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Vorrichtung zum Befestigen eines Endes eines Stiftes, Bolzens od. dgl. an einem Metallwerkstück durch elektrisches
Lichtbogenschweissen
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Befestigen eines Endes eines Stiftes, Bolzens od. dgl. an einem Metallwerkstück durch elektrisches Lichtbogenschweissen, bei dem der Schweissvorgang über einen ringförmigen, auf dem Werkstück aufruhenden und mit dem Stift oder Bolzen zusammenarbeitenden, schlackenbildenden Körper eingeleitet wird und nach einer bestimmten Brenndauer des Bogens der Bolzen durch diesen Körper hindurch in Richtung des Werkstückes bewegt wird, wobei ein in
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bewegen und des weiteren eine Vorrichtung vorgesehen ist, um den Halter zeitweilig im Abstand vom Werkstück festzuhalten und auch eine einstellbare Dosiervorrichtung für die Festhaltezeit vorhanden ist.
Bei einer Befestigungsvorrichtung dieser Art bestimmt die Erweichungsdauer des schlackenbildenden Körpers die Zeit, während welcher der Bogen brennt. Angesichts der Tatsache, dass diese Dauer beim Schweissen von verschiedenen Bolzen nacheinander nicht immer die gleiche sein wird, ist die Dauer des Bogens und dadurch die Qualität der gebildeten Schweissstelle nicht immer die gleiche, was nachteilig empfunden werden kann.
Die Erfindung beabsichtigt, diesen Nachteil zu beheben.
Erfindungsgemäss ist die Dosiervorrichtung ein Zeitrelais, das in den Bogenstromkreis geschaltet ist und auf Strom- oder Spannungsänderungen beim Entstehen des Bogens anspricht.
In dieser Weise ist die Dauer des Bogenbrennens nur durch die Zeitdosiervorrichtung bestimmt.
Eine mögliche Ausführungsform der erfindungsgemässen Vorrichtung wird an Hand der Zeichnung näher erläutert.
Fig. 1 ist ein schematischer Längsschnitt durch eine Bolzenschweisspistole, Fig. 2 eine graphische Darstellung des Verlaufes der Spannung, der Stromstärke und der Verschiebung des Stiftes während des Schweissvorganges und die Fig. 3 und 4 sind Schaltbilder.
Die Pistole nach Fig. 1 hat einen Griff 1, durch den ein Stromkabel 2 und die nicht dargestellten Steuerleitungen hindurchgeführt sind.
In diesem- Griff 1 befindet sich auch ein Schalter 3, der mittels eines Knopfes 4 betätigbar ist. Mittels dieses Schalters ist ein nicht dargestellter magnetischer Schalter betätigbar, der gleichzeitig den Schweissstrom einschaltet und eine Spule 5 im Kopf 6 der Pistole erregt.
Die Spule 5 hat einen durchbohrten Weicheisenkern. Dieser besteht aus zwei Teilen, nämlich einem festen Teil 7 und einem beweglichen Teil 8. Der bewegliche Teil 8 des Eisenkernes ist flexibel, z. B. durch biegsame Glieder 9, mit kegelförmigen Klemmsegmenten 10 verbunden, die sich in einer kegelförmigen Kammer 11 befinden.
Wenn die Spule 5 nicht erregt ist, werden die Kernteile 7 und 8 durch Federn 12 auseinander gedrückt, wodurch die Klemmsegmente 10 frei in der Kammer 11 liegen. Dabei kann eine verschiebbare Buchse 13, die durch die Klemmsegmente 10 hindurchgeführt ist, unbehindert auf-und abbewegt wer-
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Die Buchse 13 ist in Lagern 14 und 15 geführt und trägt am unteren Ende einen Halter 16 für einen an ein Werkstück 17 anzuschweissenden Bolzen 18.
Zwischen dem Ende des Bolzens 18 und dem Werkstück 17 wird ein ringförmiger, schlackenbildender Körper 19 angeordnet.
Die Pistole ruht mit Stützen 20 auf dem Werkstück. An der Buchse 13 ist ein Flansch 21 befestigt, auf den eine Feder 22 einwirkt, die bestrebt ist, die Buchse 13 mit dem Halter 16 in Richtung des Werkstückes 17 zu bewegen.
Wenn die Spule 5 erregt wird, ziehen die Kernteile 7 und 8 einander an. Die Segmente 10 werden längs der kegelförmigen Wand der Kammer 11 emporgezogen. Infolgedessen wird die Buchse 13 festgeklemmt und somit der Stift 18 im Abstand vom Werkstück gehalten.
Die Buchse 13 ist um eine Strecke a angehoben, die der Höhe des Körpers 19 entspricht, gegebenenfalls zuzüglich eines bestimmten Masses, das als Vorsprung bezeichnet wird und einem Abstand entspricht, auf dem der Bolzen in das Werkstück 17 eindringen kann, wenn dieses an dieser Stelle flüssig ist, was bei der Bildung des Schmelzbades erfolgt.
Unter der Einwirkung der Bogenwärme zerfällt der Körper 19, jedoch erst dann, wenn die Festhaltevorrichtung, d. h. die Klemmvorrichtung 10, ausser Betrieb gesetzt worden ist, kann die Buchse 13 sich unter der Einwirkung der Feder 22 um die Strecke a verschieben. Dabei wird der Bolzen 18 in das Schmelzbad gedrückt.
Fig. 2 zeigt drei Diagramme übereinander. Die Abszisse deutet die Zeit an.
Die obere Linie V zeigt den Verlauf der sekundären Schweissspannung V in bezug auf die Zeit. Die mittlere Linie 1 zeigt die Beziehung zwischen dem Strom 1 und der Zeit.
Die untere Linie W stellt die Verschiebung des Bolzens 18 als Funktion der Zeit dar.
Bei A wird-der Strom eingeschaltet. Die Festhaltevorrichtung wird in der Regel auch in diesem Zeitpunkt in Betrieb gesetzt, obgleich dies auch einen Augenblick später erfolgen kann, jedoch jedenfalls bevor der schlackenbildende Körper 19 zu zerfallen anfängt.
Der Abstand A-B stellt die sogenannte Startzeit dar. Die Leerlaufspannung Vo bleibt in dieser Zeit nahezu konstant. Der Strom Io wächst langsam.
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zündet der Bogen. Dabei weist der Strom eine Änderung, u. zw. eine Zunahme auf IB auf, während die Spannung auf VB absinkt. Bei C ist die Bogenzeit verstrichen. Dann sinkt der Bolzen eine Strecke a in das Schmelzbad ein. Der Schweisskreis ist dann kurzgeschlossen und die Spannung fällt auf VK ab. Bei D hört der Schweissvorgang auf.
Gemäss einem wichtigen Merkmal der Erfindung wird die Zeit B-C, d. h. die Bogenzeit bzw. die restliche Festhaltezeit des Bolzens 18 vom Punkt B an, durch einen Zeitschalter dosiert.
Zu diesem Zweck findet die in B auftretende Änderung des Stromes oder die in diesem Zeitpunkt auftretende Abnahme der Spannung Verwendung.
Ersteres erfolgt bei der Anwendung der Schaltungsanordnung nach Fig. 3, das zweite bei der Anwendung der Schaltungsanordnung nach Fig. 4.
Das Schalten in Abhängigkeit von der Spannung erweist sich als universeller, weil für Körper 19 verschiedener Grösse der Wert von VB nahezu der gleiche ist, während der Wert von B von der Stromeinstellung abhängig ist, die für Schweisspatronen verschiedener Grösse veränderlich ist.
In beiden Schaltungsanordnungen nach Fig. 3 und 4 bezeichnet 23 einen Schweisstransformator, 24 einen magnetischen Schalter, 25 ein für eine niedrige Steuerspannung geeignetes Hilfsrelais, 26 einen Gleichrichter, 5 die Sperrspule in der Pistole (siehe Fig. 1) und 3 den Druckschalter In der Schweisspistole.
Fig. 3 zeigt weiters einen Hilfstransformator 27 für die niedrige Steuerspannung, einen Hilfstransformator 28 zum Speisen der Sperrspule 5, ein Zeitrelais 29 und einen Stromtransformator 30 für dieses Relais.
In beiden Schaltbildern ist die Schaltpistole selbst fortgelassen. Nur die Spule 5 und der Steuerschalter 3 sind angegeben.
Der Bolzen 18 ist um eine Strecke a gegen den Druck der Feder 22 angehoben.
Die Schaltung ist derart, dass durch Betätigung des Schalters 3, d. h. durch Eindrücken des Knopfes 4 an der Pistole, die Spule des Schalters 24 durch das Relais 25 erregt wird. Infolgedessen wird dem Transformator 23 Strom durch die Leitungen 31 und 32 zugeführt und der Schweisskreis 33, 34, 18, 19, 17, 35 geschlossen. Auch wird über den geschlossenen Kontakt 36 des noch nicht erregten Zeitrelais 29 der Transformator 28 eingeschaltet, so dass über den Gleichrichter 26 die Spule 5 erregt und somit die Festhaltevorrichtung 10 für den Bolzen betätigt wird. Der Bolzen 18 kann nunmehr nicht herabsinken.
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In dem Augenblick, in dem der Bogen zündet, ergibt sich im Schweisskreis 33, 34, 18,19, 17,35 eine Stromänderung, wodurch der Stromtransformator 30 das Zeitrelais 29 erregt. Dieses schaltet nach einer eingestellten Zeit (B - C in Fig. 2) den Transformator 28 mittels des Kontaktes 36 aus, wodurch die Spule 5 spannungslos und der Bolzen losgelassen wird. Dieser kann dann in das Schmelzbad hineinsinken.
Dann wird der Schalter 3 losgelassen und die Pistole vom angeschweissten Bolzen 18 abgenommen.
In der Schaltungsanordnung nach Fig. 4 findet man weiter : einen Hilfstransformator 36 für die niedrige Steuerspannung und auch für die Speisung der Sperrspule 5, einen Gleichrichter 37, Widerstände 38 und 39, ein spannungsempfindliches Relais 40 und ein sehr schematisch dargestelltes elektronisches Zeitrelais 41. Die Speisespannung muss dann an die Anschlüsse 42 und 43 angelegt werden. Einige Kontakte sind mit 44 und 45 bezeichnet.
Im dargestellten Zustand ist das Relais 40 unerregt. Die Kontakte 44 und 45 des Zeitrelais 41 sind unmittelbar miteinander verbunden, so dass das Relais 41 erregt ist.
Wenn der Schalter 3 jetzt geschlossen wird, wird ähnlich wie bei der Anordnung nach Fig. 3 der Schweisskreis 33,34, 18, 19,17, 35 geschlossen.
Die Sekundärleerlaufspannung des Schweisstransformators 23 schaltet über den Gleichrichter 37 und den Widerstand 39 (der Widerstand 38 ist kurzgeschlossen) das Relais 40 ein, wodurch die Kontakte 44 und 45 unterbrochen und das Zeitrelais 41 in die Nullage versetzt wird. Die Spule 5 wird über den Transformator 36 und den Gleichrichter 26 erregt. Auch wird im Kreis 37 - 40 noch der Widerstand 38 eingeschaltet.
Zündet jetzt der Bogen, so fällt die Leerlaufspannung auf der Sekundärseite 33 des Schweisstransformators erheblich ab, z. B. auf etwa 30 V (siehe Fig. 2). Die Widerstände 38 und 39 sind so bemessen, dass bei etwa 45 V das Relais 40 abfällt, wodurch die Kontakte 44 und 45 unmittelbar miteinander verbunden werden und das Zeitrelais 41 wirksam wird. Nach der eingestellten Zeit wird dann die Spule 5 spannungslos und der Widerstand 38 wiederum kurzgeschlossen. Der Schalter 3 wird losgelassen und elektrisch ist der Zustand jetzt wieder so, wie er in dem Schaltbild der Fig. 4 dargestellt ist.