DE1565746C3 - Vorrichtung zum Stoßschweißen, die Mittel enthält, um zwei Werkstücke voneinander zu trennen und sie danach wieder miteinander in Kontakt zu bringen - Google Patents

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.

Eine derartige Vorrichtung ist z. B. aus der DT-PS 98 468 bekannt.

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, ist 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.

Allen bekannten Vorrichtungen ist jedoch gemeinsam, daß sie unterschiedliche Anzahlen aktiver Elemente benötigen. Dies bedingt eine verhältnismäßig große Zeitdauer des Schweißvorganges.

Hinzu kommt, daß sich die Bogenentladung, die auftritt, wenn die Werkstücke voneinander getrennt werden, als ungenügend reproduzierbar erweist. Auch ist

Ϊ5 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.

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.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Strom durch die elektromagnetische Vorrichtung während des Schweißvorganges das Vorzeichen ändert.

Der Erfindung liegt dabei die Erkenntnis zugrunde, daß eine kurze und reproduzierbare Schweißzeit eine feste und ebenfalls reproduzierbare Schweißverbindung gewährleistet.

Man kann die gesamte Schweißzeit in drei Teile teilen:

1. die Vorzelt, das ist die Zeit, während welcher der Strom fließt und die Werkstücke noch Kontakt miteinander haben,

2. die Bogenzeit, das ist die Zeit, während welcher die Bogenentladung zwischen den voneinander getrennten Werkstücken auftritt,

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.

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.

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.

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.

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, weiche Ströme eine

zeitlich die Richtung und Größe ändernde Spannung erzeugen.

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.

Die Erfindung wird an Hand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 schematisch eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung,

F i g. 2 Diagramme zur Erläuterung der Wirkungsweise der Vorrichtung nach F i g. 1,

F i g. 3 schematisch eine zweite Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung.

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.

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.

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.

Die Form des Spulenstromes h 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.

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.

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.

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.

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.

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.

Die Größe und die Form des Belastungsstromes h sind durch die Drosselspule 14 zusammen mit dem Schalter 31, durch die Bemessung des Kondensators 19 und durch die Ladespannung des Kondensators 19 regelbar.

In Fig. 2b ist weiter noch die Schweißspannung V als Funktion der Zeit angegeben.

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 Spulen 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.

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.

Die Zeitdauer t\ bis fi betrug 50 μβε^ die Zeitdauer β bis ß war 1,5 msek.

In F i g. 3, die schematisch eine zweite Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung darstellt, sind der F i g. 1 entsprechende Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen.

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 η als auch der Schweißstrom /1 wird dadurch niedriggehalten. Im Augenblick η 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 infolgedessen

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.

Es versteht sich, daß es auch möglich ist, die Steuerspannung den Gleichrichtern 44 und 45 über einen elektronischen Schalter zuzuführen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche:

1. 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 bringen, wobei die Mittel eine elektromagnetische Vorrichtung enthalten, durch weiche ein Strom fließt, der eine elektromagnetische Kraft erzeugt, welche die trennende Bewegung der Werkstücke steuert, dadurch gekennzeichnet, daß der Strom durch die elektromagnetische Vorrichtung während des Schweißvorgangs das Vorzeichen ändert.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Strom durch die elektromagnetische Vorrichtung der Diagonalspannung einer Brücke entnommen wird, deren eines Paar von einander gegenüberliegenden Zweigen Spulen und das andere Paar Kondensatoren enthält.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Brücke aus einem Ladekondensator gespeist wird und daß zwischen dem Ladekondensator und der Brücke ein gesteuertes aktives Element aufgenommen ist, 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.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Strom durch die elektromagnetische Vorrichtung einer Parallelschaltung von zwei gesteuerten aktiven Elementen entnommen wird, die nacheinander leitend werden und je einen in Richtung und Größe verschiedenen Strom durch eine Hilfsspule schicken, der eine zeitlich die Richtung und Größe ändernde Spannung erzeugt.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß in Reihe mit dem gesteuerten aktiven Element, das zuerst leitend wird, ein Widerstand geschaltet ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Leitendwerden des gesteuerten aktiven Elementes, das den größten Strom führt, durch die beim Trennen der Werkstükke auftretende Bogenspannung zustandegebracht.