DE19721554A1

DE19721554A1 - Schweißverfahren und Klemmvorrichtung für Stahl-Verstärkungen

Info

Publication number: DE19721554A1
Application number: DE19721554A
Authority: DE
Inventors: Shun Cheng Hsieh
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1997-05-23
Filing date: 1997-05-23
Publication date: 1998-11-26

Description

Die Erfindung betrifft ein Schweißverfahren und Klemmvorrichtungen für Stahl-Verstärkungen und insbes. ein Schweißverfahren und eine Klemmvorrichtung zum einstückigen Verbinden von Stahl-Verstärkungen durch Verschweißen durch Elektroschlacke- und Kompressionsprozesse.

Bekannte Arten von Verbindungen von Stahl-Verstärkungen sind das Verbundschweißen oder das Verflechtschweißen bzw. das Verbund-Schweißdrahtschweißen. Auf diese Weise verbundene Stahl-Verstärkungen werden geläppt, woraus ein Verlust an Festigkeit sowie erhöhte Kosten resultieren. Auch die Tragfestigkeit solcher Verstärkungen ist gering. Außerdem werden zum Verschweißen, d. h. zum Verbinden von Stahl- Verstärkungen mit diesen bekannten Methoden hochqualifizierte Personen benötigt. Einer gewöhnlichen, nicht geeignet ausgebildeten Person ist es nicht möglich, diese bekannten Schweißverfahren auszuführen. Daraus folgt jedoch ohne weiteres, daß die Mannkosten bei Anwendung der bekannten Schweißverfahren entsprechend hoch sind.

Das hat den Erfinder der vorliegenden Erfindung dazu veranlaßt, nach einem neuen Schweißverfahren und nach neuen Klemmvorrichtungen zur Verwendung bei diesem neuen Schweißverfahren zum Verschweißen von Stahlverstärkungen zu suchen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Schweißverfahren zum Verschweißen von Stahl-Verstärkungen zu schaffen, das mit großer Geschwindigkeit innerhalb kurzer Zeit einfach durchführbar ist, wobei eine große Bequemlichkeit bei hoher Wirksamkeit erzielt wird, und wobei die Kosten entsprechend reduziert sind, sowie Klemmvorrichtungen zu schaffen, die zur Durchführung des erfindungsgemäßen Schweißverfahrens zum bequemen Verschweißen von Stahlverstärkungen in einfacher Art und Weise geeignet sind.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 bzw. durch die Merkmale des Anspruchs 5 gelöst. Bevorzugte Ausbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in den Ansprüchen 2 bis 4 und bevorzugte Ausbildungen der erfindungsgemäßen Klemmvorrichtung sind in den Ansprüchen 6 bis 9 gekennzeichnet.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausbildung wesentlicher Schritte des erfindungsgemäßen Schweißverfahrens sowie bevorzugter Ausbildungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Schweißverfahrens. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung des Verfahrensschrittes der elektrischen Lichtbogenzündung,

Fig. 2 eine der Fig. 1 ähnliche schematische Darstellung des Verfahrensschrittes des brennenden Lichtbogens,

Fig. 3 eine der Fig. 1 ähnliche Darstellung des Verfahrensschrittes des Elektroschlacke-Prozesses,

Fig. 4 eine der Fig. 1 ähnliche Darstellung des Verfahrensschrittes der Kompression der Stahl- Verstärkungen,

Fig. 5 eine der Fig. 1 ähnliche Darstellung des Verfahrensschrittes, der die Verbindung der Stahlverstärkungen nach dem Verschweißen zeigt,

Fig. 6 eine Vorderansicht einer Ausbildung einer manuell zu betätigenden Klemmvorrichtung für Stahl- Verstärkungen,

Fig. 7 eine schematische Ansicht der Ausbildung gemäß Fig. 6 in Blickrichtung von oben zur Verdeutlichung eines Spannfutters der manuell zu betätigenden Klemmvorrichtung,

Fig. 8 ein Schaltungsdiagramm der Steuerschaltung der Ausbildung der Klemmvorrichtung gemäß den Fig. 6 und 7,

Fig. 9 eine Vorderansicht einer Ausbildung einer automatischen Klemmvorrichtung für Stahl- Verstärkungen,

Fig. 10 eine schematische Ansicht der Ausbildung gemäß Fig. 9 in Blickrichtung von oben zur Verdeutlichung eines Spannfutters der automatischen Klemmvorrichtung, und

Fig. 11 ein Schaltungsdiagramm der Steuerschaltung der automatischen Klemmvorrichtung gemäß den Fig. 9 und 10.

Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungsfiguren naher erläutert, wobei in den Zeichnungen die wesentlichen Verfahrensschritte des Schweißverfahrens zum Verschweißen von Stahl-Verstärkungen dargestellt sind.

a) Entsprechend dem in Fig. 1 dargestellten Lichtbogen- Zündprozeß bzw. -verfahrensschritt werden eine obere und eine untere Stahl-Verstärkung 1, 2 miteinander axial in Fluchtung gebracht. An der Verbindungsstelle der oberen und der unteren Stahl-Verstärkung 1, 2 wird ein Lotbehälter 3 vorgesehen. Der Lotbehälter 3 wird mit Lot 31 gefüllt. Dann werden die Stahl-Verstärkungen 1, 2 an eine elektrische Spannungsquelle angeschlossen. Die obere Stahl-Verstärkung 1 wird dann hochbewegt, und zwischen der oberen und der unteren Stahl-Verstärkung 1, 2 einen elektrischen Lichtbogen zu zünden, wobei ein großer elektrischer Strom fließt.
Der Anschluß-Modus der oben erwähnten elektrischen Spannungsquelle ist wie folgt: Die obere Stahlverstärkung 1 wird an eine Elektrode der Spannungsquelle angeschlossen und die Stahlverstärkung 2 wird mit der anderen Elektrode der Spannungsquelle verbunden.
Die wesentlichen Bestandteile des Lotes 31 sind:

(1) MnO 3,4-38,0%

(2) SiO₂ 40,0-44,00%

(3) MgO 5-8%

Das Lot 31 liegt in Gestalt von rotbraun glasierten Körnern vor, die eine Korngröße von 0,4 bis 2,4 mm (8-40 mesh) besitzen.
Ein Asbestgewebe oder ein anderes feuerfestes Material 32 wird über dem Boden oder auf dem Boden des Lotbehälters 3 vorgesehen, bevor der Lotbehälter 3 mit dem Lot 31 gefüllt wird, so daß das Lot nicht erstarrt bzw. einfällt bzw. der Lotbehälter 3 nicht durchbricht.
b) Entsprechend dem in Fig. 2 gezeichneten Lichtbogen-Prozeß wird nach dem Zünden des elektrischen Lichtbogens 4 eine hohe Temperatur erzeugt, wodurch das Lot 31 in der Nachbarschaft des Lichtbogens schmilzt. Hierdurch wird eine Elektroschlacke-Lache 311 gebildet. Ein Teil des Lotes 31 in der Elektroschlacke-Lache 311 verdampft infolge der hohen Temperatur. Der Druck in dem Dampf erzeugt in der Nachbarschaft des Lichtbogens einen Lichtbogen-Gashohlraum 312. Die Umgebung des Lichtbogen- Gashohlraumes 312 ist zur Schicht des geschmolzenen elastischen Lotes 313 benachbart. Durch die Wirkung der Gaselektrolyse kann der elektrische Lichtbogen 4 im Lichtbogen-Gashohlraum 312 permanent brennen.
Durch den oben beschriebenen Lichtbogen-Prozeß wird also eine hohe Temperatur erzeugt, infolge welcher die Enden der Stahl-Verstärkungen 1, 2 flachgebrannt werden und durch welche das Lot 31 im Bereich des Lichtbogens geschmolzen und die Elektroschlacke-Lache 311 und der Lichtbogen-Gashohlraum 312 gebildet werden.
Außerdem ergibt sich durch das Lot 31 eine Erhöhung der Wärmewirkung des elektrischen Lichtbogens 4 sowie eine chemische Reduktion des Metalls an den geschmolzenen Enden der Stahl-Verstärkungen 1, 2. Desweiteren ergibt sich durch die Hochhaltewirkung des Lotes 31 der Vorteil, daß das geschmolzene Eisen nicht nach unten fließt.
Ferner wird durch den Lichtbogen-Gashohlraum 312 bewirkt, daß der elektrische Lichtbogen 4 darin dauerhaft brennt, wie bereits erwähnt worden ist.
c) Fig. 3 verdeutlicht den Elektroschlacke-Prozeß. Nach der Durchführung der oben beschriebenen Verfahrensschritte hat der Lichtbogen-Gashohlraum 312 eine Elektroschlacke- Lache 311 einer bestimmten Tiefe gebildet. Nun wird das Vorderende der oberen Stahl-Verstärkung 1 in der Elektroschlacke-Lache 311 angeordnet. Nachdem der Lichtbogen 4 gelöscht ist, kann die Elektroschlacke-Lache 311 im geschmolzenen Zustand weiterhin elektrisch leitend bleiben, so daß der stromdurchflossene Schweißstromkreis aufrechterhalten bleibt. Der entsprechende elektrische Strom erzeugt eine hohe Temperatur, wenn er durch den elektrischen Widerstand der Elektroschlacke-Lache 311 fließt. Diese Temperatur in der Elektroschlacke-Lache 311 kann ca. 2000°C betragen. Dabei werden die Enden der Stahl-Verstärkungen 1, 2 in der Elektroschlacke-Lache 311 gleichmäßig erhitzt, sie bleiben geschmolzen, wobei die Vorderenden der Stahl-Verstärkungen 1, 2 durch den elektrischen Lichtbogen 4 gleichmäßig eben, d. h. flachgebrannt werden. Die Vorderenden können folglich eine Übergangsschicht im flüssigen Zustand bilden, der dann in den festen Zustand übergeht.
d) Fig. 4 zeigt den Kompressionsprozeß: Nach der Durchführung der oben beschriebenen Verfahrensschritte bzw. Prozesse wird auf die obere und auf die untere Stahl-Verstärkung 1, 2 ein bestimmter Druck ausgeübt, durch welchen die Enden der Stahl-Verstärkungen 1, 2 zusammengepreßt werden, um eine Schweißverbindung 10 herzustellen. Dabei werden Verunreinigungen wie geschmolzene Eisenschlacke und Oxide aus der Verbindung ausgeschieden und die obere und die untere Stahl- Verstärkung miteinander einstückig verbunden, wie aus Fig. 5 ersichtlich ist. Auf diese Weise wird eine entsprechende Strukturfestigkeit der Schweißverbindung 10 gewährleistet.
Betrachtet man die Kompressions-Signale sowie die Kompressions-Zeit des oben beschriebenen Kompressions- Prozesses so ist festzuhalten, daß die Schweißzeit durch eine Steuerschaltung eingestellt wird. Die Kompressions- Signale, wie Schall- oder Lichtstrahlen, die durch die Steuerschaltung emittiert werden, zeigen dem Betreiber an, daß es Zeit ist, den Kompressionsschritt zu starten. Wenn die Kompressions-Zeit vorbei ist, wird die Steuerschaltung ausgeschaltet, wonach der gesamte Schweißprozeß vollständig und komplett durchgeführt ist.
Fig. 8 zeigt die Steuerschaltung mit den folgenden Komponenten:
= ungesicherter Unterbrecher
= Spannungsmeßgerät
= Anzeigelampe
= elektromagnetischer Schalter
N = normalerweise geöffnete Verbindung des elektromechanischen Schalters
= Relais
= Relais
= Relais
= Zeitschalter
T1 = Steuertransformator
T2 = Schweißtransformator
= elektrische Gegenstrominduktanz
BZ1, BZ2 = Summer
D1, D2 = lichtemittierende Dioden
G1, G2 = Brückengleichrichterschaltungen
M1, M2 = konvertierende Schalter
S1a = normalerweise geöffnete Verbindung eines Druckknopfes
S1b = normalerweise geschlossene Verbindung eines Druckknopfes
S2a = normalerweise geöffnete Verbindung eines Druckknopfes
S2b = normalerweise geschlossene Verbindung eines Druckknopfes.

Nachfolgend wird die Funktions- und Wirkungsweise der Schaltung gemäß Fig. 8 beschrieben:

1. Während des normalen Schweißbetriebes (-nicht nach dem erfindungsgemäßen Verfahren) ist ein konvertierender Schalter M1 geschlossen. Die Spannung von 220 V wird direkt an den elektromagnetischen Schalter angeschlossen, um diesen zu betätigen. Die normalerweise geöffnete Verbindung M wird dann geschlossen, so daß der Schweißtransformator eingeschaltet wird und in Betrieb ist, so daß die Schweißarbeit durchgeführt werden kann.
2. Während des erfindungsgemäßen Schweißbetriebes gilt folgendes:
- 1) Der Schalter M1 befindet sich in einer normalen geöffneten Stellung, der Schalter M2 wird niedergedrückt, der elektromagnetische Schalter befindet sich in einem ausgeschalteten Zustand.
- 2) Wenn die vorbereitende Arbeit vollständig durchgeführt ist, wird der Druckknopfschalter S1a (oder S2a) niedergedrückt, das Relais R2 (oder R3) wird zur Aktivierung eingeschaltet, wodurch wiederum das Relais R1 aktiviert wird. Hierdurch wird nun die normalerweise geöffnete Verbindung des Druckknopfschalters S1a (oder S2a) freigegeben, die Steuerschaltung automatisch gesperrt (-selbsthaltend), d. h. die normalerweise geöffnete Verbindung der Relais R2, R1 (oder R3, R1) wird geschlossen, der elektromagnetische Schalter und der Zeitschalter T können eingeschaltet und aktiviert werden, wonach dann der Schweißtransformator eingeschaltet wird, so daß der Schweißprozeß nun gestartet wird. Nach einer bestimmten Zeitspanne wird die normalerweise geöffnete Verbindung des Zeitschalters T geschlossen, so daß der Summer BZ1 (oder BZ2) und die lichtemittierende Diode D1 (oder D2) aktiviert werden. Hierdurch wird ein Schallsignal bzw. ein optisches Signal emittiert, um kundzutun, daß es nun Zeit zum Schweißen ist. In diesem Augenblick befinden sich die Stahl-Verstärkungen 1, 2 im Kompressions-Zustand und drücken die normalerweise geschlossene Verbindung des Druckknopfschalters S1b (oder S2b) nieder, wobei das Relais R2 (oder R3) ausgeschaltet wird. Dann wird das Relais R1 selbst ausgeschaltet.
  Entsprechendes gilt für den Elektromagnetschalter . Der Schweißtransformator beendet dann seinen aktiven Betriebszustand.
- 3) Nach dem die normalerweise geöffnete Verbindung des Druckknopfschalters S1a (oder S2a) niedergedrückt worden ist, wird die normalerweise geöffnete Verbindung des Druckknopfschalters S2a (oder S1a) ebenfalls niedergedrückt, so daß sich das Steuersystem nicht im aktiven Betriebszustand befindet. Das bildet einen Schutz gegen wechselseitiges Sperren, wodurch eine Überlastung des Schweißtransformators T2 vermieden wird.
- 4) Zwei Ausbildungen von Schweißverbindungen werden erfindungsgemäß verwendet, wobei wahlweise zwei Steuerschaltungsabschnitte verwendet werden. Wenn eine der beiden Ausbildungen von Schweißverbindungen den Schweißvorgang abgeschlossen hat, ist die andere für den Schweißprozeß fertig. Diese abwechselnde bzw. wahlweise Anwendungsmöglichkeit erhöht die Arbeitseffektivität entsprechend.

Nach dem Kompressionsprozeß werden die Schweißverbindungen für einige Minuten in dem Lot belassen, wonach dann der Lotbehälter entfernt wird, um das verbleibende Lot auszuschütten. Nach einer vollständigen Abkühlung der Schweißverbindung wird eine Schlackeschale 314 weggeschlagen, wonach das Verfahren vollständig abgeschlossen ist.

Nachfolgend werden Vorteile der vorliegenden Erfindung aufgezählt:

1) Die Schweißzeit ist kurz, sie beträgt ca. 20-40 Sekunden.
2) Die Wirksamkeit ist hoch, sie ist mehr als 5 mal größer als die Wirksamkeit bekannter Verfahren.
3) Die Kosten sind gering, sie betragen 1/3 bis 1/8 der bekannten Verfahren.
4) Der gesamte Schweißprozeß kann ohne Lichtstrahlung, Flugasche, Rauch oder Staub durchgeführt werden, woraus eine ausgezeichnete Arbeitsumgebung resultiert.
5) Der Betrieb ist bequem und einfach zu erlernen, d. h. die Anforderungen an die Qualifikation des Betriebspersonals sind reduziert.
6) Die Prozeßdurchführung ist einfach und zeitsparend möglich.

Die erfindungsgemäßen Klemmvorrichtungen zum Verbinden von Stahl-Verstärkungen 1, 2 durch Verschweißung können in zwei Arten unterteilt werden, nämlich in die manuellen und in die automatischen Typen. Fig. 6 zeigt eine manuelle Ausbildung einer Klemmvorrichtung mit den folgenden Hauptbestandteilen: Einem Hauptkörper 5, der an seiner Oberseite mit einem Handgriff 51 versehen ist, und zwei Stangen 52, die eine Führung bilden und die sich von einem unteren Abschnitt des Hauptkörpers 5 wegerstrecken. Zwischen den beiden Stangen 52 ist mittig eine Spindel 53 vorgesehen. Die Spindel 53 ist im Inneren des Hauptkörpers 5 mit einem angetriebenen Kegelrad 531 versehen. Der Hauptkörper 5 ist mit einer Kurbel 54 versehen, die an einer Seite des Hauptkörpers 5 vorgesehen ist. Die Kurbel 54 weist im Inneren des Hauptkörpers 5 ein Antriebskegelrad 541 auf. Das Antriebskegelrad 541 kämmt mit dem angetriebenen Kegelrad 531 drehmomentübertragend.

Zwischen den beiden Stangen 52 ist ein oberes gleitbewegliches verstellbares Spannfutter 6 vorgesehen. An den unteren Enden der beiden Stangen 52 ist ein unteres gleitbewegliches verstellbares Spannfutter 60 vorgesehen. Das obere gleitbewegliche Spannfutter 6 kann mit Hilfe von zwei Gleithülsen 61 entlang den beiden Stangen 52 verschoben werden.

Fig. 9 verdeutlicht den automatischen Typus einer erfindungsgemäßen Spannvorrichtung mit einem Hauptkörper 7, der zwei Stangen 71 und zwischen den beiden Stangen 71 einen Motor 72 aufweist. Der Motor 72 erstreckt sich mit einer Spindel 74 durch ein Wechselgetriebe 73. Die Spindel 74 ist mit einem oberen gleitbeweglichen Spannfutter 6 verschraubt. Am unteren Ende der beiden Stangen 71 des Hauptkörpers 7 ist ein unteres gleitbewegliches Spannfutter 60 vorgesehen. Wenn der Motor 72 einen Befehl erhält, nach vorwärts oder nach rückwärts zu rotieren, treibt er das obere gleitbewegliche Spannfutter 6 derart an, daß es sich linear nach oben oder nach unten bewegt.

Wie aus den Fig. 7 und 10 ersichtlich ist, weist die Klemmvorrichtung an einem Ende des gleitbeweglichen Spannfutters 6, 60 (-wobei das obere gleitbewegliche Spannfutter 6 beschrieben wird) ein L-förmiges Klemmorgan 62 auf. An dem Spannfuttersitz 61 ist ein Gleitkanal 63 vorgesehen. Der Gleitkanal 63 hält an einer geeigneten Stelle eine oberseitige Platte 64. Die oberseitige Platte 64 (an der Oberseite des Spannfuttersitzes 61) ist mit einem manuell zu betätigenden Knopf 65 versehen. Der Gleitkanal 63 ist außerdem mit einem Gleitblock 66 versehen, der an seiner Rückseite mit einer gerippten Oberfläche 661 ausgebildet ist. An der Vorderseite des Gleitblockes 66 ist ein Klemmbolzen 662 vorgesehen. Sollen mit den gleitbeweglichen Spannfuttern 6, 60 die zu verschweißenden Stahl-Verstärkungen 1, 2 geklemmt oder freigegeben werden (wobei das obere gleitbewegliche Spannfutter 6 beschrieben wird), so wird der manuell zu betätigende Knopf 65 an der Oberseite des Spannfuttersitzes 61 im entgegengesetzten Uhrzeigersinn gedreht, um die oberseitige Platte 64 zu öffnen und von der gerippten Oberfläche 661 an der Rückseite des Gleitblockes 66 wegzubewegen. Nun kann der Gleitblock 66 entlang des Randes des Gleitkanales 63 verstellt werden, wobei die Stahl-Verstärkungen 1, 2 an der Innenseite des L-förmigen Klemmorganes 62 anliegen. Nachdem der Gleitblock 66 in der geöffneten Position lokalisiert worden ist, wird der manuell betätigbare Knopf 65 derart gedreht, daß die oberseitige Platte 64 im Uhrzeigersinn geschlossen wird, um mit der gerippten Oberfläche 661 in Eingriff zu gelangen, so daß die oberseitige Platte 64 die gerippte Oberfläche 661 fixiert hält. Danach wird eine Steuerstange 663 verwendet, um den Klemmbolzen 662 festzuschrauben. Die Stahl-Verstärkungen 1, 2 werden durch die Dreipunktklemmung mittels des L-förmigen Klemmorganes 62 und des Klemmbolzens 662 sehr stabil festgeklemmt. Die oben beschriebene Konstruktion stattet den automatischen Typus der Klemmvorrichtung zum Verschweißen von Stahl-Verstärkungen 1, 2 nicht nur mit geeigneten einfachen Betätigungsmöglichkeiten aus, sondern sie ergibt auch eine passende, zuverlässige und feste Positionierung sowie eine ausgezeichnete Klemmwirkung.

Die Vorwärts- und die Rückwärtsdrehung des Motors zur Steuerung des automatischen Typus der Klemmvorrichtung zum Verschweißen von Stahl-Verstärkungen 1, 2 wird durch eine Steuerschaltung bewirkt, wie sie in Fig. 11 zeichnerisch dargestellt ist. Fig. 11 zeigt einen Schweißtransformator 80, eine Energieversorgung 81, eine integrierte Schaltung 82, eine erste Vergleichssteuerschaltung 83 und eine zweite Vergleichssteuerschaltung 84.

Der Ausgangsanschluß des Schweißtransformators 80 wird an den Stahl-Verstärkungen 1, 2 angebracht. Der Ausgangsanschluß ist mit einem Schalter K1 versehen, der zum manuellen oder zum automatischen Schweißen vorgesehen ist. Ist der Schalter K1 eingeschaltet, so ergibt sich der manuelle Modus. Wenn der automatische Modus gewünscht wird, soll der Schalter K1 ausgeschaltet sein.

Die Energieversorgung 81 besitzt drei Ausgänge, die zur Versorgung der Steuerschaltung mit der entsprechenden Betriebsspannung und zur Versorgung des Motors mit der passenden Betriebsspannung dienen.

Wie die Fig. 11 verdeutlicht, weist die integrierte Schaltung 82 insbes. einen ersten, einen zweiten und einen dritten Stufen-OP (Operations)-Verstärker auf. Der positive Eingangsanschluß des dritten OP-Verstärkers besitzt eine RC- Schaltung, er wird insbes. als Trigger einer Ein/Aus-Schaltung des ersten Transistors verwendet, wenn der Hochdruck- d. h. Kompressions-Zustand gegeben ist. Ein Teiler (Punkt 22 in der integrierten Schaltung 82) wird verwendet, um Signale abzunehmen, die durch den Widerstand R1 hindurchgeleitet werden, um sie invers in den ersten OP-Verstärker (IC3) und in den zweiten proportionalen OP-Verstärker einzugeben, nachdem sie invertiert worden sind. Zu dieser Zeit wird der Kondensator C6 geladen. Die Zeitspanne zum Laden entspricht exakt der Zeitspanne zum Schweißen. Die Länge der Zeitspanne zum Laden ist bezogen auf die Eingangsspannung und die eingestellte Zeit zum Schweißen (-Auswahl des Widerstandswertes durch K3). Wenn die Spannung am Ende durch den Kondensator auf einen vorbestimmten Wert erhöht ist, wird der dritte Differentialeingangs-OP (IC3) invertiert und werden die Eingänge in den Inphase-Eingangsanschluß des Komperators IC 4a durch R9, dann durch T14, TR1 eingeschaltet. J3 wird aktiviert, der Motor T2 dreht sich vorwärts, das obere gleitbewegliche Spannfutter 6 wird abgesenkt, um den Druckausübe-Prozeß zu bewerkstelligen.

Die zweite Vergleichssteuerschaltung 84 gemäß Fig. 11 ist mit einer transistorisierten Ein/Aus-Schaltung versehen, die zum Ein- und Ausschalten der Energiezufuhr des Schweißtransformators vorgesehen ist. Sie nimmt ein Signal zum Vergleich der Stromänderung des Motors, wenn Druck bis zu einem vorbestimmten Druckwert (um 3000N) ausgeübt wird. Der Spannungsabfall am Widerstand R27 durch den Strom Ia (Strom durch den Motor) und die normale Spannung am Punkt 20 werden mittels des Komparators IC 3C verglichen. Wenn die negative Eingangsspannung (Punkt 31) größer ist als die positive Eingangsspannung (Punkt 30), wird der Ausgang von IC 3C invertiert. Sein Potential wird negativ umgewandelt, D13 wird eingeschaltet, TR3 wird unterbrochen, J1 und CJ sind ohne Elektrizität, und der Schweißprozeß ist vervollständigt.

Die erste Vergleichssteuerschaltung 83 gemäß Fig. 11 ist mit zwei Sätzen (einem ersten und einem zweiten Satz) von transistorisierten Ein/Aus-Schaltungen 831, 832 versehen, die zur Steuerung des Vorwärts- bzw. Rückwärtslaufes des Motors und dazu vorgesehen sind, ein Spannungssignal vom Ausgang des Schweißtransformators abzunehmen, das in einen Rückkopplungsschaltkreis eingegeben wird, um das Signal mit einem Referenzsignal zu vergleichen. Nach dem Vergleich wird es in IC4 eingegeben, wenn die Lichtbogenspannung unter einem vorbestimmten Wert (40 V) abfällt. Die Lichtbogenspannung kann durch die Wirkung des Komparators und des Relais J2 erhöht werden. Es erfolgt ein Hochbewegen des oberen gleitbeweglichen Spannfutters 6. Wenn die Lichtbogenspannung innerhalb eines vorgegebenen Wertbereiches (40 V-50 V) liegt, wird das Relais J2 inaktiv gehalten und der Motor T2 angehalten; d. h. die Lichtbogenspannung kann aufrechterhalten werden. Wenn die Lichtbogenspannung größer als 50 V ist, wird das Relais J2, J3 aktiviert, der Motor 52 nach vorwärts angetrieben, das obere gleitbewegliche Spannfutter 6 abgesenkt und die Lichtbogenspannung kann wieder zwischen 40 V und 50 V aufrechterhalten werden.

Unter Berücksichtigung der Tatsache, daß die Stahl- Verstärkungen 1, 2 unterschiedliche Durchmesser besitzen können, werden die ausgewählten Parameter (Schweißstrom, Schweißzeit) ebenfalls variiert. Zu diesem Zwecke kann ein in Serie zusammengeschalteter Spannungsteiler K3 voreingestellt werden, um die Schweiß-Parameter geeignet auszuwählen.

Die Schweißzeit kann erfindungsgemäß automatisch durch die integrierte Schaltung gesteuert werden. Wenn die Spannung sich übermäßig ändert, kann die Erfindung problemlos weiter ganz normal verwendet werden, ohne daß die Qualität der Schweißverbindung hierdurch beeinflußt würde.

Nachfolgend wird die Betriebsweise der Erfindung beschrieben:

Die Steuerschaltung K1 wird in dem Betriebszustand der automatischen Schweißung (Elektroschlacke-Schweißung) gestellt. Der Schalter K2 wird eingeschaltet und die energieanzeigende Lampe wird eingeschaltet, so daß die gewünschte Arbeit durchgeführt werden kann. Anschließend wird der Aktivierungsschalter AN3 niedergedrückt, wobei das Relais J1 sowie der elektromagnetische Schalter CJ aktiviert wird und die elektrische Energie eingeschaltet wird, um den Lichtbogen zu zünden. Zwischenzeitlich wird der Kondensator C6 geladen. Die Lichtbogenspannung wird in den Rückkopplungsschaltkreis eingegeben und mit der Referenzspannung verglichen. Nach dem Vergleich wird sie in den Komperator IC4 eingegeben. Wenn die Lichtbogenspannung größer ist als der vorgegebene Spannungsbereich, werden die Relais J2, J3 gleichzeitig aktiviert. Wenn die Lichtbogenspannung unterhalb des vorgegebenen Spannungsbereiches liegt, wird das Relais J2 aktiviert, um den Vorwärts- oder Rückwärtslauf des Motors zu steuern und hierdurch den Spalt zwischen den Stahl- Verstärkungen 1, 2 einzustellen. Auf diese Weise ist eine Einstellung der Lichtbogenspannung (während des Elektroschlacke-Prozesses) möglich. Nach einer bestimmten Zeitspanne sendet die integrierte Schaltung Signale aus, durch die das Relais J3 aktiviert wird, so daß das obere gleitbewegliche Spannfutter 6 (während des einen Druck ausübenden Prozesses) abgesenkt wird. Wenn die Stahl- Verstärkungen 1, 2 zusammengepreßt worden sind, wird die Last am Motor T2 plötzlich erhöht, d. h. es wird der elektrische Strom erhöht. Der am Widerstand R27 erzeugte Spannungsabfall wird mit der Standard-Spannung verglichen. Wenn er größer ist als die Standard-Spannung wird der Ausgang des Komparators IC 3C invertiert, J1 freigegeben und die Schweißarbeit vervollständigt (wobei die Energie automatisch abgeschaltet wird).

Claims

1. Verfahren zum Verschweißen von Stahl-Verstärkungen, gekennzeichnet durch die folgenden Verfahrensschritte:

a) Einen Lichtbogen-Zündprozeß, wobei eine obere Stahl- Verstärkung und eine untere Stahl-Verstärkung zueinander benachbart angeordnet werden, ein mit Lot gefüllter Lotbehälter an einer Verbindungsstelle der oberen und der unteren Stahl-Verstärkung vorgesehen wird, die obere und die untere Stahl-Verstärkung an eine elektrische Energiequelle angeschlossen werden, und die obere Stahl-Verstärkung dann hochbewegt wird, um zwischen der oberen und der unteren Stahl- Verstärkung einen elektrischen Lichtbogen zu zünden,
b) einen Lichtbogen-Prozeß, wobei der elektrische Lichtbogen Lot im Lotbehälter in der Nachbarschaft des Lichtbogenbereiches schmilzt und hierdurch eine Elektroschlacke-Lache bildet, und wobei eine Verdampfung eines Teiles des Lotes in der Elektroschlacke-Lache einen Vakuumdruck erzeugt, durch den in der Nähe des Lichtbogenbereiches ein Lichtbogen-Gashohlraum gebildet wird, wobei eine Gaselektrolyse in dem Lichtbogen-Gashohlraum den elektrischen Lichtbogen aufrechterhält,
c) einen Elektroschlacke-Prozeß, wobei ein Ende der oberen Stahl-Verstärkung und ein Ende der unteren Stahl-Verstärkung in der Elektroschlacke-Lache angeordnet werden, der elektrische Lichtbogen gelöscht wird, die Elektroschlacke-Lache elektrisch leitend wird und die Stromleitung des elektrischen Stromes fortführt, wodurch ein Schweißstromkreis zur Aufrechterhaltung einer Temperatur von ca. 2000°C in der Elektroschlacke-Lache aufrechterhalten wird, wobei die Enden der Stahl-Verstärkungen eine Übergangsschicht bilden, und
d) einen Kompressionsprozeß, wobei auf die Enden der Stahl-Verstärkungen ein Druck ausgeübt wird, um eine Schweißverbindung herzustellen,wobei Verunreinigungen aus der Schweißverbindung ausgeschieden werden, um eine entsprechende Strukturfestigkeit der Schweißverbindung sicherzustellen.

2. Schweißverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Energiequelle sich in folgendem Betriebszustand befindet, daß die obere Stahl-Verstärkung an eine Elektrode der Energiequelle angeschlossen ist, während die andere Stahl-Verstärkung zu Erdungszwecken an eine andere Elektrode der Energiequelle angeschlossen ist.

3. Schweißverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Lot mit den folgenden Hauptbestandteilen verwendet wird:
(1) MnO 3,4-38,0% (2) SiO₂ 40,0-44,00% (3) MgO 5-8%

4. Schweißverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Asbestgewebe oder ein anderes feuerfestes Material über den Boden des Lotbehälters gewickelt oder am Boden des Lotbehälters vorgesehen wird, bevor der Lotbehälter mit dem Lot gefüllt wird.

5. Klemmvorrichtung zur Verwendung beim Verschweißen von Stahl-Verstärkungen, gekennzeichnet durch einen Hauptkörper, der mit zwei Stangen versehen ist, die als Führung vorgesehen sind und die sich vom unteren Teil des Hauptkörpers wegerstrecken, und einer ersten Spindel, die mittig zwischen den beiden Stangen vorgesehen ist, und die im Inneren des Hauptkörpers ein angetriebenes Kegelrad besitzt, wobei der Hauptkörper eine Kurbel aufweist, die an einer Seite des Hauptkörpers angeordnet ist und die im Inneren des Hauptkörpers ein Antriebs- Kegelrad besitzt, das mit dem angetriebenen Kegelrad kämmend in Eingriff ist,
ein oberes verschiebebewegliches Spannfutter zwischen den beiden Stangen des Hauptkörpers und ein unteres verschiebebewegliches Spannfutter, das an den unteren Enden der beiden Stangen vorgesehen ist, wobei das obere verschiebe- bzw. gleitbewegliche Spannfutter mittels zweier Gleithülsen entlang den beiden Stangen verschiebbar ist.

6. Klemmvorrichtung zur Verwendung beim Verschweißen von Stahl-Verstärkungen, gekennzeichnet durch einen Hauptkörper, der mit zwei Stangen versehen ist, die als eine Führung vorgesehen ist, einen Motor, der zwischen den beiden Stangen vorgesehen ist und der mittels eines Wendegetriebes mit einer Spindel versehen ist, die mit einem oberen gleitbeweglichen Spannfutter in Gewindeeingriff ist, und ein unteres gleitbewegliches Spannfutter, das an den unteren Enden der beiden Stangen des Hauptkörpers vorgesehen ist, wobei der Hauptkörper die beiden zu verschweißenden Stahl-Verstärkungen mit Hilfe des oberen und des unteren Spannfutters eng zusammenklemmt, wenn der Motor einen Befehl zur Vorwärts- oder Rückwärtsdrehung erhält, um das obere gleit- bzw. verschiebebewegliche Spannfutter linear nach oben oder nach unten zu bewegen.

7. Klemmvorrichtung zur Verwendung beim Verschweißen von Stahl-Verstärkungen nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß an einem Ende eines Spannfuttersitzes des oberen und des unteren gleitbeweglichen Spannfutters ein Klemmorgan vorgesehen ist, und daß an dem Spannfuttersitz ein Gleitkanal vorgesehen ist, der eine oberseitige Platte in einer geeigneten Position festhält, wobei die oberseitige Platte einen manuell zu betätigenden Knopf aufweist, der an der Oberseite des Spannfuttersitzes vorgesehen ist, daß der Gleitkanal außerdem mit einem Gleitblock versehen ist, der an der Rückseite mit einer gerippten Oberfläche ausgebildet ist, und daß an der Vorderseite des Gleitblockes eine Klemmspindel vorgesehen ist.

8. Klemmvorrichtung zur Verwendung beim Verschweißen von Stahl-Verstärkungen nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Vorderende des Klemmorganes am Spannfuttersitz eine L-förmige Gestalt besitzt.

9. Klemmvorrichtung zur Verwendung beim Verschweißen von Stahl-Verstärkungen nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch
eine Steuerschaltung mit einer Energieversorgung zur Versorgung der Steuerschaltung und des Motors mit einer Betriebsspannung,
eine integrierte Schaltung mit einem ersten, einem zweiten und einem dritten Stufen-OP-(Operations)- Verstärker, einem Teiler, der zur Abnahme von Signalen verwendet wird, wobei der positive Eingangsanschluß des dritten OP-Verstärkers eine RC-Schaltung besitzt, deren Ausgang zur Steuerung der Vorwärtsdrehung des Motors mit dem Eingangsanschluß der Ein/Aus-Schaltung des ersten Transistors verbunden ist, und der als ein Trigger benutzt wird, wenn ein hoher Druck ausgeübt werden soll,
eine zweite Vergleichssteuerschaltung, die mit einer transistorisierten Ein/Aus-Schaltung zum Ein- und Ausschalten der Energie für den Schweißtransformator versehen ist, und die ein Signal abnimmt, um Stromänderungen im Motor mit der normalen Betriebsspannung zu vergleichen, wobei das durch den Komparator erhaltene Resultat zur Steuerung der Energiezufuhr zum Transformator benutzt wird,
und eine erste Vergleichssteuerschaltung, die mit einer ersten und einer zweiten transistorisierten Ein/Aus schaltung zur Steuerung des Vorwärts- und des Rückwärtslaufes des Motors vorgesehen ist, und die vom Ausgang eines Schweißtransformators ein Spannungssignal abnimmt, das in eine Rückkopplungsschaltung eingegeben wird, um das Signal mit der normalen Betriebsspannung zu vergleichen, wobei das Ergebnis dieses Vergleiches als Referenz zur Einstellung der Lichtbogenspannung verwendet wird, um die erste und die zweite transistorisierte Ein/Aus-Schaltung zu steuern.