Vorrichtung zur elektrischen Bogenschweissung, insbesondere für klein bemessene Werkstücke. Es sind bereits wechselstromgespeiste Ge räte zur elektrischen Bogenschweissung von klein bemessenen Werkstücken in Form von Handapparaten bekannt, bei denen der Schweissbogen zwischen dem Werkstück und einer bewegbaren Kohleelektrode (Schweiss elektrode) mittels einer Zündvorrichtung selbsttätig gezogen wird. Die Zündvorrich tung enthält ein auf elektrischem Wege ange triebenes Organ, das mit der Kohleelektrode gekuppelt ist, und zwar eine vom Schweiss wechselstrom erregte Spule und einen darin bewegbaren Anker. Bei dieser Vorrichtung wird die Kohleelektrode mittels eines Bedie nungsknopfes mit dem Finger durch Ver schiebung mit dem Werkstück in Berührung gebracht. In dem.
Augenblick, in dem die Kohle mit dem Schweissgut in Berührung kommt, beginnt der Schweissstrom zu fliessen. Da die ser Strom aber auch die vorhandene Magnet spule durchfliesst, wird die Schweisskohle für einen Augenblick von dem Schweissgut ent fernt und der Lichtbogen gezogen, wobei die Haut des stets in derselben Lage verbleiben den Fingers eingebeult wird. Wenn der Strom abnimmt und durch Null geht, wird die Kohle durch die Elastizität des Fingers wieder gegen das Schweissgut gedrückt. Die Kohle führt so mit eine erzwungene Schwingung aus. Dieses Gerät hat den Nachteil, dass die Bogenlänge vom Fingerdruck und von der Federkraft des auf dem Bedienungsknopf aufruhenden Fin- gerteils abhängig ist, so dass z. B. jemand mit einer harten Oberhaut eine andere Schweiss qualität als jemand mit einer weichen Haut, erhält.
Es wird einleuchten, dass eine reprodu- zierbare Schweissqualität bei Massenherstel lung durch derartige individuelle Unter schiede, die beim Bedienungspersonal immer auftreten, nicht erzielbar ist.
Ferner ist eine Bogenschweissvorrichtung mit schwingender Kohleelektrode bekannt, bei der letztere an einer stählernen Blattfeder be festigt ist, die beim Schliessen des Schweiss stromkreises über das Werkstück von einem Elektromagneten mit Wechselstromerregung derart in schwingende Bewegung versetzt wird, dass der Schweissbogen in jeder Halb periode der Wechselspannung aufs neue zwi schen dein Werkstoff und dieser Kohleelek trode gezogen wird. Dabei wird von der so genannten freien Schwingung Gebrauch ge macht, da die Eigenschwingungszahl der Blattfeder etwa 100 Perioden je Sekunde be trägt, so dass diese unter Wirkung der Erreger wechselspannung von 50 Hertz in Resonanz schwingt.
Es ist bekannt, dass eine solche Schwingung bereits von sehr geringen mecha nischen Kräften gedämpft bzw. vollständig unterdrückt wird. Infolge der Tatsache, dass entsprechend der relativen Steifheit das Werk stück einen solchen Einfluss ausüben kann, eignet sich der bekannte Apparat nur zur Sehweissung dünner Drähte mit einem Durch messer von praktisch höchstens<B>0,5</B> mm.
Man könnte, um diesem Nachteil entgegen zuwirken, die Erregung des Elektromagneten zwar verstärken und dann z. B. Drähte mit einem Durchmesser von 2 mm schweissen; aber in diesem Fall ist das Gerät nicht mehr zur Schweissung dünnerer Drähte ge eignet, weil durch die auftretende verringerte Dämpfung die Amplitude der Schweisselek trode viel zu gross werden würde, um noch eine hinreichende Schweisszeit je Halbperiode erreichen zu können.
Der Bogen wird ja stets in gleicher Höhe oberhalb des Werkstückes durch Ausziehen gelöscht, so dass bei einer grossen Amplitude der Schweisselektrode der Bogen während einer kürzeren Zeit als bei einer. kleineren Amplitude bestehenbleibt.
Die Erfindung ermöglicht, die Nachteile der genannten Geräte zu vermeiden, und be trifft eine Vorrichtung zur elektrischen Bogen schweissung, insbesondere für klein bemessene Werkstücke, bei der der Schweissbogen selbst tätig zwischen dem Werkstück und einer be wegbaren Schweisselektrode gezogen wird, die von einem beim Einsetzen eines elektrischen Stromes angetriebenen Organ bewegt wird, welche Vorrichtung sich dadurch auszeichnet, dass in der Vorrichtung Mittel vorhanden sind, die während des Betriebes durch eine in Abhängigkeit vom elektrischen Strom erzeugte Formänderung die Länge des gezogenen Schweissbogens selbsttätig bestimmen.
Eine besondere von Hand zu bedienende Vorrichtung ist damit nicht nötig, so dass man weniger von der grösseren oder geringeren Routine des Schweissers abhängig ist, wodurch bessere und reproduzierbare Schweissungen er zielbar sind. Das Gerät kann so gebaut werden, dass es eine sehr geringe Dämpfungsänderung aufweist, so dass Drähte sehr verschiedener Stärke schweissbar sind. Das Gerät ist dann in einem grossen Anwendungsgebiet brauchbar, was bei der Montage von Radiogeräten, Ver stärkern oder dergleichen sehr wichtig ist.
Weiter ist es möglich, das Gerät sowohl mit Wechselstrom als auch mit Gleichstrom zu speisen.. Falls eine durch Wechselstrom erzeugte schwingende Bewegung Anwendung findet, kann diese Schwingung mit der Speisewechsel spannung synchron sein.
Es ist vorteilhaft, ein Organ zu verwenden, das direkt vom Strom durchflossen wird, dabei seine Form ändert und dadurch die Länge des Bogens bestimmt.
In der beiliegenden Zeichnung sind Aus führungsbeispiele einer Bogenschweissvorrich tung nach der Erfindung schematisch darge stellt.
In Fig. 1 ist der Kopf eines Schweisskol bens für Wechselstromspeisung mit einem Solenoid im Längsschnitt dargestellt, in Fig. 2 ein Organ als Bimetallteil, in An sicht, und in Fig. 3 eine Vorrichtung mit Heizdrähten im Schaubild.
In Fig. 1 ist der Kopf eines Schweisskol bens für Wechselstromspeisung dargestellt, der ein Gehäuse 1, z. B. aus Aluminium, besitzt, das mit einem Mundstück 2 aus hitzebeständi- dem keramischem Stoff versehen ist, in dem mit nur sehr geringem Spielraum eine beweg bare Kohleelektrode 3 angeordnet ist. Letztere ist leicht austauschbar in einen mit einem Schlitz 4 ausgestatteten Elektrodenhalter 5 ge klemmt, der an einem Weicheisenkern 6 be festigt ist.
Der Kern ist am gesperrt gewunde nen Solenoid 7 befestigt, das am obern Ende mit einer Stellschraube 8 verbunden ist, die drehbar in dem mit Schraubengewinde ver- sehenen Körper 9 angeordnet ist., der einen Teil des Verschlusspfropfens 10 bildet.
Die eine Stromzaführungsleitung 11 ist mit dem Solenoid, die zweite, nicht darge stellte Leitung, mit dem Werkstück 12 ver bunden.
Mittels der Stellschraube 8 ist das Ende der Kohleelektrode 3 in richtiger Höhe in der vom Mundstück 2 gebildeten Flammkammer 13 einstellbar. Durch den geringen Spielraum der Kohleelektrode 3 im Mundstück 2 wirä ein seitliches Einbrennen der Kohleelektrode und eine seitliche Berührung mit dem Werk stück vermieden.
Bei dieser Ausführungsform mit einem unter elektrodynamischer Wirkung stehenden Organ besteht dieses aus dem Solenoid 7, das bekanntlich unter dem Einfluss der von einem durch seine Windungen fliessenden elektri schen Strom erzeugten elektrodynamischen Kräfte eine axial zusammenziehende Bewegung ausführt, die der am freien Ende des Solenoids befestigten Schweisselektrode 3 aufgezwungen wird.
Zur Verstärkung der auf diese wirkenden Triebkräfte ist ein an der Schweisselektrode befestigter Kern 6 aus Magnetmaterial, z. B. aus Weicheisen, vorhanden, der sieh zum Teil im Innenraum des Solenoids 7 erstreckt. Diese Anordnung ergibt eine Verstärkung des Ma- gT.etfeldes; ausserdem wird der Kern von den elektromagnetischen Kräften soviel wie mög lich in die Spule 7 gezogen. Der Solenoid hat weiter den besonderen Vorteil, dass bei der Speisung mit Wechsel strom die Bemessung des Solenoids derart sein kann, dass dieses unter dem Einfluss des Wech selstroms in schwingende Bewegung versetzt wird, wobei der Schweissbogen in jeder Halb periode der Schweisswechselspannung gezogen wird.
Diese Bauart ist in dieser Beziehung so mit mit dem Schweissgerät. mit frei schwingen der Elektrode vergleichbar. In Fig. 1 sind aber die Verhältnisse so gewählt, dass die Elektrode, die in jeder Halbperiode zweimal mit dem Werkstück in Berührung kommt, nämlich das erste Mal zur Einleitung des Schweissbogens und das zweite Mal bei seiner Löschung, mit einer derartigen Amplitude schwingt, dass der Bogen innerhalb dieser Halbperiode nicht löscht. Die Löschung ist also eine Folge der Rückkehr der Elektrode auf das Werkstück.
Bei der vorgeschilderten 'bekannten Art, bei der von einer sieh in Re sonanzzustand befindlichen Blattfeder Ge brauch gemacht wird, ist die Dauer des Schweissbogens in jeder Halbperiode der Wech selspannung kürzer, da die Löschung eine Folge der verhältnismässig grossen Amplitude der Blattfeder mit an ihr befestigter Schweiss elektrode ist, wodurch die Bogenlänge derart zunimmt, dass der Bogen ausgezogen wird. Das Solenoid kann parallel zum Schweiss bogen oder in Reihe zu diesem an den Trans formator angeschlossen werden.
Ein Ziehen des Bogens ist trotz des über die Elektroden 12- kurzgeschlossenen Solenoids dadurch möglich, dass der Spannungsabfall über die Elektroden immer noch so gross sein kann, dass der Strom durch das parallelgeschaltete Solenoid wegen dessen geringen Widerstandes gross genug ist, um das Solenoid zum Ansprechen zu bringen.
Zweckmässig wird aber die Reihenschaltung verwendet, weil in diesem Fall nur der Schweiss strom durch das Solenoid fliesst, während bei Parallelschaltung nicht nur der Schweissstrom durch die Elektroden, sondern auch ein zu sätzlicher Strom durch das parallelgeschaltete Solenoid fliesst, so dass der Totalstrom höher sein wird als bei Reihenschaltung. Ein weiterer Vorteil der Reihenschaltung besteht darin, dass die auftretenden elektrodynamischen Kräfte bei wachsender Stromstärke proportional zu nehmen, so dass praktisch keine Gefahr be steht, dass die Schweisselektrode am Werkstück festklebt, da das Solenoid dann vom Kurz schlussstrom durchflossen wird.
Beim Entwurf der Vorrichtung mit So lenoid soll aber der Grösse des Kurzschluss- stroms des Schweisstransformators Rechnung getragen werden, der bei der bereits gewählten Bemessung des Solenoids so gross sein muss, dass das Abziehen der Schweisselektrode von dem Werkstück gesichert ist. Durch Verwen dung einer Kohleelektrode von nicht zu grosser Länge wird dies begünstigt, denn der Strom im Solenoid ist am grössten, wenn die Im pedanz des Schweissstromkreises am niedrig sten ist, also wenn die Länge des Kohlestabes (.grosser spezifischer Widerstand) klein gehal ten wird.
Ferner wird eine günstige Regelwirkung erzielt; während des Ziehens des Bogens nimmt die Bogenlänge immer mehr zu und die Stromstärke dementsprechend immer mehr ab. Infolgedessen nehmen auch die elektrodynami schen Kräfte ab, wodurch der Anforderung entsprochen wird, dass schliesslich bei maxima ler Bogenlänge die Federkraft des Solenoids überwiegen soll, um die Schweisselektrode in. derjenigen Halbperiode der Schweissspannung, in der auch die Einleitung des Bogens statt gefunden hat, wieder mit dem Werkstück in Berührung zu bringen, wodurch der Bogen verschwindet.
Eine günstige Bemessung des Solenoids wird erzielt, wenn seine Eigenfrequenz mehr als zweimal grösser ist als die Frequenz der Speisespannung; da hierdurch vermieden werden kann, dass die Amplitude der Schweisselektrode zu gross wird. Bei der nor malen Netzfrequenz von 50 Perioden je Se kunde hat sich die Verwendung einer Eigen frequenz des schwingenden Systems von etwa 250 bis 350 Per./Sek. als sehr zweckmässig er wiesen.
Die mit der beschriebenen Vorrichtung in Form eines kleinen Handapparates erhal tene Bogenlänge ist von der Grössenordnung von 0,1 mm.
In Fig. 2 ist im Prinzip die Verwendung eines Organes 14, das einen S-förmigen Bi metallteil bildet, dargestellt. Das eine Ende 15 ist an einem feststehenden Punkt, z. B. am Gehäuse des Schweissgerätes, und an einem der Stromzuführungsdrähte 16 befestigt, während das andere Ende den Elektroden halter 17 trägt.
Durch Erhitzung beim Durchgang des Schweissstroms erleiden die beiden Hälften des Organes 14 eine Formänderung und wer den in Richtung der Pfeile zusammengezogen, wodurch der Schweissbogen entsteht. Nach der Schweissung wird der Kolben mit der Hand vom Werkstück entfernt, so dass der Bogen erlischt. Die Elektrode erhält beim Einschalten durch das auf thermoelektrischem Wege angetriebene Organ 14 eine erzwun gene Bewegung; und das letztere bestimmt in Abhängigkeit vom elektrischen Schweissstrom selbsttätig die Länge des gezogenen Schweiss bogens.
Infolge der thermischen Trägheit wird das Bimetallorgan bei Wechselstromspeisung nicht in. Schwingung versetzt wie bei Ver wendung eines Solenoids, so dass der Bogen nicht in jeder Halbperiode aufs neue, son- dern nur einmal gezogen wird. Eine ähnliche Wirkung wird bei Verwen dung eines Heizdrahtes erzielt, wie in Fig. 3 dargestellt ist.
Die Schweisselektrode 18 ist mittels des Elektrodenhalters 19 über ein Verbindungs stück 20 an einem umgekehrten U-förmigen Körper 21 befestigt. Eine Feder 22 bewirkt einen Aufwärtsdruck in Richtung des Pfeils 23. Hierdurch werden die zwei mit 24 bezeich neten Heizdrähte gespannt gehalten, da sie einerseits mit dem Körper 21 und anderseits mit dem U-förmigen Körper 25 verbunden sind, der mittels der Bolzenlöcher 26 an einem festen Punkt des Gehäuses 27 befestigt ist. Der eine Stromzuführungsdraht ist mit dem Körper 25 in leitender Verbindung. Es könnte auch nur ein Heizdraht 24 vorhanden sein.
Beim Stromdurchgang nimmt die Länge der Heizdrähte 24 zu, wodurch sich die vom Teil 20 in erzwungener Bewegung angetrie bene Schweisselektrode 18 in Richtung des Pfeils 23 bewegt und auf diese Weise den Schweissbogen selbsttätig zieht.
In den letztgenannten beiden Fällen wird der Bogen, auch bei Wechselstromspeisung, infolge der thermischen Trägheit für die ganze Dauer der Anzahl Perioden des Schweissstroms für jede Schweissung nur ein mal gezogen.
Die beschriebenen Vorrichtungen werden vorzugsweise in Form eines Schweisseisens verwendet, bei dem der Kopf unter einem Winkel, zweckmässig senkrecht oder nahezu senkrecht zum langgestreckten Handgriff an geordnet ist, da sich die beschriebenen Zünd vorrichtungen durch ihre gedrängte Form ganz besonders dazu eignen, als austauschbare Einheit mit der Schweisselektrode in den Kopf eingebaut zu werden.