Verfahren und Gerät zum elektrischen Widerstands-Stumpfschweissen Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und auf ein Gerät zum elektrischen Widerstands-Stumpf schweissen und insbesondere zum endweisen Ver schweissen von zwei Drähten oder Verschweissen eines Drahtendes mit einem Teil von grösserem Quer schnitt.
Ziel der Erfindung ist: die Schaffung eines Schweissverfahrens, mit dem sehr zufriedenstellende Schweissverbindungen mit ver hältnismässig niedrigen Spannungen und geringem Energiebedarf erzielt werden können, die Schaffung eines elektrischen Schweissgerätes, das sicherer und einfacher, von geringerem Gewicht sowie billiger und wirksamer als die bisher im Handel befindlichen Schweissgeräte ist.
Das Verfahren zum elektrischen Widerstands- Stumpfschweissen umfasst die folgenden Verfahrens stufen: Vorbereiten der Oberflächen der miteinander zu verschweissenden Teile, so dass sie zueinander im wesentlichen parallele, in Abstand voneinander ste hende Schweissflächen erhalten, elektrisch leitendes Verbinden der zu verschweissenden Teile mit je einer Seite eines aufgeladenen Kondensators und Bewegen der zu verschweissenden Teile aufeinander zu, bis sich die Flächen dieser Teile berühren, und ist dadurch gekennzeichnet, dass zumindest einer der zu ver schweissenden Teile vor dem Verschweissen auf gerauht wird, so dass beim ersten gegenseitigen Be rühren der Teile punktweiser Kontakt entsteht,
und dass die elektrische Verbindung der zu verschweissen den Teile mit dem Kondensator über praktisch in duktanzfreie Leiter erfolgt, wobei der Kondensator für diesen Zweck zuvor auf eine Spannung bis höch stens 450 Volt aufgeladen wird.
Das Gerät zur Durchführung dieses Verfahrens ist mit wenigstens einem Halter zum Halten eines der miteinander zu verschweissenden Teile ausgerüstet, wobei der Halter beweglich ist, und Mitteln, um die Halter in Richtung aufeinander zu zu bewegen, und Mitteln zum Laden des Kondensators, und ist dadurch gekennzeichnet, dass zum Entladen des Kondensators über die zum Verschweissen zusammenstossenden Teile praktisch induktanzfreie Leiter vorgesehen sind, um je einen Pol des Kondensators mit je einem der zu verschweissenden Teile zu verbinden.
In Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen werden bevorzugte Ausführungsformen der Erfin dungsgegenstände beschrieben, und zwar zeigen: Fig. 1 eine Draufsicht eines Schweissgerätes, Fig. 2 einen Längsschnitt nach der Linie 2-2 der Fig. 1, Fig. 3 einen Querschnitt nach der Linie 3-3 der Fig. 1, Fig.
4 in schematischer und schaubildlicher Dar stellung eine der Einspannklemmen zum Halten des zu verschweissenden Drahtes in ihrer Offenstellung, Fig. 5 ein Schaltbild der elektrischen Einrichtung des Schweissgerätes, Fig. 6 in schematischer Darstellung und in ver grössertem Massstab Endteile von zwei miteinander zu verschweissenden Drähten, Fig. 7 in vergrössertem Massstab eine Endansicht eines der Drähte, gesehen nach der Linie 7-7 der Fig. 6, Fig. 8 einen Teil im Schnitt nach der Linie 8-8 der Fig. 7,
Fig. 9 und 10 Teilansichten, welche das Stumpf schweissen eines dünneren Drahtes mit einem dickeren Draht bzw. mit einem Stab darstellen, Fig. 11 eine Draufsicht einer anderen Ausfüh rungsform der Erfindung zum Verschweissen eines dünnen Drahtes mit einem grösseren Teil, wie in Fig. 9 und 10 dargestellt, Fig. 12 einen Längsschnitt nach der Linie 12-12 der Fig. 1.
<I>Das Schweissgerät</I> Bei dem in Fig. 1 bis 4 beispielsweise dargestellten Schweissgerät werden die miteinander an ihren Enden zu verschweissenden Drähte 1 und 2 je durch eine feststehende Einspannklemme 3 bzw. durch eine be wegliche Einspannklemme 4, welche beide auf einer Grundplatte 5 angeordnet sind, gehalten. Jede dieser Einspannklemmen weist eine untere Backe 7, 8, die auf einem Isolierblock 9, 10 angeordnet ist, sowie eine obere Backe 11, 12 auf, welche an der unteren Backe durch ein Scharnier 13, 14 angelenkt ist. Die Oberseite jeder der unteren Backen 7, 8 ist vorzugs weise mit einer oder mehreren Querrillen 15, wie in Fig. 4 gezeigt, versehen, derart, dass sich die Rillen der beiden Einspannklemmen miteinander in gleicher Flucht befinden.
Wenn Drähte von verschiedener Dicke miteinander verschweisst werden sollen, sind vorzugsweise Rillen 15 von verschiedener Grösse zur Aufnahme der jeweiligen Drähte vorgesehen. Die obere Backe jeder Einspannklemme ist aus der in Fig. 4 gezeigten Offenstellung in die in Fig. 1, 2 und 3 gezeigte Schliessstellung schwenkbar und wird in der Schliessstellung durch eine schnell bedienbare Verriegelungsvorrichtung 17 (Fig. 4), 18 (Fig. 1) ge halten, welche, wie gezeigt, ein segmentförmiges Ver riegelungselement 19, 20 aufweist, das mit Hilfe eines Handgriffes 21, 22 um einen von der unteren Backe 7, 8 benachbart dem dem Scharnier 13, 14 ent gegengesetzten Ende nach oben stehenden Schwenk zapfen 23, 24 schwenkbar ist.
Das segmentförmige Verriegelungselement 19, 20 trägt auf seiner Unter seite einen nach unten abstehenden Vorsprung bzw. eine Kugel 25, welche auf eine Schrägfläche 27, 28 drückt, die an der Oberseite der oberen Backe 11, 12 an dem dem Scharnier entgegengesetzten Ende vorgesehen ist. Der zu verschweissende Draht wird in eine Rille 15 der unteren Backe eingelegt und die obere Backe 11 in der durch den Pfeil 29 (Fig. 4) an gegebenen Richtung in ihre Schliessstellung ver- schwenkt, in welcher sie auf der unteren Backe 7 aufliege und den Draht hält.
Hierauf wird der Hand griff 22 in der durch den Pfeil 30 angegebenen Rich tung verschwenkt, so dass die Kugel 25 am ver- schwenkbaren Verriegelungselement 19 an der Schrägfläche 27 zum Angriff kommt, wodurch die obere Backe nach unten gedrückt und der Draht fest zwischen den beiden Backen eingespannt wird.
Der die Einspannklemme 3 tragende Isolierblock 9 ist auf der Grundplatte 5 in fester Stellung angeord net, während die Einspannklemme 4 zur Bewegung auf die feste Einspannklemme 3 zu bzw. von dieser weg angeordnet ist. Wie in Fig. 1, 2 und 3 gezeigt, erstreckt sich eine Achse 32 durch Buchsen 33, 34 in in Flucht miteinander befindlichen Bohrungen in den Isolierblöcken 9 und 10 der Einspannklemmen. Der Isolierblock 10 der beweglichen Einspannklemme 4 ist auf der Grundplatte 5 gleitbar und durch einen Stift 35 am Teil 32 befestigt, der durch die Buchse 33 im Isolierblock 9- und durch eine Hülse 36 axial gleitbar gelagert ist, welche mit einem Aussengewinde versehen und in eine Gewindebohrung in einem La gerbock 37 eingeschraubt ist, der auf der Grundplatte 5 durch Bolzen 38 befestigt ist.
Eine zwischen dem Isolierblock 10 und dem inneren Ende der Gewinde hülse 36 wirkende Druckfeder 39 hat das Be streben, die Einspannklemme 4 in Richtung zur festen Einspannklemme 3 zu drücken. Die durch die Feder 39 ausgeübte Kraft kann dadurch eingestellt werden, dass die Gewindehülse 36 weiter in den Bock 37 eingeschraubt bzw. aus diesem weiter herausge schraubt wird, für welchen Zweck die Hülse vorzugs weise mit einem geeigneten Griff oder einem Schlüs selansatzende 40 versehen ist. Die Feder 39 ist durch Buchsen 41 geführt, die im Axialschnitt !- förmig sind und an der die Enden der Feder an liegen.
Die Einspannklemme 4 ist durch die Feder 39 aus einer gespannten Stellung, in welcher die Ein spannklemmen 3 und 4 sich voneinander in Abstand befinden und die Enden der durch die Einspannklem men gehaltenen beiden Drähte ebenfalls in Abstand voneinander gehalten werden, wie in Fig. 1 und 2 dargestellt, in eine Freigabestellung beweglich, in welcher sich die Enden der beiden Drähte berühren. Die Einspannklemme 4 wird durch eine Sperrnase 43 lösbar in ihrer gespannten Stellung gehalten, die sich durch eine Öffnung in der Grundplatte 5 erstreckt und sich in ihrer Sperrstellung zwischen den Isolier- blöcken 9 und 10 der beiden Einspannklemmen be findet, wodurch diese in Abstand voneinander gehal ten werden.
Von der Sperrnase 43 erstreckt sich durch eine Öffnung in einem U-förmigen Bügel 45 ein Stift 44 nach aussen, der an seinem äusseren Ende mit einem Gewinde versehen ist. Zwischen dem Bügel 45 und einem Bund 43' an der Sperrnase 43 wirkt eine Druckfeder 46, durch welche die Sperrnase in ihre innere oder Sperrstellung gedrückt wird. Die Sperr nase ist zur Freigabe der beweglichen Einspann klemme mit Hilfe eines Auslösehebels 47 (Fig. 3) zurückziehbar, der an einem an der Grundplatte 5 befestigten Arm 48 angelenkt ist, dessen eines Ende mit dem Sperrnasenstift 44 durch eine Unterleg scheibe 49 und Muttern 50 verbunden ist.
Durch eine Bewegung des äusseren Endes des Auslösehebels 47 in Richtung des Pfeils 51 wird die Sperrnase 43 zu rückgezogen, wodurch die Einspannklemme 4 zur Be wegung in Richtung zur Einspannklemme 3 unter der Wirkung der Feder 39 freigegeben wird. Wenn die Einspannklemme 4 nachfolgend entgegen der Kraft der Feder 39 zurückgezogen wird, springt die Sperr nase 43 nach innen in ihre Sperrstellung, wodurch die Einspannklemme in ihrer gespannten Stellung ge halten wird.
Die Einspannklemme 4 kann durch beliebige ge eignete Mittel in ihre gespannte Stellung bewegt wer den, beispielsweise durch einen Knopf 53 am äusseren Ende der Achse 32. Bei der in Fig. 1 bis 3 dargestell ten Ausführungsform der Erfindung ist jedoch eine Kraftverstärkungseinrichtung vorgesehen, um die Ein spannklemme 4 rasch und leicht in ihre gespannte Stellung bewegen zu können. Eine in Lagerböcken 55 drehbar gelagerte Welle trägt einen Exzenternocken 56, der mit einer Rolle 57 zusammenwirkt, welche am inneren Ende der die bewegliche Einspannklemme 4 tragenden Achse 32 angeordnet ist und durch den diese und die an diesem befestigte Einspannklemme 4 in Richtung des Pfeils 58 (Fig. 2) bewegt werden. Die. Welle 54 kann beispielsweise durch ein Handrad 59 gedreht werden.
Die elektrische Einrichtung des Schweissgerätes ist in Fig. 5 gezeigt und umfasst einen Kondensator 60, Mittel zur Aufladung des Kondensators und Mittel zur Verbindung des Kondensators mit den die Drähte 1 und 2 haltenden Einspannklemmen 3 und 4, so dass der Kondensator durch die Drähte entladen wird, wenn diese miteinander in Berührung gebracht wer den. Für das Laden des Kondensators 60 ist ein Transformator 61 vorgesehen, dessen Primärwicklung über einen Spannungsteiler 62, Leitungen 63 und 64, eine Sicherung 65 und einen Ein- und Ausschalter 66 mit einer geeigneten Wechselstromquelle 67, beispiels weise mit einer Netzleitung von 110 Volt und 60 Perioden verbunden ist. Eine zwischen die Leitungen 63 und 64 geschaltete Signallampe 68 zeigt an, dass das Gerät eingeschaltet ist.
Die Sekundärwicklung des Transformators 61 ist mit dem Kondensator 60 über einen Gleichrichter 69, einen Widerstand 70 und die Kontakte eines Umschaltrelais 71 verbunden. Die Ele mente der Schaltung, insbesondere der Transformator 61 und der Spannungsteiler 62, sind so gewählt, dass der Kondensator 60 mit einer verhältnismässig nied rigen Spannung, vorzugsweise von etwa 440 Volt, die durch den Spannungsteiler 62 verändert werden kann, aufgeladen wird. Dies ermöglicht die Verwendung bil liger Niederspannungskondensatoren, beispielsweise die im Handel erhältlichen Elektrolytkondensatoren. Die Kapazität des Kondensators 60 ist entsprechend dem Dickenbereich der miteinander zu verschwei ssenden Drähte gewählt.
Es wurde festgestellt, dass ein Kondensator, der für 400 Volt und 1200 Mikro farad bemessen ist, zum Verschweissen von Drähten mit einem Durchmesser von 2,032 mm ausreicht. Wenn dickere Drähte verschweisst werden sollen, kann ein grösserer Kondensator zur Lieferung der für den Schweissvorgang erforderlichen Energiemenge verwendet werden. Wegen des hohen Wirkungsgrades des Verfahrens ist es jedoch möglich, einen kleineren Kondensator als bei den bisher bekannten Verfahren zu benutzen. Der Kondensator 60 kann statt aus einer Einheit gegebenenfalls aus. mehreren Einheiten be stehen.
Die entgegengesetzten Klemmen des Konden- sators 60 sind über Leitungen 72 und. 73 mit den die Drähte 1 und 2 haltenden. Einspannklemmen 3 und 4 verbunden, wobei die Leitung 73 mit dem Konden sator über die Kontakte des Relais 71 verbunden ist. Wenn- sich das Relais in. der in Fig. 5 gezeigten Stellung befindet, ist der Kondensator 60 mit den Einspannklemmen 3 und 4 verbunden. Wenn sich das Relais 71 in der entgegengesetzten Stellung befindet, ist der Kondensator 60 über den Gleichrichter 69 mit der Sekundärwicklung des Transformators 61 zur Aufladung des Kondensators verbunden.
Die Verbindungen vom Kondensator zu den Ein spannklemmen 3 und 4 sind praktisch induktionsfrei und haben einen möglichst geringen Widerstand, ohne dass jedoch übermässig dicke Leiter verwendet werden. Die Kontakte des Relais 71 haben eine hohe Strom belastbarkeit und einen geringen Widerstand, so dass sie während der Entladung des Kondensators über die Drähte 1 und 2, wenn diese miteinander in Berührung gebracht werden, einen hohen Augenblicksstrom füh ren können.
Das Relais 71 wird durch ein elektrisch verrie gelndes Umschaltrelais 74 mit zwei entgegengesetzt angeordneten Wicklungen 75 und 76 gesteuert. Wenn die Wicklung 75 durch das Schliessen des Ladeschal ters 77, der vorzugsweise ein von Hand bedienbarer Druckknopfschalter ist, erregt wird, wird der beweg liche Kontakt des Relais 74 in die Stellung bewegt, die der in. Fig. 5 gezeigten entgegengesetzt ist, wobei die Wicklung des Relais 71 stromlos wird, so dass der bewegliche Kontakt des Relais 71 sich in seine linke Stellung bewegt und dabei den Ladestromkreis des Kondensators 60 schliesst. Eine an die Stromver sorgung angeschlossene Lampe 78 zeigt an, wenn der Kondensator 60 aufgeladen wird.
Wenn die Wicklung 76 des Relais 74 durch das Schliessen eines Schweiss - Schalters 80 erregt wird, wird der bewegliche Kon takt des Relais 74 in die in Fig. 5 gezeigte Stellung gebracht, so dass die Wicklung des Relais 71 erregt wird, wodurch dessen beweglicher Kontakt in seine rechte Stellung bewegt wird. Hierdurch wird der Kon densator 60 vom Ladestromkreis abgeschaltet und werden die die miteinander zu verschweissenden Drähte haltenden Einspannklemmen 3 und 4 mit dem Kondensator verbunden.
Der Schweissschalter 80 kann ein von Hand bedienbarer Druckknopfschalter sein, jedoch ist bei der dargestellten Ausführungsform, wie in Fig.3 gezeigt, ein durch den Auslösehebel 47 für die Freigabe der beweglichen Einspannklemme 4 betätigter Mikroschalter vorgesehen. Wenn die be wegliche Einspannklemme durch die Betätigung des Auslösehebels 47 freigegeben wird, wird der Schalter 80- geschlossen, so dass der Kondensator, wie voran gehend beschrieben, mit den Einspannklemmen 3 und 4 verbunden wird.
Hierdurch wird die Sicherheit des Gerätes erhöht, da an den Einspannklemmen 3 und 4 so lange keine Spannung liegt, bis der Auslösehebel 47 zur Durchführung der Schweissarbeit betätigt wird. Zur weiteren. Erhöhung der Sicherheit des Gerätes sind Mittel zur Entladung des Kondensators 60 für den Fall vorgesehen, dass der Ein- und Ausschalter 66 geöffnet oder das Gerät beim Aufladen des Kon densators. von der Stromversorgung abgeschaltet ist. An die Stromversorgungsleitungen 63 und 64 ist die Wicklung eines Ausschaltrelais 82 angeschlossen, so dass bei eingeschalteter Stromversorgung das Relais erregt ist und in seiner Offenstellung gehalten wird.
Wenn die Stromversorgung abgeschaltet wird, schliesst das Relais 82, wodurch ein Widerstand 83 parallel zu den Klemmen des Kondensators 60 geschaltet wird, so dass sich der Kondensator über den Widerstand 83 entlädt. Ferner kann der Kondensator, da das Relais 71 stromlos ist, nicht mit den Einspannklemmen 3 und 4 verbunden sein. <I>Das Verfahrensbeispiel</I> Für das Stumpfschweissen von zwei Drähten wer den die Endflächen der Drähte so vorbereitet, dass sie Oberflächen aufweisen, welche im wesentlichen parallel sind, jedoch vorspringende Teile haben, die eine anfängliche Punkteberührung ergeben, wenn die Teile zusammengebracht werden.
Die Endflächen der beiden Drähte sollen trotz der Aufrauhung ausrei chend glatt und ausreichend parallel zueinander sein, so dass sie über ihren ganzen Querschnitt mit einem Mindestaufwand an Kraft und ohne dass mehr als sehr kleine Teile des Materials geschmolzen werden, in innige Berührung miteinander gebracht werden kön nen. Das Schmelzen des Materials erfordert Energie, so dass in dem Masse, in dem mehr Material ge schmolzen werden muss, der Wirkungsgrad des Ver fahrens absinkt. Es ist daher zweckmässig, scharfe V- förmige Enden an den Drähten zu vermeiden.
Ander seits sollen die Endflächen der Drähte ausreichend rauh sein, damit eine anfängliche Punktberührung erhalten wird, wenn die Enden zusammengebracht werden, wobei unter der Bezeichnung rauh die Ab weichungen von ebenen parallelen Oberflächen zu verstehen sind, die anfänglich Punktberührungen er geben. Die erforderliche Rauhigkeit kann auf ver schiedene Weise erzielt werden. Wie in Fig. 7 und 8 dargestellt, sind die Endflächen 85 der Drähte 1 und 2 bossiert, so dass sich abwechselnde Erhebungen und Vertiefungen in waffelförmiger Anordnung ergeben.
Gegebenenfalls können die Enden des Drahtes mit Hilfe eines Werkzeuges aufgerauht werden, das eine Vielzahl von Punkten, wie das in Fig. 8 gezeigte Drahtende, aufweist, was dadurch geschehen kann, dass das Werkzeug in Anlage mit der Endfläche des Drahtes gehalten wird und eine relative Drehung um eine zur Drahtachse versetzte Achse ausgeführt wird. Dies ergibt eine Reihe bogenförmiger Kratzer an der Endfläche des Drahtes. Ein drittes Verfahren be steht darin, die Drähte mit Flächen zu schneiden, die zu einer zur Drahtachse senkrechten Ebene gering fügig geneigt sind, wobei der Neigungswinkel ge ringer als 5 und vorzugsweise etwa 2 beträgt.
Wenn die Drähte zum Schweissen zusammengebracht wer den, werden sie so gehalten, dass ihre Flächen nicht ganz parallel sind, so dass sie Punktberührung mit einander haben.
Die Rauhigkeit der Endflächen der Drähte soll etwa 2,5<B>-10-3</B> bis 5 - 10-3 mm im quadratischen Mittelwert, gemessen durch einen Profilprüfer, be tragen, wobei ein Wert von etwa 3,8 -10-3 mm vor- zuziehen ist. Die Tiefe zwischen Erhebungen und Vertiefungen soll vorzugsweise etwa 0,25 mm betra gen. Wenn die Flächen zu rauh sind, können die Drahtenden während der ausserordentlich kurzen Schweisszeit nicht in eine ausreichend innige Berüh rung für das Erzielen einer zufriedenstellenden Schweissverbindung gebracht werden.
Die beiden miteinander zu verschweissenden Drähte, deren Endflächen in der beschriebenen Weise vorbereitet worden sind, werden in die Einspann klemmen 3 und 4 des in Fig. 2 dargestellten Gerätes eingespannt, wobei die bewegliche Einspannklemme durch die Sperrnase 43 in ihrer gespannten Lage ge halten wird, so dass die Drahtenden einen bestimmten Abstand voneinander haben. Dieser Abstand ist so gewählt, dass sich eine geeignete Annäherungsge schwindigkeit der Drahtenden ergibt, wenn die beweg liche Einspannklemme freigegeben wird. Die Ge schwindigkeit hängt von der durch die Feder 39 aus geübten Kraft, dem Gewicht, der beweglichen Ein spannklemme 4 und dem Abstand ab, den die Ein spannklemme zurücklegen muss, das heisst von dem Abstand der Drahtenden.
Wenn die Geschwindigkeit zu hoch ist, werden die Drahtenden zusammengepresst, bevor das Metall zur Herstellung einer guten Schweiss verbindung ausreichend erhitzt ist. Wenn die Ge schwindigkeit zu niedrig ist, werden die Drahtenden nicht mit ausreichender Kraft zusammengebracht. Während zwar ein Schmelzen sehr kleiner Teile des Materials an den Drahtenden stattfindet, werden an dere Teile der Enden lediglich erweicht, ohne dass sie geschmolzen werden, so dass die Schweissverbin dung mehr durch eine Art Hammerschweissung als durch Abschmelzschweissen gebildet wird. Die Drähte sollen mit einer Kraft zusammengebracht werden, die so gross als möglich ist, ohne dass die Enden dabei ausgebogen werden oder sich pilzartig verformen.
Die Geschwindigkeit soll sich daher zur Kapazität des Kondensators entsprechend der Formel:
EMI0004.0025
verhalten, wobei V die Geschwindigkeit, C die Ka pazität und k eine Konstante ist. Bei dem in den Zeichnungen dargestellten Gerät ergibt sich daher: <B>2</B>
EMI0004.0026
wobei F die Kraft der Feder, S der anfängliche Ab stand der miteinander zu verschweissenden Teile, W das Gewicht der beweglichen Einspannklemrne und K /2 ist.
eine Konstante ist, die gleich k Bei in der beschriebenen Weise aufgerauhten Drahtenden lässt sich feststellen, dass einwandfreie Schweissverbindungen bei Aluminiumdraht mit einem Durchmesser von 2,032 mm bei einer Federkraft von 40,8 kg einer beweglichen Masse von etwa 0,45 kg und einem anfänglichen Drahtendenabstand von 0,9398 mm erzielt werden können. Wenn die Kraft der Feder verringert wird, ist .es zweckmässig, den Drahtendenabstand entsprechend zu verringern. Es hat sich jedoch erwiesen, dass ein grösserer Abstand als 0,635 mm nicht zu empfehlen ist.
Wenn dickere Drähte verschweisst werden sollen, wird empfohlen, die Masse der beweglichen Einspannklemmen zu er höhen und die durch die Feder 39 ausgeübte Kraft entsprechend zu verstärken, um die Geschwindig keit im Augenblick der Berührung im wesentlichen konstant zu halten. Die Masse der beweglichen Ein spannklemme lässt sich beispielsweise durch aus tauschbare Knöpfe 53 von verschiedenem Gewicht am äusseren Ende der Achse 32 (Fig. 1 und 2) ver ändern. Nachdem die Drähte 1 und 2 eingespannt worden sind, wird der Kondensator 60 durch das Drücken des Ladeschalters 77 aufgeladen. Hierauf wird der Aus lösehebel 47 betätigt, um den Schweissschalter 80 zu schliessen, so dass der aufgeladene Kondensator mit den Einspannklemmen 3 und 4 verbunden wird, und um die Sperrnase 43 zur Freigabe der beweglichen Einspannklemme 4 zurückzuziehen.
Die Einspann klemme 4 bewegt sich sodann -unter - der Kraft der Feder 39 mit zunehmender Geschwindigkeit zur festen Einspannklemme 3. Wenn die Drahtenden mit einer anfänglichen Punktberührung aneinander zur Anlage kommen, entlädt sich der Kondensator über die Drähte. Infolge der ausserordentlich kleinen Fläche der anfänglichen Berührung ist der Kontaktwider stand verhältnismässig hoch, so dass sich eine stark konzentrierte Erhitzung ergibt. Die -nutzbare, im Schweissbereich wärmeerzeugende Energie kann durch die folgende Gleichung ausgedrückt werden: E, <I>= 12</I> R, wobei E, die nutzbare Energie am Berührungspunkt der Drähte, 1 der Strom und R,_ der Kontaktwider stand zwischen den Drähten ist.
Gleichzeitig wird ein Teil der Energie durch den unvermeidlichen Wider stand in den Leitungen zwischen dem Kondensator 60 und den Drähten vernichtet. Die vernichtete Energie kann durch die folgende Gleichung ausgedrückt wer den: Ed = I2Rd wobei Ed der Energieverlust, I der Strom und Rd der Widerstand der Leitungen ist. Bei dem beschriebenen Verfahren lässt sich ein hoher Wirkungsgrad erzielen, wenn ein hohes Verhältnis von Ec/Ed aufrechterhalten wird.
Dies kann dadurch erreicht werden, dass Lei tungen von geringem Widerstand verwendet werden, um den Wert Rd zu verringern, und durch eine Wech selbeziehung zwischen der Oberflächenvorbereitung der Drahtenden und der Geschwindigkeit, mit welcher die Enden zusammengebracht werden, um einen -ver hältnismässig hohen Wert für R, zu erzielen.
Auf diese Weise werden mehr als 50 !o der im Kondensator ge speicherten Energie zur Erhitzung der Drahtendflä- chen während des Schweissvorganges ausgenützt, wo bei Werte bis zu 80 % erreicht werden können, wenn auf die richtige Vorbereitung der Drahtenden und deren Abstand besonderes Augenmerk gerichtet wird. Wenn die Drahtenden nicht in der richtigen Weise vorbereitet und im richtigen Abstand voneinander sind, ist der Prozentsatz der während des Schweiss vorganges ausgenutzten nutzbaren Energie niedriger, wobei jedoch darauf zu achten ist, dass dieser Pro zentsatz nicht unter 30% der im Kondensator gespei cherten Energie abfällt, wenn eine zufriedenstellende Schweissverbindung hergestellt werden soll.
Die bei der Berührung der Drahtenden mitein ander erzeugte Wärme erhitzt und erweicht die Draht enden und kann sehr kleine Teile des Materials zum Schmelzen \bringen. Ein geringes Abschmelzen ist zweckmässig, wenn leicht oxydierbare Materialien, beispielsweise Aluminium, verschweisst werden sollen, da -hierdurch die Oxydschicht aufgebrochen wird. übermässiges Abschmelzen und Versprühen des Ma terials ergibt .einen Energieverlust und ist zu vermei den. Da sich die Drähte weiterhin aufeinander zu be wegen, werden die anfänglichen Berührungspunkte ausgeflacht oder abgeschmolzen, so dass weitere Flä chen miteinander in Berührung kommen können. Hierdurch wird die Gesamtberührungsfläche fort schreitend vergrössert.
Dies bedeutet einen Vorteil, da die Spannung des Kondensators mit zunehmender Entladung fortschreitend abnimmt. Die zunehmende Verringerung :des Kontaktwiderstandes .der =Drähte er möglicht die Aufrechterhaltung eines hohen Strom wertes trotz der abnehmenden Spannung. Da die er zeugte Heizwirkung sich mit dem Quadrat des Stro mes verändert, ist die Aufrechterhaltung eines hohen Stromwertes wichtig. In diesem Zusammenhang ist zu erwähnen, dass die den Kondensator 60 mit den Ein spannklemmen 3 und -4 verbindenden -Leitungen in duktionsarm sind, so dass der Stromfluss nicht ge drosselt wird.
Die -Erhitzung der Drahtenden nimmt ihren Fortgang, wenn die höherliegenden Flächen ab geschmolzen oder .erweicht sind und neue Flächen miteinander in Berührung kommen. Die Geschwindig keit, mit welcher die Drahtenden zusammengebracht werden, ist derart, dass in dem Augenblick, in wel chem die Endflächen über ihren vollen Bereich erhitzt sind, diese gegeneinandergepresst werden, so dass eine Art Hammerschweissvorgang stattfindet.
Obwohl das Erhitzen und das schliessliche Zusammenpressen der Enden als ein allmählich fortschreitender Vorgang beschrieben worden ist, findet dieser innerhalb eines ausserordentlich kurzen Zeitraumes, das heisst in weni ger als 0;01 Sekunden und vorzugsweise während etwa 0;0.0.03 Sekunden, statt. Diese Zeit ist zu kurz für einen grösseren Energieverlust durch Strahlung, Leitung oder Strömung. Hierbei werden zwei wichtige Vor teile erzielt. Einmal wird der Wirkungsgrad des Schweissvorganges .erhöht, so dass verhältnismässig dicke Drähte unter geringem Energieaufwand ver schweisst werden können.
Ferner wird die Qualität der Schweissverbindung verbessert, da das Material in der Nähe der Schweissflächen nicht so stark erhitzt wird, dass nachteilige Wirkungen die Folge sein kön- nen. Die nach diesem Verfahren gemäss Versuchen hergestellten Schweissverbindungen sind so hoch wertig, dass ein geschweisster Aluminiumdraht mit einem Durchmesser von 2,032 mm an der Schweiss stelle um 180 gebogen und auf einen Durchmesser von 0,3302 mm ohne Bruch ausgezogen werden kann. Hieraus ergibt sich, dass die Dehnbarkeit in der Schweisszone aufrechterhalten bleibt und der Wir kungsgrad der Verbindung ausserordentlich hoch ist.
<I>Die Schweisspistole</I> In Fig. 11 und 12 ist eine Schweisspistole gezeigt, die besonders zum Stumpfschweissen eines Drahtes und eines dickeren Teils geeignet ist. In Fig. 9 ist beispielsweise ein Draht 102 mit der Endfläche eines Stabes 101 verschweisst dargestellt, während Fig. 10 einen Draht mit der Seite eines Stabes verschweisst zeigt. Das in Fig. 11 und 12 dargestellte Gerät ist in seinem Aufbau und in seiner Arbeitsweise dem in Fig. 1 bis 4 gezeigten ähnlich, so dass einander ent sprechende Teile mit den gleichen Bezugsziffern unter Addition von 100 bezeichnet sind. Das Gerät besitzt einen Werkstückanschlag 103, der an dem dickeren Teil, z.
B. an dem Stab 101 der Fig. 9, angesetzt werden kann, und eine bewegliche Einspannklemme 104 für den Draht 102. Der Werkstückanschlag 103 ist an einer mit einem Handgriffteil 106 versehenen Platte 105 befestigt, während die Einspannklemme 104 in Längsrichtung der Platte 105 beweglich ist. Die bewegliche Einspannklemme 104 weist eine untere Backe 108, die auf einem Isolierblock 110 angeordnet ist, und eine obere Backe 112 auf, die an der untern Backe durch ein Scharnier 114 gelenkt verbunden ist und in ihrer Schliessstellung durch eine schnell bedienbare Verriegelungsvorrichtung 118 ge halten wird, die aus einem segmentförmigen Verrie gelungselement 120 besteht, welches mit Hilfe eines Handgriffes 122 um einen Schwenkzapfen 124 schwenkbar ist.
Das Verriegelungselement 120 greift an einer an der Oberseite der oberen Backe 112 vor gesehenen Schrägfläche an, um die obere Backe nach unten zu drücken und in ihrer Lage zu halten, wobei zwischen den beiden Backen ein Draht eingespannt ist und die beiden Backen vorzugsweise mit einer Rille oder mit mehreren Rillen zur Aufnahme und Halte rung des Drahtes versehen sind.
Die Bauart und Arbeitsweise der beweglichen Einspannklemme und der dieser zugeordneten Teile zur Bewegung der Einspannklemme können wie in Fig. 1 bis 4 dargestellt sein. Bei der Anordnung nach Fig. 11 und 12 ist die bewegliche Einspannklemme 104 jedoch auf einer Achse 132 gleitbar, welche sich durch eine Buchse 134 in einer im Isolierblock<B>110</B> vorgesehenen Bohrung erstreckt und an ihrem einen Ende in einer Bohrung im Werkstückhalter 103 ein geschrumpft oder in anderer Weise befestigt ist.
Das andere Ende der Achse 132 ist in einer koaxialen Hülse 136 gleitbar, die ein Aussengewinde trägt und in eine Gewindebohrung in einem Befestigungsbock 137 eingeschraubt ist, der sich vom hinteren Endteil der Platte 105 nach oben erstreckt. Zwischen dem Iso- lierblock 110 der Einspannklemme 104 und dem inneren Ende der Gewindehülse 136 wirkt eine Druckfeder<B>139.</B> Die durch diese Feder ausgeübte Kraft kann dadurch eingestellt werden, dass die Hülse mit Hilfe eines geeigneten Knopfes oder Handgriffes 140 weiter herein- oder herausgeschraubt wird. Die Feder 139 ist an ihren Enden durch Buchsen 141 geführt.
Die Einspannklemme 104 ist durch die Feder 139 aus ihrer gespannten Stellung, in welcher sich die Vorderseite der Einspannklemme 104 von der Ebene der Vorderseite des Werkstückhalters 103 nach rück wärts im Abstand befindet, in eine Freigabestellung beweglich, in welcher das Ende eines durch die Ein spannklemme 104 gehaltenen Drahtes an einem Werkstück, gegen das der Halter 103 gehalten wird, anliegt. Die Einspannklemme 104 wird durch eine Sperrnase 143 lösbar in ihrer gespannten Stellung ge halten. Die Sperrnase 143 erstreckt sich in ihrer Sperrstellung durch eine Öffnung in der Platte<B>105</B> und zwischen dem Werkstückhalter 103 und dem Isolierblock 110. Die Sperrnase 143 ist mit einem Stielteil 144 versehen, der durch eine Öffnung in einem Deckel 145 nach aussen ragt, welcher an der Unterseite der Platte 105 abnehmbar befestigt ist.
Gegen einen Bund 143' an der Sperrnase wirkt eine Druckfeder 146, um diese, wie gezeigt, in ihre innere Stellung zu drücken. Die Sperrnase 143 ist zur Frei gabe der beweglichen Einspannklemme mit Hilfe eines Auslösehebels 147 zurückziehbar, der an der Platte 105 bei 148 angelenkt und mit einer Stange 149 ver bunden ist, welche eine Absetzung<B>150</B> aufweist, die mit einer Öffnung am Stielteil 144 der Sperrnase zu sammenwirkt. Durch eine Bewegung des Auslöse hebels 147 in Richtung des Pfeils<B>151</B> wird die Sperr nase 143 zurückgezogen, wodurch die Einspann klemme 104 zur Bewegung durch die Feder 139 frei gegeben wird. Eine Feder 152 auf einem Führungs stift 152' dient zur Rückstellung des Auslösehebels in seine normale vordere Lage.
Obwohl die Anord nung so getroffen sein kann, dass die Achse 132 gleit- bar und mit einem Knopf ähnlich dem Knopf 53 der Fig. 1 und 2 zum Spannen des Gerätes versehen ist, hat es sich als zweckmässig erwiesen, die Einspann klemme 104 gegen eine geeignete Abstützung zu halten und am Handgriff 106 nach vorn zu drücken, um die Einspannklemme in ihre gespannte Stellung zu bewegen, wobei die Sperrnase 143 nach innen federt, um die Einspannklemme zu halten.
Für das in Fig. 11 und 12 dargestellte Gerät ist die gleiche elektrische Einrichtung, wie sie voran gehend beschrieben wurde, vorgesehen. Die elektri schen Bauteile sind vorzugsweise in einem besonderen kleinen Gehäuse untergebracht und mit dem Schweiss gerät durch ein biegsames, die erforderlichen Lei tungen enthaltendes Kabel verbunden. Das beschrie bene Gerät ist leicht tragbar und einfach in seiner Anwendung. Ferner ermöglicht die beschriebene An- ordnung die Verwendung der gleichen elektrischen Einrichtung auswechselbar sowohl für das in Fig. 1 und 2 gezeigte Werkbank -Gerät als auch für die in Fig. 11 und 12 dargestellte Schweisspistole.
Die in Fig. 11 und 12 gezeigten Leitungen 172 und 173 ent sprechen den Leitungen 72 und 73 in Fig. 5, wobei die Leitung 172 mit einer Klammer 172' zur Ver bindung mit dem Werkstück versehen und die Leitung 173 mit der beweglichen Einspannklemme 104 ver bunden ist. Dem Schalter 80 in Fig. 5 entspricht ein Schalter 180, welcher betätigt wird, um die Relais wicklungen 76 und 71 zu erregen, so dass der Kon densator 60 mit den Aussenleitungen 172 und 173 ver bunden wird. Statt der Betätigung durch einen Aus lösehebel, wie bei der Ausführungsform nach Fig. 1 bis 4, kann der Schalter 180 als Druckschalter aus gebildet sein, der auf dem hinteren Oberteil des Hand griffes 106 in einer Lage angeordnet ist, dass er durch den Daumen der Bedienungsperson leicht erreichbar ist.
Dies ergibt eine zusätzliche Sicherung, da die Be dienungsperson zum Schweissen sowohl den Druck knopf des Schalters 180 drücken als auch den Aus lösehebel 147 anziehen muss. Solange der Schalter 180 nicht geschlossen ist, liegt an den Leitungen 172 und 173 keine Spannung.
Die Arbeitsweise des in Fig. 11 und 12 dar gestellten Gerätes ist im wesentlichen die gleiche wie die des Gerätes nach Fig. 1 bis 4. Der Draht 102 wird in der Einspannklemme 104 befestigt, die so eingestellt ist, dass ein bestimmter Abstand zwischen dem Ende des Drahtes 102 und dem Teil besteht, mit dem dieser verschweisst werden soll. Zur Herstellung einer Schweissverhindung presst dann die Bedienungs person die Pistole fest gegen das Werkstück, drückt den Druckknopfschalter 180 und zieht am Auslöse hebel 147. Der Schweissvorgang selbst geht in der gleichen Weise, wie vorangehend beschrieben, vor sich. Mit Hilfe des Knopfes 140 und des Handgriffes 106 kann die Pistole sicher und fest gehalten werden.