DE1565746B2

DE1565746B2 - Butt welding device containing means for separating two workpieces from one another and then bringing them back into contact with one another

Info

Publication number: DE1565746B2
Application number: DE19661565746
Authority: DE
Inventors: Johan Nicolaas Dommering; Anne Evert Elzer
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1965-11-10
Filing date: 1966-11-08
Publication date: 1975-07-24
Also published as: FR1502185A; NL6514562A; DE1565746A1; BE689442A; NL146734B; GB1164317A; JPS4816416B1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Stoßschweißen, die Mittel enthält, um zwei zu verschweißende Werkstücke, die elektrischen und mechanischen Kontakt miteinander haben, voneinander zu trennen, nachdem ein elektrischer Strom durch die Kontaktstelle geflossen ist, und sie danach wieder miteinander in Kontakt zu bringen, wobei die Mittel eine elektromagnetische Vorrichtung enthalten, durch welche ein Strom fließt, der eine elektromagnetische Kraft erzeugt, welche die trennende Bewegung der Werkstücke steuert.The invention relates to an apparatus for butt welding which includes means for joining two to be welded Workpieces that have electrical and mechanical contact with each other close to each other separate after an electric current has flowed through the contact point, and then again with one another to bring into contact, the means including an electromagnetic device through which a current flows that creates an electromagnetic force that causes the separating movement of the workpieces controls.

Eine derartige Vorrichtung ist z. B. aus der DT-PS 98 468 bekannt.Such a device is e.g. B. from DT-PS 98 468 known.

Eine ähnliche Vorrichtung ist ferner bekannt aus der DT-PS 9 63 363. Dort steuert eine elektromagnetische Vorrichtung, nämlich eine Magnetspule, die trennende Bewegung der Werkstücke. Um diese wieder miteinander in Kontakt zu bringen_vist eine Feder vorgesehen. In gleicher Weise arbeitet auch eine weiterhin bekannte Vorrichtung, wie sie aus der DT-PS 9 65 655 bekannt ist. Schließlich zeigt auch die GB-PS 1 60 768 eine ähnliche Vorrichtung.A similar device is also known from DT-PS 9 63 363. There, an electromagnetic device, namely a magnetic coil, controls the separating movement of the workpieces. To _v to bring again contact each other this is a spring is provided. Another known device, as is known from DT-PS 9 65 655, also works in the same way. Finally, GB-PS 1 60 768 shows a similar device.

Allen bekannten Vorrichtungen ist jedoch gemeinsam, daß sie unterschiedliche Anzahlen aktiver Elemente benötigen. Dies bedingt eine verhältnismäßig große Zeitdauer des Schweißvorganges.However, all known devices have in common that they have different numbers of active elements require. This requires a relatively long time for the welding process.

Hinzu kommt, daß sich die Bogenentladung, die auftritt, wenn die Werkstücke voneinander getrennt werden, als ungenügend reproduzierbar erweist. Auch ist eine verhältnismäßig große elektrische Energie erforderlich, und die Schweißverbindung erweist sich oft als unzureichend. Diese ungünstigen Eigenschaften sind hauptsächlich auf die lange Zeitdauer des Schweißvorganges zurückzuführen.In addition, the arc discharge that occurs when the workpieces are separated from one another proves to be insufficiently reproducible. A relatively large amount of electrical energy is also required, and the weld joint often turns out to be insufficient. These are unfavorable properties mainly due to the long duration of the welding process.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die bei geringerem elektrischem Energieaufwand mit einer geringeren Schweißzeit auskommt und darüber hinaus wesentlich einfacher aufgebaut ist.The present invention is therefore based on the object of providing a device of the type mentioned at the beginning To create a type that manages with less electrical energy and a shorter welding time and is also much simpler.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Strom durch die elektromagnetische Vorrichtung während des Schweißvorganges das Vorzeichen ändert.According to the invention, this object is achieved in that the current flows through the electromagnetic device changes the sign during the welding process.

Der Erfindung liegt dabei die Erkenntnis zugrunde, daß eine kurze und reproduzierbare Schweißzeit eine feste und ebenfalls reproduzierbare Schweißverbindung gewährleistet.The invention is based on the knowledge that a short and reproducible welding time Fixed and also reproducible welded joint guaranteed.

Man kann die gesamte Schweißzeit in drei Teile teilen: The total welding time can be divided into three parts:

1. die Vorzeit, das ist die Zeit, während welcher der Strom fließt und die Werkstücke noch Kontakt miteinander haben,1. The prehistory, that is the time during which the current flows and the workpieces are still in contact have with each other,

2. die Bogenzeit, das ist die Zeit, während welcher die Bogenentladung zwischen den voneinander getrennten Werkstücken auftritt,2. the arc time, that is the time during which the arc discharge between the separated Work pieces occurs,

3. die Nachzeit, das ist die Zeit, während der noch Strom durch die Kontaktstellen fließt, nachdem die Werkstücke wieder miteinander in Kontakt gebracht worden sind.3. The post time, that is the time during which current still flows through the contact points after the Workpieces have been brought into contact with one another again.

Sowohl an die Vorzeit als auch an die Bogenzeit wird als Anforderung gestellt, daß sie sehr kurz sein müssen. Die Dauer der Nachzeit ist nicht so wichtig; sie darf vernachlässigbar kurz sein.Both the prehistoric times and the arc times will made as a requirement that they must be very short. The duration of the post-time is not so important; she may be negligibly short.

Gemäß einem weiteren Kennzeichen wird der Strom durch die elektromagnetische Vorrichtung der Diagonalspannung einer Brücke entnommen, deren eines Paar von einander gegenüberliegenden Zweigen Spulen und das andere Paar Kondensatoren enthält.According to a further characteristic, the current through the electromagnetic device becomes the diagonal voltage taken from a bridge, one of which has a pair of opposing branches of which coils and the other pair contains capacitors.

Gemäß einem anderen Kennzeichen wird die Brücke aus einem Ladekondensator gespeist und ist zwischen dem Ladekondensator und der Brücke ein gesteuertes aktives Element aufgenommen, dessen Steuerkreis mit dem Steuerkreis eines weiteren gesteuerten aktiven Elementes gekoppelt ist, das in dem Kreis liegt, der den elektrischen Strom durch die Kontaktstelle zustandebringt. According to another characteristic, the bridge is fed from a charging capacitor and is between the charging capacitor and the bridge included a controlled active element, its control circuit with is coupled to the control circuit of a further controlled active element, which is located in the circle that the brings about electric current through the contact point.

Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung wird der Strom durch die elektromagnetische Vorrichtung einer Parallelschaltung von zwei gesteuerten aktiven Elementen entnommen, die nacheinander leitend werden und je einen in Richtung und Größe verschiedenen Strom durch zwei Spulen schicken, welche Ströme eineAccording to a further feature of the invention, the current is passed through the electromagnetic device taken from a parallel connection of two controlled active elements, which become conductive one after the other and send a current of different direction and size through two coils, which currents are one

zeitlich die Richtung und Größe ändernde Spannung erzeugen.generate tension that changes direction and magnitude over time.

Gemäß einem weiteren Kennzeichen wird das Leitendwerden des gesteuerten aktiven Elementes, das den größten Strom führt, durch die beim Trennen der Werkstücke auftretende Bogenspannung zustandegebracht. According to a further characteristic, the becoming conductive of the controlled active element, the carries the largest current, brought about by the arc voltage that occurs when the workpieces are separated.

Die Erfindung wird an Hand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigtThe invention is explained in more detail with reference to the drawing. It shows

F i g. 1 schematisch eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung,F i g. 1 schematically a first embodiment of a device according to the invention,

F i g. 2 Diagramme zur Erläuterung der Wirkungsweise der Vorrichtung nach F i g. 1,F i g. 2 diagrams to explain the mode of operation of the device according to FIG. 1,

F i g. 3 schematisch eine zweite Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung.F i g. 3 schematically a second embodiment of a device according to the invention.

In F i g. 1 ist das Werkstück 1 ein Draht, der an eine Platte 2 geschweißt werden muß. Der Draht 1 ist in Klemme 3 geklemmt, die von einer durch einen Strom durch die Spule 4 erzeugten elektromagnetischen Kraft angetrieben wird. Mittels einer Feder 27 werden die Werkstücke 1 und 2 mit leichtem Druck gegeneinander gehalten.In Fig. 1, the workpiece 1 is a wire that is attached to a Plate 2 must be welded. The wire 1 is clamped in terminal 3, which is connected by a current electromagnetic force generated by the coil 4 is driven. By means of a spring 27, the Workpieces 1 and 2 held against each other with light pressure.

Die Spule 4 ist an die Sekundärwicklung des Transformators 5 angeschlossen, während zwischen den Werkstücken 1 und 2 über eine anzapfbare Drosselspu-Ie 14 die Sekundärwicklung des Transformators 15 angeschlossen ist.The coil 4 is connected to the secondary winding of the transformer 5, while between the Workpieces 1 and 2 are connected to the secondary winding of the transformer 15 via a tapping choke coil 14 is.

In der mit ausgezogenen Linien angegebenen Lage des Schalters 21 werden über die Widerstände 13 und 20 die Kondensatoren 12 und 19 aufgeladen. Danach wird dieser Schalter in die mit gestrichelten Linien angegebene Lage gebracht. Über die Widerstände 11 und 16 bekommen die Steuerelektroden der gesteuerten Gleichrichter 10 und 18 eine positive Spannung in bezug auf die emittierende Elektrode, wodurch diese Gleichrichter zu leiten anfangen. Über den Transformator 15 fängt nun ein Strom /1 durch die Werkstücke 1 und 2 zu fließen an, und über den Transformator 5 wird ein Strom /2 in Spule 4 eingespeist, siehe F i g. 2a und 2c.In the position of the switch 21 indicated by solid lines, the resistors 13 and 20 the capacitors 12 and 19 are charged. After that, this switch will turn to the one indicated with dashed lines Brought location. About the resistors 11 and 16 get the control electrodes of the controlled Rectifiers 10 and 18 provide a positive voltage with respect to the emitting electrode, causing this Rectifiers begin to conduct. A current / 1 is now caught through the workpieces via the transformer 15 1 and 2 to flow, and a current / 2 is fed into coil 4 via the transformer 5, see FIG. 2a and 2c.

Die Form des Spulenstromes /2 läßt sich wie folgt erklären: Im Augenblick, in dem der gesteuerte Gleichrichter 10 zu leiten anfängt, sind die Kondensatoren 6 und 7 leer und bilden eine kleine Impedanz für einen plötzlichen Spannungsstoß. Der Strom fließt somit hauptsächlich über den Gleichrichter 10, den Kondensator 6, den unteren Anschluß der Primärwicklung des Transformators 5, diese Transformatorwicklung und den Kondensator 7 zum Minus-Anschluß des Kondensators 12.The form of the coil current / 2 can be explained as follows: At the moment in which the controlled rectifier 10 begins to conduct, the capacitors 6 and 7 are empty and form a small impedance for you sudden voltage surge. The current thus flows mainly via the rectifier 10, the capacitor 6, the lower connection of the primary winding of the transformer 5, this transformer winding and the capacitor 7 to the negative connection of the capacitor 12.

Nach einiger Zeit sind die Kondensatoren 6 und 7 aufgeladen, der Strom durch die Spulen 8 und 9 nimmt jedoch zu, auch dadurch, daß der Eisenkern dieser Spulen gesättigt wird. Der Strom in der Primärwicklung des Transformators 5 kehrt nun also um und ebenfalls der Strom h durch die Spule 4. Die von dem Spulenstrom /2 erzeugte magnetische Kraft ändert somit auch das Vorzeichen. Dies hat zur Folge, daß der Draht 1, der sich anfangs infolge dieser Kraft von der Platte 2 entfernt, beim Umkehren des Wechselstromes zur Platte hin bewegt wird.After a while, the capacitors 6 and 7 are charged, but the current through the coils 8 and 9 increases, also because the iron core of these coils is saturated. The current in the primary winding of the transformer 5 is now reversed and so is the current h through the coil 4. The magnetic force generated by the coil current / 2 thus also changes the sign. The consequence of this is that the wire 1, which initially moves away from the plate 2 as a result of this force, is moved towards the plate when the alternating current is reversed.

In den F i g. 2a und 2c ist mit ii der Zeitpunkt angegeben, in dem die gesteuerten Gleichrichter 10 und 18 leitend werden. In diesem Augenblick berühren sich die Werkstücke 1 und 2 noch.In the F i g. 2a and 2c, the point in time is indicated with ii, in which the controlled rectifiers 10 and 18 become conductive. At that moment they touch Workpieces 1 and 2 still.

Im Zeitpunkt ti wird die von der Spule 4 auf die Klemme 3 ausgeübte Kraft größer als die von der Feder 27 ausgeübte Federkraft, und der Kontakt zwischen dem Draht 1 und der Platte 2 wird unterbrochen. Zwischen beiden Werkstücken tritt infolge der an der Sekundärwicklung des Transformators 15 vorhandenen Spannung eine Bogenentladung auf. Der Punkt des Drahtes 1 fängt an abzuschmelzen. Das Abschmelzen geschieht zunächst schnell, aber die Abschmelzgeschwindigkeit nimmt mit abnehmendem Lichtbogenstrom ab.At time ti , the force exerted by the coil 4 on the terminal 3 becomes greater than the spring force exerted by the spring 27, and the contact between the wire 1 and the plate 2 is broken. An arc discharge occurs between the two workpieces as a result of the voltage present on the secondary winding of the transformer 15. The point of wire 1 begins to melt. The melting occurs quickly at first, but the melting speed decreases as the arc current decreases.

Inzwischen hat der Strom durch die Spule 4 die Richtung gewechselt. Die Bewegungsrichtung der Klemme 3 kehrt sich auch um, und der Abstand zwischen den Werkstücken wird nun schnell auf Null zurückgebracht. Die durch den Bogenstrom im Werkstück 2 entwickelte Wärme reicht aus, um das Werkstück 2 und den Draht 1 zu verschweißen.In the meantime the current through the coil 4 has changed direction. The direction of movement of the clamp 3 is also reversed, and the distance between the workpieces is now quickly brought back to zero. The heat developed in the workpiece 2 by the arc current is sufficient to break the workpiece 2 and the wire 1 to be welded.

Der Strom h und somit die auf die Klemme 3 ausgeübte magnetische Kraft werden durch das Potentiometer 23 und die Diode 22 bzw. das Potentiometer 25 und die Diode 24 begrenzt.The current h and thus the magnetic force exerted on the terminal 3 are limited by the potentiometer 23 and the diode 22 or the potentiometer 25 and the diode 24.

Die Größe und die Form des Belastungsstromes /2 sind durch die Drosselspule 14 zusammen mit dem Schalter 31, durch die Bemessung des Kondensators 19 und durch die Ladespannung des Kondensators 19 regelbar. The size and shape of the load current / 2 are determined by the inductor 14 together with the Switch 31, can be regulated by the dimensioning of the capacitor 19 and by the charging voltage of the capacitor 19.

In Fig. 2b ist weiter noch die Schweißspannung V als Funktion der Zeit angegeben.In Fig. 2b, the welding voltage V is also given as a function of time.

In einem Ausführungsbeispiel waren 30, 40 und 35 Gleichspannungsquellen mit einer Klemmenspannung von 170 V; 300 V; bzw. 10 V; die Widerstände 11,13, 16 und 20 waren 50; 1000; 50 bzw. 1000 Ohm; die Kondensatoren 6, 7, 12 und 19 waren 6; 6; 50 bzw. 400μΡ; die Spuien 8 und 9 enthielten je einen Eisenkern, dessen Selbstinduktion vom Spulenstrom abhängig war; die gesteuerten Gleichrichter 10 und 18 waren vom Typ BTY 99; die Dioden 17, 22 und 24 waren vom Typ BYY 15; die Transformatoren 15 und 5 hatten beide ein Transformationsverhältnis von 3:1.In one embodiment, 30, 40 and 35 were DC voltage sources with a terminal voltage from 170 V; 300 V; or 10 V; the resistors 11, 13, 16 and 20 were 50; 1000; 50 or 1000 ohms; capacitors 6, 7, 12 and 19 were 6; 6; 50 or 400μΡ; the Coils 8 and 9 each contained an iron core, the self-induction of which was dependent on the coil current; the controlled rectifiers 10 and 18 were of the BTY 99 type; diodes 17, 22 and 24 were of the type BYY 15; transformers 15 and 5 both had a 3: 1 transformation ratio.

Die Potentiometer 23 und 25 waren 5 bzw. 5 Ohm; die Spule 4 hatte 30 Windungen aus Kupferdraht mit einem Durchmesser von 0,5 mm. Die Platte 2 war aus Molybdän, und der Draht 1 war Kupfermanteldraht, d. h., er bestand aus einem Nickelkern mit einem Kupfermantel. Potentiometers 23 and 25 were 5 and 5 ohms, respectively; the coil 4 had 30 turns of copper wire with a diameter of 0.5 mm. The plate 2 was made of molybdenum, and the wire 1 was copper clad wire, d. that is, it consisted of a nickel core with a copper jacket.

Die Zeitdauer fi bis ti betrug 50 μβε^ die Zeitdauer ti bis η war 1,5 msek.The time period fi to ti was 50 μβε ^ the time period ti to η was 1.5 msec.

In Fig.3, die schematisch eine zweite Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung darstellt, sind der F i g. 1 entsprechende Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen.In Figure 3, which schematically shows a second embodiment of a device according to the invention, are the F i g. 1 corresponding elements are provided with the same reference numerals.

Wenn der Schalter 21 in den mit gestrichelten Linien angegebenen Stand gebracht wird, werden die gesteuerten Gleichrichter 10 und 18 über ihre Steuerelektroden in den leitenden Zustand gebracht. Mit jedem der Gleichrichter ist jedoch ein Widerstand 43 bzw. 42 in Reihe geschaltet. Sowohl der Spulenstrom /2 als auch der Schweißstrom /1 wird dadurch niedriggehalten. Im Augenblick ti wird der Kontakt zwischen den zu verschweißenden Teile 1 und 2 unterbrochen, und über den Schweißklemmen entsteht somit eine Bogenspannung. Mit dieser Bogenspannung, die als Steuerspannung für die gesteuerten Gleichrichter 44 und 45 dient, werden nun diese Gleichrichter über den Transformator 46 in den leitenden Zustand gebracht. Der Gleichrichter 45 ist ohne Reihenwiderstand an die obere Hälfte der Primärwicklung des Transformators 5 angeschlossen. Der Strom in der Sekundärwicklung dieses Transformators kehrt nun also um und damit der Strom durch die Spule 4. Diese Spule bewegt infolgedessenWhen the switch 21 is brought into the position indicated by dashed lines, the controlled rectifiers 10 and 18 are brought into the conductive state via their control electrodes. However, a resistor 43 or 42 is connected in series with each of the rectifiers. Both the coil current / 2 and the welding current / 1 are thereby kept low. At the moment ti the contact between the parts 1 and 2 to be welded is interrupted, and an arc voltage thus arises across the welding clamps. With this arc voltage, which serves as a control voltage for the controlled rectifiers 44 and 45, these rectifiers are now brought into the conductive state via the transformer 46. The rectifier 45 is connected to the upper half of the primary winding of the transformer 5 without a series resistance. The current in the secondary winding of this transformer therefore reverses and with it the current through the coil 4. This coil moves as a result

mit großer Kraft den Draht 1 zur Platte 2. Zu gleicher Zeit schaltet Gleichrichter 44 den Kondensator 19 unmittelbar an die Primärwicklung des Transformators 15, und der Bogenstrom nimmt dadurch stark zu. Sobald die Teile 1 und 2 einander wieder berühren, ist der Schweißvorgang beendet.with great force the wire 1 to the plate 2. At the same time, the rectifier 44 switches the capacitor 19 directly to the primary winding of the transformer 15, and the arc current thereby increases sharply. As soon parts 1 and 2 touch each other again, the welding process is finished.

Es versteht sich, daß es auch möglich ist, die Steuerspannung den Gleichrichtern 44 und 45 über einen elektronischen Schalter zuzuführen.It goes without saying that it is also possible to give the control voltage to the rectifiers 44 and 45 via a feed electronic switch.

Hierzu 2 Blatt ZeichnungenFor this purpose 2 sheets of drawings

Claims

Patent claims:

1. Device for butt welding, which contains means for welding two workpieces to be welded, who have electrical and mechanical contact with each other, after a disconnect electric current has flowed through the contact point, and they then come back into contact with one another bring, the means including an electromagnetic device through which a current flows, which generates an electromagnetic force, which the separating movement of the workpieces controls, characterized in that the current through the electromagnetic device changes the sign during the welding process.

2. Apparatus according to claim 1, characterized in that the current through the electromagnetic Device of the diagonal tension of a bridge is taken from one pair of each other opposite branches contain coils and the other pair of capacitors.

3. Apparatus according to claim 2, characterized in that the bridge consists of a charging capacitor is fed and that a controlled active between the charging capacitor and the bridge Element is added whose control circuit with the control circuit of another controlled active Element is coupled, which lies in the circle that brings about the electrical current through the contact point.

4. Apparatus according to claim 1, characterized in that the current through the electromagnetic Device is taken from a parallel connection of two controlled active elements, which become conductive one after the other and each carry a current of different direction and size Send an auxiliary coil that generates a voltage that changes direction and magnitude over time.

5. Apparatus according to claim 4, characterized in that in series with the controlled active Element that is first conductive, a resistor is connected.

6. Apparatus according to claim 4 or 5, characterized in that the conducting of the controlled active element, which carries the largest current, through which when separating the workpieces occurring arc tension brought about.