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Verfahren und Vorrichtung zum Lichtbogen-Bolzenschweißen Die Erfindung
betrifft ein Verfahren zum Lichtbogen-Bolzenschweißen von Metallen mit Kondensatorentladung
und Berührungszündung sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
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Beim Bolzenschweißen mit Kondensatorentladung und Berührungszündung
(initial contact) war man bisher auf Bolzen mit einer besonderen Zündspitze angewiesen,
die beim Durchgang des Kondensator-Entladestromes verdampfte und dem sehr kurzzeitigen
Schweißlichtbogen einen leitfähigen übergang verschaffte. Neben den besonders präparierten
Bolzen machten sich die wechselnden Übergangswiderstände zwischen Bolzen und Blech
dann nachteilig bemerkbar, wenn die Schweißenergie, z. B. an sehr dünnen Blechen,
sehr genau bestimmt sein mußte. Um mit normalen Bolzen auskommen zu können und um
dem Schweißlichtbogen einen leitfähigen übergang zu schaffen, ist man zu Verfahren
mit Vorlichtbögen verminderter Stromstärke übergegangen. Diese Vorlichtbögen setzen
jedoch eine be-
sondere Stromquelle voraus, so daß man nicht mehr mit einem
einzigen Schweißkondensator auskommen konnte.
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Die Erfindung hat sich zur Aufgabe gesetzt, mit einem einzigen Schweißstromkondensator
auskommen und dennoch das Vorlichtbogen-Verfahren anwenden zu können.
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Die Erfindung besteht darin, daß die Entladezeit des Kondensators
durch eine mit ihm in Reihe im En#tladekreis liegende Induktivität gedehnt wird,
und daß der Entladestrom in zeitlich bestimmter Folge zunächst einen Vorlichtbogen
verminderter Stärke beim Zurückziehen des Bolzens und darauf den vollen Schweißlichtbogen
beim Vorstoßen des Bolzens unterhält.
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Ein zweckmäßiges Gerät zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens
besteht darin, daß in Verbindung mit einem Schweißwerkzeug zum Zurückziehen eines
Bolzens von einem Werkstück mit einer Schweißstromquelle und einer Steuerschaltung
zur Erzeugung eines Vorlichtbogens geeigneter Intensität bei gleichzeitigem Zurückziehen
des Bolzens von dem Werkstück sowie anschließendem Schweißlichtbogen und Rückführen
des Bolzens zum Werkstück die Schweißstromquelle in an sich bekannter Weise als
Speicherkondensator ausgebildet ist, und daß der Speicherkendensator in Reihe mit
einer Induktivität und einem Stromkreis zum Aufladen des Kondensators auf einen
vorbestimmten Spannungswert liegt.
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Nach einer speziellen Ausführungsform der Erfindung weist der Steuerstromkreis
ein von einem Anlaßschalter betätigtes Relais zur Erzeugung einer Spule in dem Werkzeug
zum Zurückziehen des Bolzens und zum Schließen des Vorlichtbogenstromkreises sowie
ein zweites Relais auf, das von dem ersten Relais betätigt wird, um den Hauptschweißstromkreis
aufzubauen und die Spule zu entregen. Vorzugsweise ist der Speicherkondensator mit
einem spannungsempfindlichen Relais verbunden, das den Ladestromkreis unterbricht,
wenn der Kondensator auf eine von der Einstellung des Relais abhängige bestimmte
Spannung aufgeladen ist.
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Ein Gerät gemäß der Erfindung wird nun an Hand der Zeichnung beschrieben,
wobei F i g. 1 ein Schaltschema und F i g. 2 eine graphische Kurve
zeigt, welche die Veränderung des Stromes mit der Zeit während eines Schweißvorganges
zeigt.
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Das Gerät wird von einer mit einem Transformator 2 verbundenen Wechselstromquelle
1 gespeist. Die Sekundärwicklung des Transformators 1
ist an einen
Zweiweggleichrichter 3 mit positiven und negativen Klemmen 4 und
5 angeschlossen, welche dem Schweißstromkreis Gleichstrom liefern.
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Der Gleichrichter 3 lädt einen Speicherkondensator
10 auf, an welchen ein spannungsempfindliches Relais 11 mit Kontakten
lla angeschlossen ist, die bei entregtem Relais normalerweise geschlossen sind.
Das Relais ist so eingestellt, daß es bei der erforderlichen Spannung die Kontakte
11 a öffnet. Der Kondensator 10 wird von einem Stromkreis aufgeladen,
der einen Ladewiderstand 12 und ein Paar Kontakte 13 enthält, die in Intervallen
selbsttätig von einem
schematisch mit M bezeichneten Elektromotor
geöffnet werden. Wenn-die Spannung über den Kondensator 10 einen der Einstellung
des Relais 11 entsprechenden Wert erreicht, öffnen sich die Kontakte
11 a und unterbrechen den Ladestromkreis, und unter der Annahme, daß
die Kontakte 13 geschlossen sind, wird das Relais 11 dann unm ittelbar
über den Gleichrichter 5 angeschlossen, um es erregt zu halten. Unter diesen
Umständen wird es von dem Kondensator 10 abgeschaltetund kann nicht
auf einen Spannungsabfall des Kondensators auf Grund entweder einer vollständigen
Entladung infolge eines Schweißens oder einer Ableitung während der Zeiten, wo er
nicht arbeitet, ansprechen.
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Durch das periodische öffnen der Kontakte 13
wird das Relais
11 jedoch von dem Gleichrichter 5
abgeschaltet, so daß- es entregt
wird. Sobald dieses eintritt, schließen sich die Kontakte lla und das Relais
11 wird dann wieder an den Kondensator 10 angeschlossen. Unter der
Voraussetzung, daß die Spannung an dem Kondensator noch ihren bestimmten Wert hat,
wird das Relais wieder betätigt; wenn aber die Spannung gefallen ist, so bleibt
das Relais entregt, bis sich die Kontakte 13 wieder schließen und sich damit
der Ladestromkreis schließt. Dadurch wird die Spannung des Kondensators wieder auf
ihren bestimmten Wert gebracht, wenn die Kontakte 11 a,
wie oben beschrieben, offen sind. Die Relaisspule 11 hat einen kleinen, parallel
geschalteten Kondensator 14, um ein Flattern der Kontakte 11 a
zu verhindern,
wenn die Spannung in dem Kondensator 11 im Bereich der Betriebsspannung des
Relais schwankt.
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Der Kondensator 10 dient als Energiequelle zum Anschweißen
eines Bolzens 20 an ein Werkstück 21, welches gewöhnlich die Form einer dünnen Metallplatte
hat. Das Schweißwerkzeug selbst ist nicht dargestellt, da verschiedene Ausführungsformen
davon an sich bekannt sind. Das Schweißwerkzeug besitzt normalerweise eine Spule
22, welche den Bolzen 20 von dem Werkstück 21 entgegen der Wirkung einer nicht dargestellten
Feder zurückzieht. Das Schweißwerkzeug wird von einem Druckknopfschalter
23 ge# steuert. Wenn dieser eingedrückt ist, wird ein Stromkreis von der
positiven Seite durch den Schalter 23,
die Relaisspule 24 und von dort durch
den Bolzen 20 zu dem Werkstück 21 geschlossen, welches an die negative Klemme des
Gleichrichters 45 angeschlossen ist. Die Relaisspule 24 hat einen hohen Widerstand
und verhindert einen wahrnehmbaren Stromfluß zwischen dem Bolzen 20 und dem Werkstück
21. Dieser Strom betätigt das Relais 24, um drei Paare von normal offenen Kontakten
18 a, 18 b und 18 c zu schließen. Durch das Schließen
der Kontakte 18a wird ein Stromkreis durch die Spule 22 geschlossen und der Bolzen
20 von dem Werkstück 21, wie be-
schrieben, zurückgezogen. Gleichzeitig wird
durch das Schließen der Kontakte 18 b ein Stromkreis von der positiven Klemme
des Kondensators 10 durch einen Begrenzungswiderstand 30 und von dort
durch den Bolzen 20 und das Werkstück 21 zurück zu der negativen Klemme des
Kondensators 10 geschlossen.
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Das Vorhandensein des Widerstandes 30 begrenzt diesen Strom,
so daß ein Leitlichtbogen verringerter Stärke zwischen dem Bolzen 20 und dem Werkstück
21 entsteht.
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Durch das Schließen der Kontakte 18 c wird ein Stromkreis zu
der Spule eines Leistungsschalters oder Schützes 31 mit einem normal offenen
Kontaktpaar 31 a und einem normal geschlossenen Kontaktpaar 31 b geschlossen.
Durch das Schließen der Kontakte 31 a wird ein Stromkreis durch eine Induktivität
,-32 geschlossen, welche den Widerstand 30 in dem Leitlichtbo enstromkreis
kurzschließt und ermög-9 licht, daß der volle Schweißstrom in den Lichtbogen fließt.
Durch das Vorhandensein der Induktivität 32
wird die Entladung des Kondensators
10 in der ursprünglich beschriebenen Weise verlängert, wie in F i
g. 2 dargestellt ist. Gleichzeitig mit dem Schließen der Kontakte
31 a öffnen sich die Kontakte 31 b und entregen die Spule 22. Infolgedessen
kehrt der Bolzen 20 zu dem Werkstück 21 in einem sehr kurzen Zeitintervall zurück.
Dieses Zeitintervall ist trotzdem nicht ausreichend, um eine Entladung des Kondensators
10 zu ermöglichen, so daß der volle Schweißlichtbogen nur für den sehr kurzen
Zeitraum brennt, in welchem der Bolzen zu dem Werkstück zurückgeht. Auf diese Weise
wird das Entladen des Kondensators genau mit der Bewegung des Bolzens synchronisiert,
so daß selbst auf einer dünnen Platte eine einwandfreie Schweißstelle erzeugt wird.
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F i g. 2 zeigt einen Vergleich zwischen der Entladung eines
Kondensators 2 mit und ohne in Reihe geschaltete Induktivität. Die graphische Darstellung
zeigt den Strom I in Abhängigkeit von der Zeit t. Die Kurve 40 zeigt, daß bei Fehlen
irgendeiner Induktivität der Strom schnell auf eine hohe Spitze ansteigt und dann
ebenso schnell wieder fällt. Die gestrichelte Linie 41 ist eine Bezugslinie, die
die Höhe des Stromes zeigt, welche zur Ausführung einer Schweißung erforderlich
ist. Es ist ersichtlich, daß annähernd dreiviertel der Fläche von der Kurve 40 über
dieser Bezugslinie liegt. Die Kurve 42 zeigt die Wirkung der Induktivität
32 in dem Stromkreis. Es ist ersichtlich, daß das Ansteigen und Abfallen
des Stromes erheblich langsamer erfolgt und daß auch der Spitzenwert tiefer liegt.
Mit anderen Worten, die Entladeperiode des Kondensators wird verlängert und &durch
die SynchronisatIon erleichtert; die nützliche Fläche oberhalb der Linie 40 ist
noch für S;chweißzwecke ausreichend.