Verfahren und Vorrichtung zum Befestigen eines Endes eines Bolzens an einem Metall werkstück durch elektrisches Lichtbogenschweissen und nach diesem Verfahren mit einem Bolzen versehenes Werkstück Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Befestigen eines Endes eines Bolzens an einem Metallwerkstück durch elektrisches Lichtbogenschweissen und auf ein nach diesem Verfah ren mit einem angeschweissten Bolzen versehenes Werk stück.
Dieses Schweissverfahren wird nachstehend der Kürze halber als Bolzenschweissen bezeichnet.
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Bolzenschweissen, bei dem der Schweissvorgang über einen ringförmigen, auf dem Werkstück aufruhenden und mit dem Bolzen zusammenarbeitenden, schlacken bildenden Körper eingeleitet wird und nach einer be stimmten Brenndauer des Bogens der Bolzen, im fol genden auch Stift genannt, durch diesen Körper hin durch in Richtung des Werkstückes bewegt wird.
Bei diesem bekannten Verfahren wird die Bogen länge durch die Abmessungen des Startkörpers bedingt, der auch den Bogen einleitet und die Bogendauer regelt.
Die Bogendauer und somit das Schweissergebnis sind stark vom Erweichen und mithin von der Gestalt, der Zusammensetzung und der elektrischen Leitfähig keit des Körpers abhängig, der auch als Patrone be zeichnet wird.
Die Erfindung bezweckt, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen, die es ermöglichen, die Bo gendauer auf jeden gewünschten Wert einzustellen und diese Dauer somit unabhängig von den Eigenschaften der Patrone zu machen.
Gemäss der Erfindung wird beim Verfahren gleich zeitig mit der Einleitung des Schweissvorganges oder kurze Zeit nachher eine vom schlackenbildenden Kör per getrennte Festhaltevorrichtung in Betrieb gesetzt, die den Bolzen während des Erweichens des Körpers im Abstand vom Werkstück festhält, wobei nach einer Startzeit, während welcher Strom den Körper durch fliesst, jedoch noch kein Bogen vorhanden ist, im Augenblick der Bogenerzeugung eine Vorrichtung zum Dosieren der übrigen Festhaltezeit betätigt wird. Es sei bemerkt, dass es bekannt ist, bei einer Bolzen schweisspistole einen Stift mittels einer Festhaltevor richtung während des Schweissvorganges einige Zeit im Abstand vom Werkstück zu halten.
Bei dieser Vor richtung findet kein schlackenbildender Körper Ver wendung, aber der Stift hat an seinem freien Ende einen vorbearbeiteten Punkt, der abschmelzbar ist und die Bogenlänge mitbestimmt. Diese Vorrichtung arbeitet mit einem zuvor eingestellten Zeitrelais, das gleich zeitig mit dem Strom eingeschaltet wird. Die Erregung des Zeitrelais ist infolgedessen nicht notwendigerweise an die Erzeugung des Bogens verbunden. Deshalb fällt die vom Zeitrelais dosierte Festhaltezeit nicht notwen digerweise mit der Bogenzeit zusammen. Dem Verfahren nach der Erfindung fehlt dieser Nachteil, während sie den Vorteil hat, dass keine vor bearbeiteten Stifte verwendet zu werden brauchen.
Auch besondere Massnahmen zum Verhüten, dass der schlackenbildende Körper vorzeitig unter dem Druck des Stiftes bricht, wie ein Papphaltering am Körper, oder eine besondere Zusammensetzung des Körpers sind bei Anwendung des Verfahrens nach der Erfindung nicht mehr unbedingt nötig.
Die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung ist vom bekannten Typ, der mit einem in der Längsrichtung beweglichen Halter für den Bolzen versehen ist, welcher Halter mit einem Glied, z. B. einer Feder, zusammenarbeitet, um ihn in Rich= tung zu dem Werkstück hin zu bewegen, wobei eine Vorrichtung, um den Halter zeitweilig im Abstand vom Werkstück festzuhalten, und eine einstellbare Dosier vorrichtung für die Festhaltezeit vorgesehen sind.
Gemäss der Erfindung ist diese Dosiervorrichtung so ausgebildet, dass sie auf einen beim Entstehen des Bogens auftretenden Vorgang wie eine Strom- oder Spannungsänderung anspricht.
Schaltungsanordnungen, die dies bewirken, sowie weitere Ausführungsbeispiele der Erfindungen werden an Hand der Zeichnung näher erläutert.
Fig. 1 ist ein schematischer Längsschnitt durch eine Bolzenschweisspistole, die sich zum Durchführen des Verfahrens nach der Erfindung eignet; Fig. 2 ist eine graphische Darstellung des Verlaufes der Spannung, der Stromstärke und der Verschiebung des Stiftes während des Schweissvorganges; Fig. 3 und 4 sind Schaltbilder.
Die Pistole nach Fig. 1 hat einen Griff 1, durch den ein Stromkabel 2 und die nicht dargestellten Steuer leitungen 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 Schal ter betätigbar, der gleichzeitig den Schweissstrom ein schaltet und eine Spule 5 im Kopf 6 der Pistole erregt.
Die Spule 5 hat einen durchbohrten Weicheisen kern. Dieser besteht aus zwei Teilen, nämlich einem festen Teil 7 und einem beweglichen Teil B. Der beweg liche Teil 8 des Eisenkernes ist flexibel, zum Beispiel durch biegsame Glieder 9, mit kegelförmigen Klemm segmenten 10 verbunden, die sich in einer kegelförmi gen Kammer 11 befinden.
Wenn die Spule 5 nicht erregt ist, werden die Kern teile 7 und 8 durch Federn 12 auseinandergedrückt, 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 ab bewegt werden.
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 Werk stück 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 wie dargestellt fest geklemmt 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 Bil dung des Schmelzbades erfolgt.
Unter der Einwirkung der Bogenwärme zerfällt der Körper 19, jedoch erst dann, wenn die Festhaltevor richtung, das heisst die Klemmvorrichtung 10, ausser Betrieb gesetzt worden ist; dann kann die Buchse 13 sich unter der Einwirkung der Feder 22 um die Strecke a verschieben. Dabei wird der Bolzen 18 in das Schmelz bad 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 I und der Zeit.
Die untere Linie g' stellt die Verschiebung des Bolzens 18 als Funktion der Zeit dar.
Bei A wird der Strom eingeschaltet. Die Festhalte vorrichtung 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. Bei<I>B,</I> das heisst nach einer Startzeit<I>AB,</I> die völlig oder teilweise einen Teil der Festhaltezeit bildet, zündet der Bogen. Dabei weist der Strom eine Änderung, und zwar eine Zunahme auf IB auf, während die Spannung auf<I>VB</I> absinkt. Bei C ist die Bogenzeit verstrichen. Dann sinkt der Bolzen eine Strecke a in das Schmelz bad ein. Der Schweisskreis ist dann kurzgeschlossen und die Spannung fällt auf<I>VK</I> ab. Bei<I>D</I> hört der Schweissvorgang auf.
Gemäss einem wichtigen Merkmal der Erfindung wird die Zeit BC, das heisst die Bogenzeit und gleichzei tig auch die restliche Festhaltezeit des Bolzens<B>18</B> vom Punkt B an durch einen Zeitschalter dosiert.
Zu diesem Zweck findet die in B auftretende Ände rung des Stromes oder die in diesem Zeitpunkt auftre tende Abnahme der Spannung Verwendung.
Ersteres erfolgt bei der Anwendung der Schaltungs anordnung 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 ver schiedener Grösse der Wert von<I>VB</I> nahezu der gleiche ist, während der Wert von IB von der Stromeinstellung abhängig ist, die für Schweisspatronen 19 verschiedener Grösse veränderlich ist.
In beiden Schaltungsanordnungen nach Fig. 3 und Fig. 4 bezeichnet 23 einen Schweisstransformator, 24 einen magnetischen Schalter, 25 ein für niedrige Steuer spannung geeignetes Hilfsrelais, 26 einen Gleichrichter, 5 die Sperrspule in der Pistole (siehe Fig. 1) und 3 den Druckschalter in der Schweisspistole.
Fig. 3 zeigt weiter einen Hilfstransformator 27 für 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 a1 gegen den Druck der Feder 22 angehoben.
Die Schaltung ist derartig, dass durch Betätigung des Schalters 3, das heisst durch Eindrücken des Knop fes 4 an der Pistole, die Spule des Schalters 24 durch das Relais 25 erregt wird. Infolgedessen wird dem Transformator 23 Strom aus den 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 Gleich richter 26 die Spule 5 erregt und somit die Festhalte vorrichtung 10 für den Bolzen betätigt wird. Der Bol zen 18 kann nunmehr nicht herabsinken.
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 ein gestellten Zeit (BC 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 ange schweissten Bolzen 18 abgenommen.
In der Schaltungsanordnung nach Fig. 4 findet man weiter: einen Hilfstransformator 36 für niedrige Steuerspannung und auch für die Speisung der Sperr spule 5, einen Gleichrichter 37, Widerstände 38 und 39, ein spannungsempfindliches Relais 40 und ein sehr schematisch dargestelltes elektronisches Zeitrelais 41. Die Speisespannung für dieses muss an 42 und 43 an gelegt werden. Zwei Kontakte sind mit 44 und 45 be zeichnet.
Im dargestellten Zustand ist das Relais 40 unerregt. Die Kontakte 44 und 45 des Zeitrelais 41 sind unmittel bar 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 Schweisstrans formators 23 schaltet über den Gleichrichter 37 und den Widerstand 39 (der Widerstand 38 ist kurzge schlossen) das Relais 40 ein, wodurch die Kontakte 44 und 45 unterbrochen und das Zeitrelais 41 in die Null- lage versetzt wird. Die Spule 5 wird über den Transfor mator 36 und den Gleichrichter 26 erregt. Auch wird in den Kreis 37-40 noch der Widerstand 38 eingeschal tet.
Zündet jetzt der Bogen, so fällt die Leerlaufspan- nung auf der Sekundärseite 33 des Schweisstransforma tors erheblich ab, zum Beispiel 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 verbun den werden und das Zeitrelais 41 wirksam wird. Nach der eingestellten Zeit wird dann die Spule 5 spannungs los 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.