DE3235104C2 - Vorrichtung zum Aufschweißen von Bolzen auf ein Werkstück - Google Patents

Abstract

Bei einer Vorrichtung zum Aufschweißen von Bolzen auf ein Werkstück tritt das Problem auf, daß die für die Zündung eines ordnungsgemäßen Lichtbogens am Bolzen vorhandene Zündspitze bereits deformiert oder sogar zerstört sein kann, wenn der Schweißstrom eingeschaltet und somit der Lichtbogen gezündet wird. Die Einschaltung des Schweißstromes erfolgt nämlich bei einer herkömmlichen Vorrichtung dann, wenn ein Schlagbolzen mit erheblicher Wucht auf den Kolben der Vorrichtung auftrifft, an dessen vorderem Ende der Bolzen mit der Zündspitze auf das Werkstück gedrückt wird. Gemäß der Erfindung wird die Einschaltung des Schweißstromes bereits vor dem Aufschlag des Schlagbolzens auf den Kolben durchgeführt, und zwar mit Hilfe einer entsprechenden Steuereinrichtung, die um eine hinreichende Zeitspanne vorher den Schweißstrom einschaltet und damit den Lichtbogen zündet.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Aufschweißen von Bolzen, die wenigstens eine Lichtbogen-Zündspitze aufweisen, auf ein Werkstück, wobei zur Schweißung zwischen einer Lichtbogen-Zündspitze und dem Werkstück durch den Schweißstrom ein Lichtbogen erzeugt wird, mit einem in bezug auf ein Gehäuse der Vorrichtung axial verschiebbar angeordneten Kolben, an dessen vorderem Ende ein Bolzen gehalten ist und dessen rückwärtiges Ende durch einen koaxial zum Kolben angeordneten Schlagbolzen beaufschlagbar ist, welcher durch eine Antriebseinrichtung in Richtung auf den Kolben zu beschleunigen ist.

Eine derartige Anordnung entspricht einem ültercn Vorschlag gemäß der DE-OS 32 05 244, von dem die vorliegende Erfindung ausgeht. Nach diesem älteren Vorschlag ist der Schlagbolzen unabhängig vom Kolben ausgebildet und relativ zu dem Kolben derart koaxial verschiebbar geführt, daß der Schlagbolzen durch eine Feder vom Kolben hinweggedrückt wird und durch die Kraft eines Elektromagneten in Richtung auf den Kolben zu beschleunigt werden kann. Dabei ist der Schlagbolzen gemeinsam mit dem Kolben, dem Bolzen und dem Werkstück in einem Stromkreis angeordnet

Obwohl die oben beschriebene Anordnung funktionsfähig ist, ist ihr der Nachteil eigen, daß damit nicht in allen Anwendungsfällen, insbesondere nicht bei allen ίο Material-Paarungen voll zufriedenstellende Schweißergebnisse erzielt werden können.

Um die Qualität der erzielbarem Schweißverbindungen zu verbessern, insbesondere auch bei verhältnismäßig problematischen Material-Paarungen, bedient sich die Erfindung der Erkenntnis,, daß ein wesentlicher Zusammenhang zwischen der mechanischen, geometrischen Veränderung der Zündspitze bei der Einleitung des Schweißvorganges einerseits und der schließlich erzielten Qualität der Schweißverbindung andererseits besteht

Es liegt der Erfindung daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Aufschweißen von Bolzen der eingangs näher genannten Art zu schaffen, mit welcher die Gefahr erheblich vermindert werden kann, daß die Zündspitze beim Aufschlagen auf das Werkstück derart deformiert oder anderweitig nachteilig beeinträchtigt werden kann, daß der Lichtbogen nicht mehr ordnungsgemäß ausgebildet und der Schweißvorgang somit nicht zu einer hinreichend festen Schweißverbindung führt, jo Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung vor, daß eine Steuereinrichtung vorgesehen ist, durch welche zu einem vorgebbaren Zeitpunkt vor dem Auftreffen des Schlagbolzens auf dien Kolben der Schweißstrom einschaltbar ist.

J5 Vorteilhafte Weiterbildungen und bevorzugte Ausführungsformen des Erfindurigsgegenslandes ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform des Erfindungsgegenstundes k'. vorgesehen, daß die Zeitspanne zwischen der Einschaltung des Schweißstromes und dem Auftreffen dies Schlagbolzens auf den Kolben einstellbar ist. Auf diese Weise kann die erfindungsgemäße Vorrichtung besonders gut an unterschiedlichste Anwendungsbedingungen angepaßt werden.

Eine verhältnismäßig einfache und betriebssichere gerätetechnische Ausführungsform der Steuereinrichtung zeichnet sich dadurch aus, daß der Schlagbolzen einen als Steuereinrichtung dienenden, elektrisch leitenden Steuerstift aufweist, der mit einer vorgebbaren Län ge aus derjenigen Stirnseite des Schlagbolzens herausregt, welche mit dem Kolben in Berührung zu bringen ist, daß der Steuerstift innerhalb des Schlagbolzens in axialer Richtung verschiebbar geführt ist und daß der Steuerstift gegen die Kraft einer Feder in den Schlagbolzen einschiebbar ist. Da die Feder, mit welcher der Steuerstift aus dem Schlagbolzen herausgedrückt wird, sehr schwach ausgebildet sein kann, wirken zunächst, und zwar solange nur der Sieuerstift den Kolben be-M) rührt, noch keine nennenswerten Kräfte auf die Zündspitze. Erst dann, wenn der .Schlagbolzen auf den Kolben auftrifft, erfolgt eine erhebliche Krafteinwirkung die auch zu einer Deformation der Zündspitze führen könnte. Mit Hilfe des Steucistifiies wurde jedoch der Lichtbogen bereits vorher ordnungsgemäß gezündet, so daß dadurch der Sehweißvorgang praktisch optimal gesteuert werden kann.

Zur Anpassung an unterschiedliche Betriebsbedin-

jungen sieht eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung der Vorrichtung nach der Erfindung vor, daß diejenige Länge des Steuerstiftes einstellbar ist, mit welcher der aus dem Schlagbolzen herausragt.

Eine vorteilhafte, alternative gerätetechnische Ausführungsform der Steuereinrichtung zeichnet sich dadurch aus, daß die Steuereinrichtung als elektronische Abstandsmeßeinrichtung ausgebildet ist, durch welche der Schweißstrom einschaltbar ist, wenn der sich in Richtung auf den Kolben bewegende Schlagbolzen einen vorgegebenen Abstand von dem Kolben erreicht hat. Natürlich kann dabei eine einstellbare Zeitspanne zwischen der Einschaltung des Schweißstromes und der damit verbundenen Zündung des Lichtbogens einerseits und dem Auftreffen des Schlagbolzens auf den Kolben andererseits vorgesehen werden.

Gemäß der Erfindung ist der wesentliche technische Fortschritt erreichbar, daß durch die erfindungsgemäße Steuereinrichtung die Zündung des Lichtbogens zu einem Zeitpunkt eingeleitet werden kann, in welchem die Zündspitze noch keinerlei Deformation, Beschädigung oder Zerstörung erlitten hat, da die Einschaltung dzs Schweißstromes und die entsprechende Zündung des Lichtbogens gemäß der Erfindung kurzzeitig vor dem Auftreffen des Schlagbolzens auf den Kolben durchgeführt werden. Die Erfindung bedient sich nämlich der Erkenntnis, daß mangelhafte Schweißverbindungen mit herkömmlichen Vorrichtungen, insbesondere dadurch erfolgen, daß aufgrund der kinetischen Energie, welche der Schlagbolzen über dem Kolben auf die Zündspitze überträgt, unter Umständen derart erhebliche Stauchungen oder andere Deformationen eingetreten sein können, bevor die Ausbildung eines für den Schweißvorgang ordnungsgemäßen Lichtbogens überhaupt beginnen kann. Unter dieser Voraussetzung kann die Zündspitze ihre wesentliche Funktion überhaupt nicht mehr ausüben, welche hauptsächlich darin besteht, den zur Verflüssigung des Materials wichtigen Lichtbogen zu zünden, welches schließlich die Schweißverbindung bilden soll. Unter Umständen ist nämlich die Zündspitze zu demjenigen Zeitpunkt bereits plattgedrückt worden, in welchem der Schweißstrom zu fließen beginnt. Dann kommt eine hinreichend feste Schweißverbindung natürlich nicht zustande.

Obwohl auch bei einer herkömmlichen Schweißvorrichtung rein theoretisch alle für den Vorgang maßgeblichen Parameter so eingestellt werden können, daß eine brauchbare Schweißverbindung entsteht, hat die Praxis doch gezeigt, daß in sehr vielen Fällen auch bei sehr sorgfältiger Handhabung einer Schweißvorrichtung keine brauchbaren Schweißverbindungen erreicht werden könne·-,. Hier schafft cie Erfindung Abhilfe, zumal erfahrungsgemäß die Einstellung einer geeigneten Zeitspanne nicht kritisch ist, um welche die Zündung des Lichtbogens durch entsprechende Einschaltung des Schweißstromes vor dem Auftreffen des Schlagbolzens erfolgen soll. Es besteht vielmehr nach den praktischen Erfahren bei der Anwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ein verhältnismäßig großer Spielraum für den praktisch optimalen Zeitpunkt zur Einschaltung des Schweißstromes. jedenfalls hat sich gezeigt, daß der praktisch optimale Zeitpunkt zur Zündung des Lichtbogens sehr leicht experimentell ermittelt werden kann.

Gemäß der Erfindung wird die Technik dadurch erheblich bereichert, daß nicht nur bei solchen Materialien, die auch mit einer herkömmlichen Schweißvorrichtung grundsätzlich verschweißt werden konnten, erhebliche Verbesserungen erzielt werden können, darüber hinaus lassen sich mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung auch Materialien wie Aluminium verarbeiten, was bisher praktisch kaum möglich war, wenn bestimmte Ansprüche an die Qualität der Schweißverbindung gestellt wurden.

Es können außer den obengenannten gerätetechnischen Ausführungsformen der Steuereinrichtung auch beliebige andere Mittel eingesetzt werden, denn es kommt entscheidend lediglich darauf an, daß die Zündung des Lichtbogens in einem geeigneten Zeitpunkt vor dem Auftreffen des Schlagbolzens auf den Kolben erfolgt, d. h. vor demjenigen Moment, in welchem eine mechanische Deformation der Zündspitze beginnen kann.

Es muß der Schweißstrom auch nicht unbedingt in derselben Weise wie gemäß dem älteren Vorschlag geführt werden. Es kommt zur Erzielung einer besonders guten Verschweißung lediglich darauf an, daß sichergestellt wird, in demjenigen Zeitpunkt, in welchem der Schweißstrci/i zu fließen beginnt und ein entsprechender Lichtbogen gezündet wird, eine ζ r-js an das Werkstück angedrückte, jedoch noch in keiner Weise deformierte oder anderweitig beeinträchtigte Zündspitze zu gewährleisten.

Die Erfindung wird nachfolgend beispielsweise anhand der Zeichnung beschrieben; in dieser zeigt die Figur einen schematischen Längsschnitt durch eine besonders bevorzugte Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes.

jo Gemäß der Darstellung in der Figur der Zeichnung weist die Vorrichtung zum Bolzenschweißen ein pistolenartiges Gehäuse 10 auf, welches von einer Bedienungsperson an einem Handgriff 11 erfaßt werden kann. In dem Gehäuse 10 ist ein Kolben 12 axial verschiebbar geführt

An demjenigen Ende, mic welchem der Kolben 12 aus dem Gehäuse 10 herausragt, ist mit Hilfe einer Spannmutter 13 ein Bolzenhalter 14 angebracht. Der Bolzenhalter 14 weist an seinem freien Ende mit Hilfe von mehreren Schlitzen eine elastische Halterung für einen Bolzen 15 auf, der eine Zündspitze 16 hat, die auf ein Werkstück 17 aufgesetzt ist. Grundsätzlich könnte ein Bolzen auch mehrere Zündspitzen haben.

Im rückwärtigen Teil des Gehäuses 10 ist ein Schlagbolzen 18 koaxial zum Kolben 12 angeordnet und in axialer Richtung verschiebbar gehalten. Auf dem dem Kolben 12 zugewandten Ende des Schlagbolzens 18 ist eine Muffe 21 angeordnet. Diese Muffe 21 liegt an einem Elektromagneten 20 an, wenn der Schlagbolzen 18 so sich in seiner Ruhestellung befindet, in welcher er in der Zeichnung veranschaulicht ist. Der Schlagbolzen 18 wird mit Hilfe einer Druckfeder 27 in seine Ruheste! lung gebracht, in dem die Druckfeder 27 über den Fldnsch i9 des Schlagbolzens 18 eine nach rechts gerichtete Kraft ausübt.

An dem rückwärtigen Ende des Kolbens Ϊ2 ist eine Stützscheibe 22 angebracht, welche einen Anschlag für den Kolben 12 bildet, wenn dieser nach links getrieben wird.

Zwischen der Stützscheibe 22 und dem Elektromagneten 20 ist eine Feder 23 angeordnet, welche den Kolben 12 in seiner in der Zeichnung dargestellten Lage hält, in welcher die Zündspitze 16 des Bolzens 15 zumindest leicht auf das Werkstück 17 aufgedrückt ist. Wenn der Schalter 24 betätigt wird, wird über eine nicht dargestellte Leitung der Elektromagnet 20 eingeschaltet, und dadurch wird der als Anker des Elektromagneten 20 ausgebildete Schlagbolzen 18 aus seiner in

der Zeichnung dargestellten Stellung nach links beschleunigt. Bei dem entsprechenden Bewegungsablauf trifft das linke Ende des Schlagbolzens 18 auf den Kolben 12 auf, und zwar mit erheblicher kinetischer Energie. Zugleich wird der SchweiBstrom eingeschaltet. '.

In dem Schlagbolzen 18 ist ein Steuerstift 25 angeordnet, der koaxial zu dem Schlagbolzen 18 verschiebbar gelagert ist. In einer entsprechenden Ausnehmung im Schlagbolzen 18 ist eine Feder 26 angeordnet, welche den Steuerstift 25 gemäß der Darstellung in der Zeichnung nach links drückt, so daß der Stcucrstift 25 aus dem Schlagbolzen 18 hcrausragt. Die Feder kann verhältnismäßig schwach dimensioniert sein, so daß der Steuersti't 25 mi» verhältnismäßig schwach dimensioniert sein, so daß der Stcuerstift 25 mil verhältnismäßig r> geringer Kraft in den Schlagbolzen hineingcclrückt werden kann. Vorzugsweise ist die Lage des Stcucistifles 25 einstellbar, und zwar derart, daß dasjenige Stück des Steuerstiftes 25, weiches im Ruhezustand aus dem Schlagbolzen 18 herausragt, in seiner Länge verändert und auf einem vorgebbaren Wert eingestellt werden kann.

Wenn mit Hilfe des Schalters 24 der Elektromagnet 20 eingeschaltet wird und dabei der als Anker des als Elektromagneten ausgebildete Schlagbolzen 18 gemäß :ϊ der Darstellung in der Zeichnung nach links beschleunigt wird, kommt zunächst der Steuerstifl 25 mit dem Kolben 12 in Berührung, bevor der Schlagbolzen 18 auf den Kolben 12 mit erheblicher kinetischer Energie auftrifft. Sobald der J-hlagbolzen 18 mit entsprechender Wucht auf den Kolben 12 aufschlägt, beginnt zwangsläufig eine mechanische Deformation der Zündspitze 16. die dann nicht mehr optimal dazu geeignet ist, einen Lichtbogen zu zünden, mit dem eine ordnungsgemäße Schweißverbindung herzustellen ist. Bei der beschriebe- Γ) nen Vorrichtung ist jedoch die Anordnung und die zugehörige elektrische Schaltung dcrsr! getroffen, daß bereits dann der Schweißstrom eingeschaltet und somit ein entsprechender Lichtbogen gezündet wird, wenn der Steuerstift 25 bei der gemäß der Zeichnung nach links gerichteten Bewegung des Schlagbolzens 18 auf den Kolben 12 auftrifft.

Da die Kraft der Feder 26 und auch die Masse des Steuerstiftes 25 sehr gering dimensioniert sind, erleidet die Zündspitze 16 noch keine nennenswerte mechani- ^ sehe Belastung, wenn nur der Zündstift 25 auf den Kolben 12 einwirkt, solange der Schlagbolzen 18 noch nicht aufschlägt. Es wird somit durch die Berührung des Steuerstiftes 25 mit dem Kolben 12 ohne eine Beeinträchtigung der Zündspitze 16 der Schweißstrom eingeschaltet und ein praktisch optimaler Lichtbogen gezündet. Auf diese Weise ist sichergestellt, daß bei entsprechend sachgemäßer Handhabung der Vorrichtung und ordnungsgemäßer Einstellung der Betriebsparameter auch unter ungünstiger Einsatzbedingung eine außcrordent- π lieh feste und dauerhafte Schweißverbindung erreicht wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
bo

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum Aufschweißen von Bolzen, die wenigstens eine Lichtbogen-Zündspitze aufweisen, auf ein Werkstück, wobei zur Schweißung zwischen einer Lichtbogen-Zündspitze und dem Werkstück durch den SchweiEstrom ein Lichtbogen erzeugt wird, mit einem in bezug auf ein Gehäuse der Vorrichtung axial verschiebbar angeordneten Kolben, an dessen vorderem Ende ein Bolzen gehalten ist und dessen rückwärtiges Ende durch einen koaxial zum Kolben angeordneten Schlagbolzen beaufschlagbar ist, welcher durch eine Antriebseinrichtung in Richtung auf den Kolben zu beschleunigen ist, dadurch gekennzeichnet, daß eine Steuereinrichtung (25,26) vorgesehen ist, durch welche zu einem vorgebbaren Zeitpunkt vor dem Auftreffen des Schlagbolzens (18) auf den Kolben \Ί2) der Schweiösirom einschaltbar ist

2. Vorrichtung nach Anspruch !, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitspanne zwischen der Einschaltung des Schweißstromes und dem Auftreffen des Schlagbolzens (18) auf den Kolben (12) einstellbar ist

3. Vorrichtung nach einem dsr Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Schlagbolzen (18) einen als Steuereinrichtung dienenden, elektrisch leitenden Steuerstift (25) aufweist, der mit einer vorgebbaren Länge aus derjenigen Stirnseite des Schlagbc'zens (18) herausragt, welche mit dem Kolben (12) in Berührung zu bringen ist, daß der Steuerstift (25) innerhalb des Schlagbolzens (18) in axialer Richtung verschiebbar reführt ist und daß der Steuerstift (25) gegen die Kraft einer Feder (26) in den Schlagbolzen (18) einschiebbar ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß diejenige Länge des Steuerstiftes (25) einstellbar ist, mit welcher der aus dem Schlagbolzen (18) herausragt.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Sicuereinrich tung als elektronische Abstandsmeßeinrichtung ausgebildet ist durch welche der Schweißstrom einschaltbar ist, wenn der sich in Richtung auf den Kolben (12) bewegende Schlagbolzen (18) einen vorgegebenen Abstand von dem Kolben (12) erreicht hat.