweissmaschine Null bzw. annähernd Null ist.
Für die erfindungsgemässe Steuerung der Punktelektrode, d. h. für die Kupplung ihrer Bewegung mit den Modulatoren ist es nicht erforderlich, dass beispielsweise die Kurbel 61 auf der Welle des Antriebsmotors 62 für die Modulatoren 63 befestigt ist. Es sind vielmehr auch die Ausführungsarten möglich, bei denen z. B. die Kurbel auf der Rotorwelle eines der Modulatoren sitzt. Desgleichen kann die
Kurbel 61 auch über ein starres Getriebe mit entsprechender Übersetzung von dem Antriebsmotor 62 selbst oder von den Modulatoren 63 angetrieben werden..
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Schaltanordnung für elektrische Widerstandspunkt-oder-nahtschweissmaschinen zum Verschweissen von Aluminium und sonstigen schwer schweissbaren Metallen unter Benutzung von zwei starr gekuppelten Modulatoren, dadurch gekennzeichnet, dass die Modulatoren bei verschiedener Modulationsfrequenz und-höhe so elektrisch geschaltet und derart mechanisch gekuppelt sind, dass der eine Modulator die der Netzspannung entgegengesetzte Spannungsspitze des andern, d. h. sein Modulationsmaximum während. der Zeit, in der die aus Netzspannung und Mddulatorspannung resultierenden Spannungen kleiner als die Netzspannung sind, so abflacht, dass der Augenblickswert der Spannung längere Zeit als bei der Grundspannung Null oder nahezu Null bleibt.