Mikroschweissgerät Die Erfindung betrifft ein Mikroschweissgerät, ent haltend einen Werkstückträger und einen auf diesem Träger angeordneten Motor, und einen von diesem Mo tor bewegten, eine Elektrodenanordnung tragenden, und diese mit einem Werkstück auf dem Träger zum Zu sammenwirken bringenden Tragarm, und eine den elek trischen Strom für .den Schweissarbeitsgang liefernde Stromerzeugungseinrichtung, wobei die Elektrodenan ordnung aus einem Paar von einer Schicht eines Iso liermaterials getrennten Elektroden besteht, wobei ,das Isoliermaterial mit den Elektroden verbunden ist und mit diesen zusammen .einen mindestens bilateral sym metrischen, stabförmigen Körper mit festem Abstand der Elektroden bildet.
Durch die neuere Entwicklung in der Raumfahrt technik ist ein Bedarf für kleinere und leichtere Schal tungsunteraggregate entstanden, um die Nutzlast eines Fahrzeuges erhöhen zu können. Dieser Bedarf für klei nere und leichtere elektronische Aggnegate hat sich auf ,die Entwicklung kleinerer und gedrängterer elektrischer Bauelemente ausgewirkt.
Da die kleineren und gedräng teren elektrischen Bauelemente und Mechanismen in einer elektrischen Schaltanordnung zusammengeschaltet werden müssen, ist die Notwendigkeit für ein Schweiss gerät entstanden, mit welchem ,zuverlässig kleinste elek trische oder mechanische Bauelemente und Leitungs materialien mit anderen elektrischen oder mechanischen Elementen verschweisst werden-können.
Erwünscht ist vor allem die Schaffung eines Schweiss gerätes, .mit dem kleinste Metallteile mit kleinsten Tei len aus Isoliermaterial, wie Glas, verschweisst werden können. Bei solchen Anwendungsfällen, beispielsweise, wenn .das Metall und das Isoliermaterial Teile eines elektrischen Bauelementes, beispielsweise eines Tran sistors oder einer Dünnschichtschaltung, sind, ist es nicht möglich, das Werkstück zwischen zwei gegen überliegenden Elektroden anzuordnen, wie das bei den herkömmlichen Schweissmaschinen geschieht, da eine der Flächen ein Isoliermaterialist.
Die Verwendung von Maschinen, die zur Verbindung mit Wärme- und Druck- anwendung arbeiten, ist nicht zufriedenstellend, da der erhitzte Bereich d. -s Werkstückes nicht auf den Schweiss bereich lokalisiert ist und durch die Beheizung des gan zen Bauelementes während des Schweissvorgangs dieses zerstört werden kann.
Es besteht daher eine Notwendigkeit zur Schaffung eines elektrischen Schweissgerätes, mit welchem kleinste Bauelemente und Leitungsmaterialien zuverlässig mit einander verschweisst werden können.
Die Erfindung soll die Schaffung eines zuverlässi gen elektrischen Mikroschweissgerätes .ermöglichen, bei welchem die Elektroden nur auf der einen Seite des Werkstückes so angesetzt werden, dass der erhitzte Be reich desselben genau lokalisiert ist.
Das erfindungsgemässe Mikroschweissgerät ist da durch geikennzeichnet, dass der als Arbeitskontakt die nende Teil der Elektroden mit dem vorderen ,Ende der Schicht des Isoliermaterials bündig ist und den wirk samen Endteil der Elektrodenanordnung, der kegelför mig ausgebildet ist, bildet, wobei die ganze Elektroden anordnung Bleistiftform aufweist, zum Zwecke, nach der Abnutzung des als Arbeitskontakt dienenden Teils der Elektroden den Endteil wieder nachspitzen zu kön nen.
Aus der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen werden Ausführungs beispiele der Erfindung erläutert.
Fig. 1 eine schaubildliche Ansicht eines ,erfindungs gemässen Mikroschweissgerätes, Fig. 2 eine Ansicht einer Ausführungsform der Elektrodenanordnung für das Mikroschweissgerät, Fig. 3 eine Ansicht im Schnitt nach der Linie 3-3 ,in Fig. 2, Fig. 4 in vergrössertem Massstab eine Schnittansicht des unteren Teils der Elektrodenanordnung, Fig. 5 eine Schnittansicht einer abgeänderten, näm lich konzentrischen Elektrodenanordnung, Fig. 6 ein Schaltbild des Stromversorgungstieiles des Mikroschweissgerätes, Fig. 7 eine Reihe von graphischen Darstellungen, welche die Wellenformen in verschiedenen Teilen der elektrischen Stromversorgung zeigen, Fig.
8 eine teilweise graphische und eine teilweise schematische Darstellung einer abgeänderten Steuer schaltung für die Stromversorgung, welche ein Rück kopplungsverhältnis zwischen der Elektrodenanordnung und den durch die Stromversorgung gelieferten Schweiss impulsen zeigt, Fig. 9 ein-- teilweise graphische und eine teilweise schematische Darstellung einer anderen Ausführungs- form der Steuerschaltung zur Vermeidung eines schlech ten elektrischen Kontaktes zwischen der Elektrodenan ordnung und dem Werkstück durch Erhöhung des Druckes der Elektrodenanordnung auf die Werkstück oberfläche, Fig. 10 eine Ansicht im Aufriss eines Teils der mit der Schaltanordnung nach Fig.
9 verwendeten Elektro denanordnung, welche die elektromagnetische Halte einrichtung zeigt, Fig. 11 eine Ansicht im Schnitt nach der Linie 12-12 in Fig. 10 und Fig. 12 eine der Fig. 11 ähnliche Ansicht, bei wel- eher jedoch diie elektromagnetische Halteeinrichtung im stromlosen Zustand dargestellt ist.
Das in Fig. 1 dargestellte, allgemein mit 10 be zeichnete Mikroschweissgerät besitzt ein Trägergehäuse 10 mit einer sich waagrecht erstreckenden Basis oder Grundplatte 14. Die Grundplatte 14 ist mit einem er habenen Teil 16 versehen, auf dem ein Werkstück lager 18 angeordnet ist. Die Stellung des Werkstück auflagers 18 auf dem Teil 16 lässt sich durch einen Betätigungshebel 20 in an sich bekannter Weise ein stellen. Auf der Grundplatte 14 ist ein Mikroskop 22 zur Betrachtung der miteinander zu verschweissenden Mikroelemente angeordnet.
Von dem oberen Ende des Trägergehäuses 12 erstreckt sich ferner ein fester Arm 24 in waagrechter Richtung über dem Werkstückauf lager 18 zur Halterung von zwei verstellbar ungeordne ten Lampen 26, durch die das Werkstück entsprechend beleuchtet werden kann.
Innerhalb des Trägergehäuses 12 ist ein Elektro motor 28 angeordnet, dessen Antriebswelle 29 mit einer Gewindespindel 30 mit Hilfe eines verzahnten Bandes 32 verbunden ist. Die Gewindespindel 30 steht mit einer festen rohrförmigen Mutter 34 in Gewindeein griff, so dass eine Drehung der Gewindespindel in der einen Richtung zur Folge hat, dass diese mit Bezug auf die rohrförmige Mutter 34 nach oben bewegt wird, während eine Drehung der Gewindespindel in der ent gegengesetzten Richtung dazu führt, dass sie mit Bezug auf die rohrförmige Mutter nach unten bewegt wird.
An der Gewindespindel 30 ist ein fester Arm 36 befestigt und mit dieser beweglich. Dieser Arm erstreckt sich durch einen senkrechten Schlitz 38 in der Vorder wand des Gehäuses. Das freie Ende 40 dies festen Armes 36 ist mit einer senkrechten Bohrung 41 zur Aufnahme und Halterung der Elektrodenanordnung 42 versehen. Beim Betrieb des Motors 28 in der einen Richtung wird die Elektrodenanordnung zum Werk stückauflager 18 bewegt, während beim Betrieb des. Motors in d. -r entgegengesetzten Richtung die Elektro denanordnung vom Werkstückauflager wegbewegt wird.
Obwohl bei dem in der Zeichnung dargestellten und vorangehend beschriebenen Ausführungsbeispiel ein Elektromotor zur Einstellung der Elektrodenanordnung verwendet wird, kann dies jedoch auch mit Hilfe an- derer Einrichtungen, beispielsweise mit einem hydrauli schen oder pneumatischen Motor geschehen.
Die Elektrodenanordnung 42 hat, wie .aus Fig. 2 ersichtlich ist, ein bleistiftähnliches Aussehen. Wie Fig. 3 zeigt, weist die Elektrodenanordnung Elektro denelemente 44 und 46 auf, die voneinander durch ein Isoliermaterial 48 getrennt und von einem Isolator 50 abgedeckt sind. Die Elektroden 44 und 46 haben einen halbkreisförmigen Querschnitt und sind mit dem Isoliermaterial 48 haftend verbunden, so dass sie mit einander zur Bildung einer starren Anordnung zusam menwirken.
Fig. 4 zeigt das Werkstück 55 in Kontakt mit den Spitzen 43 einer Elektrodenanordnung 42, d. h. auf eine leitende Fläche 52 des Werkstückes aufgesetzt, das mit einem leitenden oder nichtleitenden Element 54 mikro verschweisst werden soll. Die durch das Werkstück hin- durchtretenden gestrichelten Linien zeigen den Weg des Stromes zwischen -den Elektroden 44 und 46 an. Die unteren Enden der Elektrodenanordnung erscheinen in Fig. 2 zugespitzt. Diese Ansicht ist jedoch wegen der Grösse der miteinander zu verschweissenden Mikroele mente zwischen 0,127 mm und 0,254 mm (0,005" und 0,01") irreführend.
Im praktischen Betrieb muss jedoch das untere Ende 43 der Elektrodenanordnung ausgeflacht sein, wie in Fig. 4 gezeigt.
Durch die haftende Verbindung der Elektroden 44 und 46 miteinander, die nur durch ein Isoliermaterial 48 getrennt sind, ist der Abstand zwischen den Elektro denelementen 44 und 46 genau festgelegt. Dieses Merk mal ist beim Mikroschweissen ausserordentlich wichtig, da kleinste Veränderungen im Abstand der Elektrode eine beträchtliche Wirkung auf die dem Werkstück zu geführte Wärme und damit auf den Zustand der Schweissverbindung hat. Bei der beschriebenen Anord nung ist das Problem der Qualitätskontrolle bei Mikro schweissarbeiten weitgehend vereinfacht.
Im Gegensatz dazu ist, wenn die Elektroden in Abstand voneinander angeordnet sind, das Problem der Qualitätskontrolle beim Mikroschweissen sehr schwierig. Dies ist dadurch bedingt, dass sehr geringfügige Veränderungen im Ab stand der Elektroden, wie sie durch Raumschwingungen oder Wärmedehnung ,der Elektrodenhalterung verur sacht werden können, beträchtliche Wirkungen auf die dem Werkstück zugeführte Wärmemenge haben kön nen. Bei der in Fig. 2 und 3 dargestellten Elektroden anordnung werden Elektroden verwendet, welche einen im wesentlichen halbkreisförmigen Querschnitte haben. Es können natürlich auch andere Formen für die Elek trodenanordnung vorgesehen werden.
Beispielsweisse wird die in Fig. 5 dargestellte Elektrodenanordnung 56 durch eine äussere rohrförmige Elektrode 58 und eine innere zylindrische Elektrode 60 gebildet, die beide voneinander durch ,ein rohrförmiges Dielektrikum 62 ge trennt sind.
Bei der in Fig. 3 oder 5 gezeigten ElektTodenan- ordnung können, wenn die auf dem Werkstück aufsit zenden oder unteren Enden 43 der Elektrodenanord- nungen 42 oder 56 abgenutzt werden, diese ohne Ver änderung des besonderen Verhältnisses zwischen den Elektroden nachgeschärft werden.
Die Elektrodenanordnung 42 ist mit einem festen Bund 63 versehen, der an dieser durch geeignete Mittel befestigt ist. Im Ende 40 des Armes 36 ist eine mit Flanschen versehene Hülse oder Buchse 65 angeord net, deren ,geflanschtes oberes Ende 67 gegen den Bund 63 zur Anlage gebracht werden kann. Der Aussen- durchmesser des Mittelteils der Hülse 65 hat enge Pas sung in den Bohrung 71 des Armes 36, dessen freies Ende von dem oberen und dem unteren Hülsenflansch 67 und 69 übergriffen wird.
Am oberen, d. h. ;an dem Teil der Elektrodenan ordnung, der dem auf dem Werkstück aufsitzenden Teil 43 abgekehrt ist, ist ein napfförmiger Teil 64 angebracht (Fig. 2). Dieser napfförmige Teil kann mit Pellets 66 gefüllt sein oder ein gewichtsbelastetes Zwischenstück bzw. einen federbelasteten Träger tragen.
Bei der dar gestellten Anordnung ruht, wenn die Elektrodenanord nung 42 durch den Motor 28 zum Werkstück bewegt wird, der Bund 63 auf dem oberen Flansch 67 des Hülsenlagers (Buchse) 65 auf. Wenn jedoch der zur Auflage auf dem Werkstück bestimmte Teil 43 der Elektrodenanordnung Kontakt mit dem Werkstück hat, hat eine weitere Abwärtsbewegung des Armes 36 zur Folge, dass sich die Hülse 65 mit Bezug auf die Elek trodenanordnung in die in Fig. 2 mit strichpunktierten Linien gezeichnete Stellung nach unten bewegt, wobei die Hülse 65 die Elektrodenanordnung in aufrechter Stellung hält.
Die Berührungskraft zwischen dem das Werkstück berührenden Endteil 43 der Elektrodenan ordnung und dem Werkstück 52 hängt daher nur von dem Gewicht der Elektrode ab, das durch die Zahl der Pellets oder Gewichte 66 beeinflusst wird, welche sich in oder auf dem napfförmigen Teil 64 befindet. Durch diese Anordnung werden Veränderungen in der Kontaktkraft zwischen der Elektrodenanordnung und dem Werkstück im wesentlichen vermieden. Ferner wer den unvorhersehbare Veränderungen in dem auf den Werkstückbereich unter der Spitze ausgeübten Druck und im Stromfluss durch das Werkstück und damit in der dem Werkstückbereich zugeführten Wärme verrin gert.
Die beschriebene Arm-Elektrodenanordnung er gibt eine wesentlich verbesserte Qualitätskontrolle )der Mikroschweissung.
Für das Mikroschweissgerät ist eine in Fig. 6 dar gestellte und allgemein mit 112 bezeichnete elektroni sche Stromversorgung vorgesehen. Die elektronische Stromversorgung wird :bei dieser besonderen Ausfüh rungsform durch zwei monostabile Multivibratoren 114 und 116 gebildet, die mit einem elektronischen Schalter 118 verbunden sind. Die Multivibratonschaltung ist im allgemeinen von herkömmlicher Art und weist zwei Transistoren 120 und 122 zusammen mit einem Uni- junction-Transistor 124 auf.
Ausserdem ist eine Zeit schaltung mit einem Kondensator 126 und Widerstän den 128 und 130 dem Unijunction-Transistor zur Re gelung der Impulsperiode des Multivibrators zugeord net. Der Transistor 120 ist so vorgespannt, dass er nor malerweise leitet bzw. einen Leiter bildet, während der Transistor 122 so vorgespannt ist, dass .er normalerweise gesperrt isst bzw.
einen Nichtleiter bildet. Wenn ein Span nungsimpuls aus einer Spannungsquelle der Eingangs klemme 129 zugeführt wird, hat der Spannungsanstieg an der Basis des Transistors 120 zur Folge, dass dieser nichtleitend wird. Durch den Spannungsabfall an der Basis des Transistors 122 wird diesen leitend. Wenn dies der Fall ist, steigt die Spannung auf der Leitung 132, die mit dem Kollektor des Transistors 122 ver bunden ist, plötzlich an.
In diesem Falle bewirkt die Zeitschaltung aus dem Kondensator 126 und den Wi derständen 128 und 130 ein allmähliches Abfallen der Spannung an der Basis,des Unijunction-Transistors 124, bis er plötzlich nichtleitend wird. Dies hat zur Folge, dass die monostabilen Multivibratoren in ihren Anfangs- zustand zurückgekippt werden, so dass der Transistor 120 wieder leitend wird,
wähnend der Transistor 122 nichtleitend wird. Die vorangehend beschriebene Schal- tung ist im wesentlichen von herkömmlicher Art, und auf Seite 145, Fig. 13.17 im Buch General Electric Transistor Manual , 5th Edition, das von der General Electric Company veröffentlicht worden ist, beschrie ben. Durch die Betätigung des monostabilen Multivi- brabors tritt eine Rechteckwelle auf der Leitung 132 auf.
Die Dauer oder Periode der Rechteckwelle kann durch die Einstellung des Regelwiderstandes 128 ge regelt werden, während die Amplitude der, Rechteck- welle durch die Einstellung eines Riegelwiderstandes 134 in der Leitung 132 geregelt werden kann. Die Leitung 132 ist mit der Eingangsleitung 136 im elektronischen Schalter 11$ über einen Gleichrichter 138 verbunden.
Der monostabile Multivibrator 116 ist in seinem Aufbau und in seiner Wirkungsweise dem Multivibrator 114 identisch und so gestaltet, dass, wenn der Schalter 140 geschlossen wind, die Rückführung des Multivibra tors 114 in seinen stabilen Zustand einen Impuls aus löst, der zur Folge hat, dass der monostabile Multivibra tor 116 einen Rechteckimpuls. auf der Leitung 142 er zeugt. Die Dauer des Rechteckimpulses auf der Lei tung 142 wird durch einen Regelwiderstand 144 ge regelt, während die Amplitude des Rechteckwellenim pulses durch den Regelwiderstand 146 in der Leitung 142 geregelt wird.
Die Leitung 142 ist mit der Ein- gangsleitung 136 des elektronischen Schalters 118 über einen Gleichrichter 148 verbunden. Aus nachstehend näher erläuterten Gründen ist der monostabile Multi vibrator 116 so ausgebildet, dass .er einen Rechteck wellenimpuls liefert, dessen Amplitude wesentlich klei ner als die Amplitude des Rechteckwellenimpulses ist, der von dem monostabilen Multivibrator 114 abgege ben wird.
Wie aus Fig. 6 ersichtlich ist, ist die Eingangslei tung 136 mit der Basis eines Eingangstransistors 150 im elektronischen Schalter 118 verbunden. Der Kollek tor des Transistors 150 ist mit der Basis eines Ver stärkertransistors 152 verbunden. An beide Transistoren 150 und 152 ist eine Vorspannung gelegt, so dass sie leitend sind, wenn ein Rechteckwellenimpuls aus dem Multivibrator 114 oder 116 auf :der Eingangsleitung 136 auftritt.
Der phasengesteuerte elektronische Schalter 118 wird von einen normalen 115-Volt-Wechselstromquelle gespeist, die an Netzanschlussleitungen 154 und 156 angeschaltet ist, in welch letzterer sich ein Schalter 158 herkömmlicher Art befindet. Parallel zu den Netzan schlussleitungen 154 und 156 ist eine Anzeigelampe 160 ,geschaltet, um den Einschaltzustand anzuzeigen.
Der wechselstrom-phasengesteuerte elektronische Schalter 118 umfasst Dioden 162, 164, 166 und 168, welche zur Bildung eines Zweiweggleichrichters in Form .einer Brückenschaltung geschaltet sind. Die Ausgangs spannung des Gleichrichters tritt auf der Endleitung 170 auf. Die Endleitung 170 ist mit dem einen Ende einer Zenendiode 172 über einten Spannungsabfallwider- stand 174 verbunden.
Bei dieser Anordnung ist die sinusfönmige Eingangsspannung 176, welche in Fig. 7 durch die Wellenform 8a dargestellt ist, sowohl gleich- gerichtet als .auch modifiziert durch das Zusammen wirken zwischen den Silizium-Steuergleichrichtern, die nachstehend näher beschrieben werden und als. Kurz schluss für die Brückenschaltung und den Zweiweg gleichrichter wirken.
Die auf der Endleitung 170 auf- tretende tatsächliche Brückenausgangsspannung 178 hat daher eine Wellenform 8b, wie sie in Fig. :)gezeigt ist. Durch die Begrenzerwirkung der Zenerdiode 172 wird die Brückenausgangsspannung 8b modifiziert, so dass die an der Klemme 180 auftretende Spannung 182 eine Wellenform 8c hat, wie sie in Fig. 7 dargestellt ist.
Durch diese auf der gemeinsamen Leitung 184 auf tretende begrenzte Spannung 182 wird in Zusammen wirkung mit der Amplitude des Rechteckwellenimpulses, der von einem der Multivibratoren 114, 116 geliefert wird, der Kondensator 186 aufgeladen, während der Transistor 152 leitend wird. Die Zeitkonstante für den Ladekondensator 186 hängt von,der Grösse seiner Ka pazität, der Grösse. seines Widerstandes 188 und von der Grösse der Amplitude des Rechteckwellenausganges aus einem der Multivibratoren ab.
Die Klemme 190, welche mit der einen Seite des Kondensators 186 verbunden ist, ist mit dem Emitter 192 eines Unijunction-Transistors 194 verbunden. Die Spannung 195 am Kondensator 186 hat eine-Wellen form, wie bei 8d in Fig. 7 gezeigt. Wenn diese Span nung auf den richtigen festgelegten Pegel ansteigt, wird der Transistor 194 leimend, so dass sich der Konden sator 186 über die Primärwicklung 196 eines Impuls transformators 198 .entladen kann. Diese Bedingung führt zu einem plötzlichen Spannungsabfall am Kon densator 186.
Der Spannungsimpuls 200, der durch die Entladung des Kondensators 186 über den Unijunction- Transistor 194 und über die Primärwicklung 196 des Impulstransformators 198 verursacht wird, ist in Fig. 7 als Wellenform 8e dargestellt.
Der Impulstransformator 198 ist mit zwei Sekun därwicklungen 202 und 204 versehen. Die entgegen gesetzten Enden der Sekundärwicklung 202 sind mit dem Gatter- bzw. Auftastanschluss (gate terminal) der Kathode 208 eines Silizium-Steuergleichrichters 206 und einer Leitung 210 verbunden. In ähnlicher Weise sind die entgegengesetzten Enden der Sekundärwicklung 204 mit dem Gatter- bzw. Auftastanschluss der Kathode 212 eines Silizium-Steuergleichrichters 214 und einer Lei tung 216 verbunden.
Die Netzleitung 154 ist mit der einen Seite der Leitungen 210 und 216 über die Pri märwicklung 218 eines Schweisstransformators 220 ver bunden, während die Netzleitung 156 mit der entgegen gesetzten Seite der Leitungen 210 und 216 verbunden ist.
Wenn keiner der Silizium-Steuergleichrichter 206 oder 214 tätig ist, kann die Schweissleistung aus der sinusförmigen 115-Volt-Stromversorgung nicht durch die Primärwicklung 218 des Schweisstransformators 220 fliessen, da beide Silizium-Steuergleichrichter als offene Stromkreise wirken. Wenn jedoch die Polarität zwischen der Kathode und der Anode der Silizium-Steuergleich richter ein richtiges Verhältnis zu einem Zeitpunkt hat, in welchem ein Impuls dem Gatter der Kathode des Silizium-Steuergleichrichters zugeführt wird, wird dieses leitend und bleibt leitend, bis die Spannung zwischen der Kathode und der Anode des Silizium-Steuergleich richters während seiner Halbperiodendauer Null wird.
Im besonderen ist, wenn die Spannung aus-der Leitung 154 auf der Verbindungsleitung 222 kurzzeitig positiv ist, die Spannung der Anode 224 des Silizium-Steuer gleichrichters 214 mit Bezug auf die Kathode positiv: Daher wird, wenn ein Impuls 200 dem Gatter des Silizium-Steuergleichrichters 214 zu diesem- Zeitpunkt zugeführt wird, dieses leitend, so dass ein Leistungs- impuls ,durch die Primärwicklung 218 des Schweiss transformators 220 über die Leitung 216 und zurück zur entgegengesetzten Netzleitung 156 fliesst. Wenn je doch die gleiche positive Spannung auf der Leitung 222 und in der Leitung 210 auftritt, so würde dies die Kathode 208 des Silizium-Steuergleichrichters 206 po sitiv mit Bezug auf die Anode 226 machen.
Dies hat zur Folge, dass der gleiche Spannungsimpuls 200 aus, dem Impulstransformator<B>196</B> nicht in der Lage ist, den Silizium-Steuergleichrichter 206 aufzutasten, so dass dieser in der Leitung 210 weiterhin einen offenen Strom kreis bildet.
. Wenn das Potential auf der Leitung 222 wechselt und negativ statt positiv wird, sperrt der Silizium-Steuen- gleichrichter 214, wenn die Spannung zwischen seiner Kathode und seiner Anode Null wird und das Potential der Anode 224 des Silizium-Steuergleichrichters 214 mit Bezug auf die Kathode negativ wird. Durch einen Auf tastimpuls 200 aus dem Impulstransformator <B>198</B> kann daher unter diesen Bedingungen der Silizium-Steuer gleichrichter 214 nicht aufgetastet werden.
Wenn das Potential auf der Leitung 222 negativ wird, wird jedoch das Potential auf der Leitung 228 positiv. Daher wird die Anode 226 des Silizium-Steuergleichrichters 206 mit Bezug auf die Kathode 208 positiv. Wenn unter diesen Bedingungen ein Auftastimpuls 200 aus dem Impuls transformator 198 dem Silizium-Steuergleichrichter 206 zugeführt wird, wird dieser daher leitend und ein Strom kreis zwischen den Leitungen 222 und 228 über die Leitung 210 geschlossen. Es kann daher ein Leistungs impuls durch die Primärwicklung 218 des Schweiss transformators 220 fliessen.
Aus dem Vorangehenden ergibt sich, dass kein Lei- stungsimpuls durch die Primärwicklung 218 des Schweisstransformators 220 fliessen kann, sofern nicht entweder der Silizium-Steuergleichrichter 206 oder 214 leitend ist. Hieraus folgt, dass durch eine Regelung der Zeit vom Beginn der Wechselstromperiode, wenn ein Auftastimpuls an der Primärwicklung 196 des Impuls transformators 198 auftritt, die Form des durch die Schweisstransformatorwicklung 218 hindurchtretenden Leistungsimpulses geregelt werden kann.
Was nun die Wellenform 8f in Fig. 7 betrifft, so zeigt der gestrichelte Teil der Sinus-Wellenform 230 Teile eines sinusförmigen Impulses an, der durch die Netzeingangsleitungen 154 und 156 zugeführt wird, wenn die Silizium-Steuergleichrichter 206 und 214 nichtlei tend sind. Aus der Wellenform 8e in Fig. 7 ergibt sich jedoch, dass, sobald ein schwacher Impuls 200 an der Primärwicklung 196 des Impulstransformators 198 auf tritt, einer der Silizium-Steuergleichrichter leitend wind, so dass der restliche Teil des Spannungszyklus durch die Primärwicklung<B>218</B> -des Schweisstransformators 220 hindurchtreten kann.
Wie erwähnt, werden die Silizium-Steuergleichrich- ter 206 und 214 jedesmal gesperrt, wenn die Span nung zwischen ihren Kathoden und Anoden durch Null hindurchgeht. Daher kann die Energie in jedem Span nungsimpuls 230, welcher der Primärwicklung 216 des Schweisstransformators zugeführt wird, in der gewünsch ten.
Weise dadurch eingestellt werden, dass die Grösse des Kondensators 186 oder die Grösse des Widerstandes 188 oder die Amplitude des Rechteckwellenimpulses aus dem Multivibrator verändert wird, welche zusam men den Zeitraum bestimmen, der erforderlich ist, da mit der Unijunction-Transistor 194 entsperrt wird und .ein Spannungsimpuls 200 der Primärwicklung 196 des, Impulstransformators 198 zugeführt wird.
Der Multivibrator 114 ist so eingestellt, dass die Periode seines Rechteckwellen-Spannungsimpulses im Vergleich zur Periode einen 115-Volt-Wechselstrom- Stromversorgung an den Eingangsleitungen 154 und 156 gross ist. Als Folge hiervon bleibt die Wechsel stromschalterstufe 118 nur so lange betätigt, als ein positiver Impuls auf der Eingangsleitung 136 auftritt. Wähnend dieser Zeit tritt eine Reihe von Spannungs impulsen, von denen jeder eine genaue und geregelte Energiemenge enthält, durch die Primärwicklung 218 des Schweisstransformators 220 jedesmal hindurch, wenn der Multivibrator 114 einen Rechteckwellenim puls liefert.
Durch eine Regelung der Periode des Recht eckwellenimpulses kann daher die Zahl der durch den Schweisstransformator hindurchtretenden Impulse genau geregelt werden.
Wenn der Schalter 140 geschlossen wird, wird, nachdem der Multivibrator 114 seinen Rechteckwellen impuls vervollständigt, durch das Zurückkippen des Multivibrators 114 in seinen stabilen Zustand ein zwei ter Rechteckwellenimpuls im Multivibrator 116 aus gelöst. Die Amplitude dieses vorangehend beschriebe nen Rechteckwellenimpulses ist kleiner als die Ampli tude eines Rechteckwellenimpulses aus dem Multivibra tor 114. Hierdurch wird Je Aufladezeit des Konden sators 186 im elektronischen Schalter<B>118</B> so beeinflusst, dass eine Vielzahl von Impulsen, welche eine kleinere Energiemenge enthalten, durch die Primärwicklung 218 des Schweisstnansformators 220 hindurchtritt.
Hierdurch wird :das Werkstück automatisch mit einer verringerten Wärmemenge beliefert, um das Werkstück allmählich abzukühlen und unerwünschte Wärmebeanspruchungen zu vermeiden, welche durch plötzliches Abkühlen ver- ursacht werden könnten.
Beim Widerstandsschweissen hängt die im Werkstück erzeugte Wärme von der Grösse des hindurchfliessenden Stromes ab. Diese hängt wiederum von dem Wider stand zwischen den das Werkstück berührenden Elek troden ab. Wenn sich der Widerstand zwischen den Elektroden und dem Werkstück verändert, verändern sich auch der Stromfluss und die dem Werkstück zu geführte Wärme.
Da sich der Widerstand zwischen den Elektroden und dem Werkstück als Folge eines nicht ausreichenden Druckes oder wegen der Anwesenheit von Fremdkörpern verändern kann, kann die Energie in den tatsächlich durch das Werkstück fliessenden Schweissim pulsen unvoraussagbar werden, wodurch die Qualitäts kontrolle der Mikroschweissverbindungen beeinträchtigt wird.
Um dies zu vermeiden, wird zweckmässig eine Einrichtung vorgesehen, durch welche angezeigt wird, wenn der Kontakt zwischen den Elektroden und dem Werkstück nicht einwandfrei ist oder, wenn aus irgend einem Grunde der Kontakt zwischen den Elektroden und dem Werkstück so schlecht ist, dass in den Strom kreis beträchtliche und unerwünschte Widerstände her eingebracht werden.
Wie in Fig. 6 gezeigt, sind die entgegengesetzten Enden der Sekundärwicklung 232 des Schweisstransfor mators 220 je mit einer der Elektroden 44 und 46 verbunden. Selbst wenn kein Schweissimpuls durch die Primärwicklung 218 des Schweisstransformators 220 hindurchtritt, fliesst ein schwacher Strom infolge der Wirkung des Brückengleichrichters, der eine geringe Strommenge an die Zenerdiode 172 liefert.
Wenn, wie gezeigt, ein geeignetes Voltmeter 234 zwischen diese Elektroden 44 und 46 geschaltet ist, lässt sich eine Erhöhung der Spannung zwischen den Elektroden 44 und 46, welche durch einen nicht einwandfreien Kon takt mit dem Werkstück verursacht wird, feststellen. Das Voltmeter 234 liefert daher eine Anzeige darüber, ob die Elektroden 44 und 46 einwandfreien Kontakt mit dem Werkstück haben.
Der Betrag, mit welchem die Ablesung am Volt meter 234 von der Spannung zwischen den Elektroden 44 und 46 abweicht, die einem guten Kontakt mit dem Werkstück entspricht, kann als Mittel zur Rege lung der Stromzufuhr in der Weise dienen, dass die Amplitude und die Zahl der der Primärwicklung 218 des Schweisstransformators 220 zugeführten Leistungs- impulse selbsttätig zum Ausgleich für den schlechten Kontakt zwischen den Elektroden und dem Werkstück zunimmt. Dies erfordert eine Rückkopplungsschaltung, beispielsweise von der in Fig. 9 dargestellten Art.
Bei der abgeänderten Stromversorgung, welche in Fig. 8 allgemein mit 235 bezeichnet ist, sind die Lei tungen 236 und 238, welche mit den Enden .der Se kundärwicklung 232 des Impulstransformators 220 ver- bunden sind, zwischen den Elektroden 44 und 46 mit der entgegengesetzten Seite eines allgemein mit 240 be zeichneten Iodengleichrichters in Brückenschaltung ver bunden. Die pulsierende negative Ausgangsspannung des Brückengleichrichters, 240 tritt an der Klemme 242 auf.
Diese pulsierende Ausgangsspannung wird durch einen ausreichend grossen Kondensator 244 geglättet und in die eine Seite eines Differentialverstärkers 246 ein gespeist. Die entgegengesetzte Seite des Differentialver- stärkers 246 ist mit dem Gleitkontakt eines geerdeten Regelwiderstandes 248 verbunden. An die dem geerde ten Ende entgegengesetzte Seite :des Regelwiderstandes 248,ist eine Speisespannung angeschaltet.
Die Ausgangs spannung des Differentialverstärkers, die an der Klemme 250 auftritt, stellt eine Spannung dar, welche zum Un terschied zwischen der richtigen Spannung zwischen den Elektroden 44 und 46, welche auftreten würde, wenn diese Elektroden guten Kontakt mit dem Werkstück haben und der tatsächlich auftretenden Spannung pro portional ist. Die Klemme 250 ist mit dem elektroni schen Schalter. 118 an der Eingangsklemme 252 ver bunden (siehe Fig. 6).
Bei dieser Anordnung nimmt infolge der an der Eingangsklemme 252 liegenden negativen Spannungs differenz die Zeitkonstante für den Ladekondensator 186 zu, wodurch die dem Schweisstransformator 220 zugeführth Energie herabgesetzt wird.
Die verringerte Energie der durch die Primärwicklung 218 während eines Schweissvorgangs hindurchtretenden Leistungsim pulse ergibt eine selbsttätige Kompensation der Elektno- denanordnung für den erhöhten Widerstand zwischen den Elektroden und dem Werkstück. Auf diese Weise wird die Qualitätskontrolle und die Zuverlässigkeit der durch das erfindungsgemässe Schweissgerät gebildeten Schweissverbindungen aufrechterhalten.
Ein anderes Verfahren zum Ausgleich bei :einem schlechten Kontakt zwischen der Elektrodenanordnung 42 und dem Werkstück besteht darin, dass der Druck, den die Elektrodenanordnung auf das Werkstück aus übt, erhöht wird. Bei der in Fig. 9 gezeigten und all gemein mit 254 bezeichneten abgeänderten Steuerschal tung wird dies dadurch erreicht, dass die an die Elek troden 44 und 46 angeschalteten Leitungen 236 und 238 mit einem Verstärker 256 verbunden sind. Die Leitung 236 von der Elektrode 44 verläuft über Ruhe- kontakte 258 eines Relais 260.
Die Enden der Wick lung des Relais 260 sind an die Leitungen 236 und 238 angeschaltet. Die Relaiswicklung 260 ist so be messen, dass, wenn ein Leistungsimpuls durch die Pri märwicklung 218 des Schweisstransformators 220 hin durchtritt, die Spannung an den Leitungen 236 und 238 ausreicht. dass ;durch das Relais 260 der Kontakt 258 geöffnet wird, so dass der Motor 28 nicht arbeitet.
Der Ausgang ;des Verstärkers 256 ist mit den En den der Wicklung eines Relais 262 verbunden. Diesem Relais sind zwei Arbeitskontakte 264 zugeordnet, wo bei, wenn die Eingangsspannung zum Verstärker 256 ausreichend hoch ist, die dem Relais 262 zugeführte Leistung zur Folge hat, dass die Kontakte 264 schlie ssen. De mit der Netzeingangsleitung 154 verbundene Versorgungsleitung 266 ist mit der einen Seite der Ar beitskontakte 264 verbunden. Die entgegengesetzten Seiten des Kontakts 264 sind mit der einen Seite einer Haltespule 268 und mit dem Motor 28 verbunden. Die entgegengesetzten Enden der Haltespule 268 und des Motors 28 sind über eine Leitung 270 mit der Netz eingangsleitung 156 verbunden.
Bei dieser Anordnung hat, wenn der Schalter 158 geschlossen ist und wenn sich die Elektroden 44 und 46 nicht in Kontakt mit dem Werkstück befinden, die Spannung zwischen den Elektroden 44 und 46, welche durch den Stromfluss durch ;die Primärwicklung 218 des elektronischen Schalters 118 verursacht wird, einen Höchstwert für Bedingungen, wenn kein Schweissimpuls der Primärwicklung 218 des Transformators zugeführt wird. Diese Spannung reicht bei Verstärkung durch den Verstärker 256 aus, dass das Relais 262 die Kontakte 264 schliesst.
Hierdurch wird der Motor 28 in Tätigkeit gesetzt und werden die Elektroden in Kontakt mit dem Werkstück bewegt. Wenn die Elektroden 44 und 46 in Kontakt mit dem Werkstück kommen, nimmt der Widerstand zwischen den Elektroden und dem Werk stück mit zunehmender Kontaktkraft ab, bis die Elek troden guten Kontakt mit dem Werkstück haben, wo durch die Spannung zwischen den Elektroden 44 und 46 auf einen Mindestwert abfällt. Dies hat zur Folge, dass das Relais 262 die Kontakte 264 öffnet, wodurch die Stromversorgung des Motors 28 abgeschaltet wird und die durch die Haltespule 268 gehaltenen Elektro den 44 und 46 freigegeben werden.
Bei dieser besonderen Ausführungsform ist die Haltespule 268 auf dem in Fig. 10 dargestellten Arm 36 angeordnet. Der Arm 36 ist bei dieser besonderen Ausführungsform mit :einem halbkreisförmigen Ein spannelement 272 fest verbunden (siehe Fig. 11 und 12). Diesem halbkreisförmigen Einspannelement 272 ist ein gegenüberliegendes halbkreisförmiges Einspannele ment 274 zugeordnet und mit diesem durch zwischen geschaltete, unter Druck stehende Schraubenfedern 276 verbunden. Beide halbkreisförmigen Einspannelemente 272 und 274 sind aus einem magnetischen Material hergestellt, so dass, wenn die Haltespule 268 betätigt wird, die Einspannelemente 272 und 274 magnetisiert und zusammengezogen werden, wie in Fig. 11 gezeigt.
Hierdurch wird die Elektrodenanordnung 42 von Aden Einspannelementen 272 und 274 :eng umfasst, so dass, wenn der Arm senkrecht mit Bezug auf das Werkstück bewegt wird, die Elektrodenanordnung mitgenommen wird.
Wenn die Stromversorgung der Haltespule 26,8 ab geschaltet wird, werden durch die zusammengedrückten Federn 276 die halbkreisförmigen Einspannelemente auseinandergedrückt, so dass sie sich ausreichend von einander trennen und die Elektrodenanordnung 42 zwi schen ihnen frei beweglich ist.
Bei dieser Anordnung bleibt der Motor 28 eingeschaltem, bis die Elektroden anordnung 42 guten Kontakt mit dem Werkstück hat, wodurch die Berührungskraft zwischen der Elektroden anordnung und dem Werkstück ständig erhöht wird. Nachdem jedoch ein guter elektrischer Kontakt mit dem Werkstück erhalten worden ist, wird die Haltespule 268 abgeschaltet, so dass der einzige durch hie Elektroden anordnung 42 auf das Werkstück ausgeübte Druck durch das Gewicht der Elektrodenanordnung allein ver ursacht wird. Der Anfangsdruck zwischen der Elektro denanordnung und ;dem Werkstück isst daher für jeden Schweissvorgang der gleiche. Das Problem der Quali tätskontrolle beim Mikroschweissen ist daher vereinfacht.
Die Erfindung ist nicht auf die gezeugte und vor angehend beschriebene bevorzugte Ausführungsform be schränkt, sondern kann innerhalb ihres Rahmens hin sichtlich Form, Grösse und Anordnung der Teile ver schiedene Abänderungen erfahren.