DE1615292B2 - Verfahren und Vorrichtung zum Bolzenschweißen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bolzenschweißen, bei dem das Schweißwerkzeug automatisch am Ende des Schweißvorganges von dem Schweißbolzen getrennt wird.

Bei den bekannten Verfahren dieser Art wird ein Schweißbolzen in ein Spannfutter des Schweißwerkzeuges eingeführt und gegen das Werkstück gehalten, an dem der Bolzen angeschweißt werden soll, wobei ein Funkenschild oder ein den Schweißzapfen umgebender Eisenring das Schweißwerkzeug in einer bestimmten Lage gegenüber dem Werkstück während des Schweißens hält. Wenn das Werkzeug in Tätigkeit ist, wird das Spannfutter zurückgezogen, um das Schweißende auf einen bestimmten Abstand von dem Werkstück zu bringen, wobei gleichzeitig ein Führungslichtbogen zwischen dem Schweißbolzen und dem Werkstück gezogen wird. Das Spannfutter wird dabei im wesentlichen so gegen das Werkstück bewegt, daß der Schweißbolzen nach einem Ziehen des Hauptschweißlichtbogens gegen das Werkstück gestoßen wird. Dabei wird der Hauptschweißlichtbogen gewöhnlich nach dem Beginn der Bewegung des Schweißbolzens gegen das Werkstück gezündet, woraufhin der Schweißlichtbogen aufrechterhalten wird, bis der Bolzen in mechanischen Kontakt mit dem Werkstück gebracht ist. Die Bedienungsperson bewegt nun das Werkzeug von dem Werkstück zurück und zieht das Spannfutter von dem jetzt angeschweißten Bolzen ab.

Als nächstes wird das Schweißwerkzeug zu einer anderen Schweißstelle gebracht.

Die hierzu erforderliche Anstrengung der Bedienungsperson zum Abziehen des Werkzeuges und insbesondere des Spannfutters von dem Schweißbolzen ist nicht groß. Wenn aber große Stückzahlen von Schweißbolzen in Mengen bis zu 50 bis 60 pro Minute verschweißt werden, ist diese Tätigkeit jedoch so anstrengend, daß sich eine Ermüdung der Bedienungsperson über einen größeren Zeitabschnitt bemerkbar macht. Darüber hinaus verlangsamt das Erfordernis, das Werkzeug von dem Bolzen abzuziehen, die Schweißgeschwindigkeit ein wenig, was dann von Bedeutung sein kann, wenn viele Bolzen pro Zeiteinheit angeschweißt werden müssen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Ermüdung der Bedienungsperson zu vermeiden und die Verlangsamung der Schweißgeschwindigkeit zu verhindern.

Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 angegebene Erfindung gelöst.

Auf diese Weise erfolgt ein automatisches Zurückziehen des'Schweißbolzens, ohne daß irgendeine Anstrengung der Bedienungsperson hierzu nötig ist. Beim zweiten Zurückziehen des Bolzens wird die trennende Kraft über den Funkenschild gegen das Werkstück so aufgebracht, daß das Gehäuse des Schweißwerkzeuges sich während der Trennung des Spannfutters von dem Bolzen nicht bewegt. Die Bedienungsperson kann das Werkzeug anschließend ohne Mühe an eine andere Schweißstelle bringen, ohne daß es nötig ist, das Werkzeug wie bisher zu bewegen und zu betätigen.

Außerdem wird die Bedienungsperson weniger angestrengt und es können mehr Bolzen pro Zeiteinheit geschweißt werden.

Nachfolgend wird die Erfindung an Hand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Die Zeichnungen zeigen in

F i g. 1 einen schematischen Längsschnitt eines BoI-zenschweißwerkzeuges zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens und in

F i g. 2 eine Schemaschaltung zur Durchführung des vorgeschlagenen Verfahrens.

In F i g. 1 ist ein Bolzenschweißwerkzeug 10 veranschaulicht, mit dem das vorgeschlagene Verfahren durchgeführt werden kann, wobei es sich um ein bekanntes Werkzeug handelt, bei dem keine besonderen Teile zur Durchführung des vorgeschlagenen Verfahrens nötig sind. Das Werkzeug 10 zeigt ein Hauptgehäuse 12 aus geeignetem dielektrischem Material mit einem nach unten hängenden Handgriff 14. Ein Spannfutter 16 ist am vorderen Ende des Werkzeuges angeordnet und weist mehrere Finger auf, die einen Schweißbolzen 5 federnd aufnehmen, der an das Werkstück P angeschweißt werden soll. Die Finger des Spannfutters 16 üben genügend Druck auf den Bolzen aus, damit dieser während des Schweißens sicher gehalten wird, jedoch ein Abziehen des Spannfutters und des Werkzeugs von dem Bolzen ohne größere Anstrengung gestattet, wenn dieser angeschweißt ist. Werden Bolzen mit hohen Geschwindigkeiten verschweißt, so kann selbst eine vergleichsweise geringe Anstrengung zum Abziehen des Spannfutters von dem Bolzen recht bedeutsam sein. Bei hohen Schweißgeschwindigkeiten können die Bolzen von hinten durch eine Ladevorrichtung zugeführt werden, wie sie bereits aus der US-PS 3 58 736 bekannt ist.

Ein geeigneter Funkenschild 18 ist um das Spannfut-

ter 16 und den Bolzen S so angeordnet, daß das Ende des Bolzens geringfügig über den Schild hinausragt, bevor der Bolzen gegen das Werkstück gedruckt wird. Dadurch ist sichergestellt, daß der Bolzen sich zu Beginn in gutem elektrischem Kontakt mit dem Werkstück befindet, wenn der Funkenschild vor dem Schweißen angeordnet wird. Der Funkenschild 18 wird mittels eines Stützfußes 20 in der gewünschten Lage gehalten, welche seinerseits durch das vordere Ende des Gehäuses 12 mittels eines Paares einstellbarer Stützen 22 gehalten ist, die gegenüber dem Gehäuse 12 etwas bewegbar sind, damit das Ende des Funkenschildes 18 gegenüber dem Ende des Schweißzapfens Seinstellbar ist. Außer einem ortsfesten Funkenschild kann auch eine Eisenzwinge als abnehmbarer Funkenschild Verwendung finden, die in der gewünschten Lage in der gleichen Weise gehalten werden kann wie der ortsfeste Funkenschild, nämlich durch einen geringfügig abgewandelten Stützfuß, wie er auf diesem Gebiet ebenfalls bekannt ist. Auch wenn kein Funkenschutz erforderlich ist, ist ein derartiger Schild od. dgl. wichtig, um während des Schweißens das Schweißwerkzeug in einer bestimmten Lage gegenüber dem Werkstück zu halten.

Das Spannfutter 16 ist an dem Spannfuß 24 angeordnet, der elektrisch mittels einer Kabelklemme 26 mit dem Hauptschweißkabel 28 verbunden ist. Eine hintere Kabelklemme 30 weist einen Solenoidkern 32 auf, der hinten in einer Hebe- und Haltespule C angeordnet ist. Der Kern wird in die Spule C hineingezogen, wenn Strom durch die Leitungen 34 und 36 geschickt wird. Ein einstellbarer Anschlag 38 am hinteren Ende der Spule C begrenzt den Bewegungsweg in die Spule und bestimmt somit den Hub, um den der Bolzen beim Schweißen vom Werkstück abgezogen wird. Nach dem Abschalten des die Spule C durchfließenden Stromes führt eine Rückholfeder 40 oder ein Kolben das Spannfutter 16 zurück und stößt den Bolzen gegen das Werkstück, nachdem der Hauptschweißlichtbogen zwischen diesen Teilen gezogen worden ist.

Zur Durchführung des vorgeschlagenen Verfahrens wird das Schweißende des Bolzens in Kontakt mit dem Werkstück gebracht und dagegengedrückt, wobei er durch die Feder 40 unter geringe Spannung gesetzt wird, bis das Ende des Funkenschildes 18 mit dem Werkstück Pin Kontakt tritt. Wird der Drücker Γ betätigt, so ist die Spule C Stromdurchflossen, und der Bolzen S wird um ein bestimmtes Stück von einem Werkstück durch Zurückbewegen des Kernes 32 zurückgezogen. Gleichzeitig wird ein Potential zwischen dem Bolzen S und dem Werkstück P angelegt, so daß beim Rückzug des Bolzens ein Führungslichtbogen zwischen den beiden Teilen gezogen wird. Nach einer gewissen Zeit wird der Strom für die Spule C abgeschaltet, so daß die Feder 40 das Spannfutter 16 zurückbewegen kann und das Schweißende des Bolzens mit dem Werkstück in Kontakt tritt, nachdem ein Schweißlichtbogen zwischen diesen Teilen gezogen worden ist. Der Hauptschweißlichtbogen wird vorzugsweise aufrechterhalten, bis der Bolzen tatsächlich das Werkstück berührt, um sicherzustellen, daß das durch den Hauptschweißlichtbogen geschmolzene Material nicht vor dieser Kontaktnahme erstarrt.

Die Spule C ist nach dem Ende des Schweißvorganges zwei Sekunden lang Stromdurchflossen, wobei das Spannfutter 16 wieder zurückgezogen wird, wenn der Bolzen S an das Werkstück angeschweißt ist, wodurch eine Trennung des Spannfutters von dem Bolzen erfolgt. Der Funkenschild 18 bleibt zu dieser Zeit aber noch an dem Werkstück P angeordnet, so daß das Werkzeug sich nicht auf das Werkstück zu bewegen kann, wenn das Spannfutter 16 zurückgezogen ist, so daß das Spannfutter von dem Bolzen abgezogen werden muß. Das Spannfutter 16 wird nur kurzfristig zurückgeführt, erfaßt aber nicht zum zweiten Mal den Bolzen, wenn der Spulenstrom abgeschaltet ist, und das Spannfutter wird auf das Werkstück zu bewegt, während das Werkzeug in seiner Lage verbleibt. Dies beruht auf der Bauart der federbelasteten Finger des Spannfutters, so daß das Spannfutter nicht zufällig den Bolzen erfassen und abziehen kann, insbesondere wenn eine Ladevorrichtung verwendet wird. Bewegt das Spannfutter sich daher ein zweites Mal nach vorn, tritt es zwar in Berührungskontakt, erfaßt aber nicht den Bolzenkopf. Das Spannfutter bewegt sich somit so lange nicht vollständig aus seiner vorderen Lage, bis das Werkzeug zurückbewegt ist, wobei die Feder 40 in der Zwischenzeit geringfügig vorgespannt ist. Die Feder unterstützt somit das nachfolgende Absetzen des Werkzeuges von dem Bolzen durch die Bedienungsperson.

F i g. 2 zeigt einen Schaltplan zur Durchführung des vorgeschlagenen Verfahrens. Es ist in diesem Zusammenhang nicht erforderlich, alle Einzelheiten zu erläutern, wenn diese nicht einen Teil des vorgeschlagenen Verfahrens bilden. Wenn der Bolzen S sich im Kontakt mit dem Werkstück P befindet, erfolgt eine elektrische Verbindung über die Leitungen 42 und 44 von der Hauptstromquelle PS eines Transformators TT mit einer Sekundärspule PSi. Ein Zweiweggleichrichter RB liefert einen vollkommen gleichgerichteten Strom für den Zündungsteil der Schaltung. Werden durch den Drücker 7" des Werkzeuges 10 Kontakte verbunden, so wird ein Kondensator Ci mit dem Eingang verbunden und ein erster Siliziumgleichrichter SCRi gezündet. Dadurch kann ein Kondensator Cl über eine Primärwicklung PTi-Peines ersten Impulstransformators entladen werden.

Durch die Erregung der Primärspule P71-Pwird ein Führungslichtbogen zwischen dem Bolzen S und dem Werkstück P gezogen, wenn der Bolzen von dem Werkstück zurückgezogen wird. Hierzu ist ein zweiter Siliziumgleichrichter SCR2 in dem Bolzensteuerteil der Schaltung über eine Sekundärspule PTi-Si des ersten Impulstransformators verbunden. Dieser Siliziumgleichrichter ist mit der Hebespule C in Serie schaltbar, wodurch ein Kondensator C3 teilweise über die Spule C entladen werden kann, um den Kern 32 und somit den Bolzen von dem Werkstück zurückzuziehen.

Eine weitere Sekundärwicklung PTi-Si des ersten Impulstransformators ist in dem Schweißteil der Schaltung angeordnet und gibt gleichzeitig mit der ersten Sekundärwicklung einen Impuls. Durch die Erregung der zweiten Sekundärwicklung wird ein Siliziumgleichrichter SCRP eingeschaltet, der einen Führungslichtbogenkreis zwischen dem Bolzen und dem Werkstück sowie einen Hauptschweißkondensator K einschaltet, der eine erste Schweißstromquelle bildet. Dieser Führungslichtbogenkreis wird über einen Führungslichtbogenwiderstand PR eingeschaltet, der den Strom und die Intensität des Führungslichtbogens begrenzt. Somit bewirkt der erste Impulstransformator durch die beiden Sekundärteile ΡΤΪ-Sl und P71-S2 den Rückzug des Bolzens und das Ziehen des Führungslichtbogens.

Bei eingeschaltetem Gleichrichter SCRi wird ein Transistor 71 im Synchronisierungsteil der Schaltung nach einer Verzögerung durch den Kondensator C4 im

Zündungsteil der Schaltung erregt. Durch Einschalten dieses Transistors Ti wird ein Kondensator C5 geladen, wobei die Ladungsdauer durch einen Widerstand bestimmter Größe Ri begrenzt ist. Der Kondensator C5 setzt einen ersten Transistor Ui unter Strom, wenn 'das Abstandsverhältnis überschritten ist und entlädt sich über eine Primärspule PTl-Peines zweiten Impulstransformators. Dieser Impulstransformator trennt den Schaltkreis zur Spannungsregelung vom Schweißkondensator K, während die beiden vorher beim Inbetriebsetzen der Stromquelle verbunden waren. Die Trennung wird mittels einer Sekundärspule PT2-S in dem Spannungsregulierenden Kreis erreicht, die einen Transistor 72 erregt und die Kondensatoren CB und Cl entlädt.

Ein Primärteil PTi-P eines dritten Impulstransformators im synchronisierenden Schaltkreis erhält einen Impuls, nachdem die Stromquelle gegenüber dem Kondensator K isoliert ist. Ein Kondensator CS beginnt sich über einen Widerstand R2 gleichzeitig mit dem Kondensator C5 zu entladen, jedoch mit geringerer Geschwindigkeit. Hat der Kondensator CS eine bestimmte Ladung erreicht, so schaltet er einen zweiten Transistor Ul und entlädt sich über die Primärwicklung PTi-P. Der dritte Impulstransformator weist einen ersten Sekundärteil PTi-Si in dem Bolzensteuerteil der Schaltung auf, der einen dritten Siliziumgleichrichter SCP3 zuschaltet. Hierdurch können die Kondensatoren C9 und ClO über den Gleichrichter SCR2 rückgekoppelt und letzterer abgeschaltet werden. Dadurch wird auch die Hebespule C stromlos gemacht, so daß der Bolzen S durch die Feder 40 gegen das Werkstück P gedrückt wird.

Der dritte Impulstransformator weist eine Sekundärwicklung PTi-Sl in einem anderen Teil des synchronisierenden Schaltkreises auf, durch den ein weiterer Teil dieses Kreises geschaltet wird. Durch den Stromstoß dieser Sekundärwicklung wird ein vierter Siliziumgleichrichter SCRA geschaltet, der nun durch einen Widerstand Ri gehalten wird. Der Kondensator CIl beginnt sich mit einer Geschwindigkeit zu entladen, die durch einen Widerstand RA und einen veränderlichen Widerstand VRi bestimmt wird. Hat der Kondensator eine bestimmte Ladung erreicht, wird ein dritter Transformator Ui geschaltet, damit eine Primärspule PTA-P eines vierten Impulstransformators einen Impuls erhält. Ein Sekundärteil PTA-S dieses Transformators ist in den Hauptschweißstrom geschaltet und schaltet unter Strom einen Siliziumgleichrichter SCR W, der den Hauptschweißstrom steuert. Der Kondensator K wird hierdurch über den Bolzen und das Werkstück verbunden, um den Hauptschweißstrom zwischen den beiden Teilen zu zünden.

Ein veränderlicher Widerstand VR2 und ein Widerstand R5 parallel zum Primärteil PTA- P dienen zur Kalibrierung und Steuerung der Spannung des Transistors L3, wobei die beiden veränderlichen Widerstände VRi und VR2 die Zeitverschiebung des Hauptschweißlichtbogens steuern. Wenn der Kondensator K geladen ist und der Bolzen mit dem Werkstück P Kontakt hat, ist die Schweißung beendet.

Bei einer speziellen Ausführungsform zeigt der synchronisierende Teil der Schaltung darüber hinaus eine Vorrichtung, die die Schweißwerkzeugspule C ein zweites Mal unter Strom setzt, nachdem der Bolzen bereits an das Werkstück angeschweißt ist. Ist der Gleichrichter SCR4 eingeschaltet, so wird der Kondensator C12 gleichfalls mit einer durch den Widerstand R6 bestimmten Geschwindigkeit geladen. Hat der Kondensator C12 eine bestimmte Ladung erreicht, setzt er den Transistor UA unter Strom, wobei eine Primärwindung PT5-P eines fünften Impulstransformators einen Stromstoß erhält, der einen Sekundärteil PT5-S in dem Bolzensteuerkreis unter Strom setzt, der parallel mit dem ersten Sekundärteil PTi-Si des ersten Impulstransformators geschaltet ist. Die Sekundärspule PT5-S schaltet anschließend den Gleichrichter SCR2, so daß der Kondensator C3 über die Spule Centladen und das Spannfutter 16 zurückgezogen wird. Mit dem am Werkstück P angeschweißten Bolzen 5 bleibt der Bolzen nun ortsfest verbunden, während das Spannfutter 16 hiervon getrennt wird. Der Funkenschild 18 bleibt dabei am Werkstück P so daß eine Abstützung für die Abziehkraft beim Abziehen von dem Bolzen geschaffen ist.

Das Spannfutter wird nur zurückgezogen, bis der Gleichrichter SCRi wieder eingeschaltet ist, was periodisch erfolgt, weil der Kondensator CS in dem synchronisierenden Schaltkreis ständig ge- und entladen wird und somit Impulse für die Primärwicklung PTi-P liefert. Im allgemeinen hat die wiederholte Impulsabgabe des Impulstransformators keine Wirkung, weil die Hebespule normalerweise nur einmal unter Strom gesetzt wird, jedoch können diese Vielfachimpulse des Transformators PTi verwendet werden, um die Spule ein zweites Mal unter Strom zu setzen.

Ist der Transistor UA durchgeschaltet, so wird ein Siliziumgleichrichter SCR5 ebenfalls durch den Kondensator C12 geschaltet. Hierdurch wird verhindert, daß der Kondensator C12 über den Widerstand Ä6 wieder aufgeladen wird, während eine Diode Di verhindert, daß der Kondensator C12 über einen Widerstand RA geladen wird, der eine Ladung für den Gleichrichter SCR5 schafft.

Die Kondensatoren CS, CIl und C12 werden so dimensioniert, daß die Impulstransformatoren und die Spule in geeigneter Pulsfolge stehen. Der Kondensator C12 muß den fünften Transformator unter Strom setzen, nachdem die Spule C das erste Mal stromlos gemacht ist, und nachdem der Hauptschweißlichtbogen beispielsweise durch den Kondensator CIl begrenzt ist, während der Kondensator CS ein zweites Mal entladen werden muß und dem Sekundärteil F73-S1 zum zweiten Mal einen Impuls nach dem Entladen des Kondensators C12 erteilt.

Durch das automatische Abstreifen des Bolzens wird ein Ermüden der Bedienungsperson wesentlich herabgesetzt und darüber hinaus eine Verlangsamung des Schweißvorganges eine Zeitlang verhindert.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Bolzenschweißen, wobei der Schweißbolzen in einem Spannfutter mit dem Schweißende in elektrischen Kontakt mit dem Werkstück gehalten wird und ein Funkenschild in Kontakt mit dem Werkstück um den Bolzen herum vorgesehen ist, wonach der Bolzen von dem Werkstück zurückgezogen wird, um das Schweißende des Bolzens ein bestimmtes Stück von dem Werkstück zu trennen, woraufhin ein Führungslichtbogen zwischen dem Schweißende des Bolzens und dem Werkstück gezogen wird, wonach der Bolzen auf das Werkstück bewegt wird, um ihn mit dem Werkstück in Kontakt zu bringen, wonach ein Hauptschweißlichtbogen zwischen dem Bolzen und dem Werkstück gezogen wird, bevor der Bolzen mit dem Werkstück in Berührung kommt, dadurch gekennzeichnet, daß das Spannfutter (16) ein zweites Mal nach dem Anschweißen des Bolzens (S) abgezogen wird, um das Spannfutter von dem Bolzen zu trennen, während der Funkenschild (18) mit dem Werkstück (P) in Kontakt bleibt.

2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung zum Zurückziehen des Spannfutters (16) von dem Werkstück (P) eine Einrichtung auf-, weist, durch die die Spule ein zweites Mal erregt werden kann, nachdem der Bolzen (S) angeschweißt worden ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß während des Schweißvorganges ein Verzögerungskreis erregt wird, der nach Ablauf einer einstellbaren Periode die Spule (C) ein zweites Mal erregt.