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Beschreibung:
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Die Erfindung bezieht sich auf eine Schweißmaschine zur Durchführung
des Kondensatorentladungsschweißens mit mindestens zwei Transformatoren, deren Sekundärspulen
einerseits an mindestens eine erste Elektrode (Hauptelektrode) und andererseits
an mindestens eine zweite Elektrode (Gegenelektrode) angeschlossen sind.
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Das Kondensatorentladungsschweißen ist eine Sonderart der elektrischen
Widerstandspreßschweißung und ist gut für die Herstellung von Punktschweißungen
geeignet. Bei der klassischen elektrischen Widerstandspreßschweißung fließt ein
sta ker elektrischer Strom während einer verhältnismäßig langen Zeitdauer, die auch
von der Dicke der zu verschweißenden Bleche abhängt. Beispielsweise ist die Dauer
des Stromflusses bei der Punktverschweißung von zwei Schalen aus Blech von 1 mm
Dicke eines Plattenheizkörpers 200 msec.Während dieser Schweißzeit wird dem Stromnetz
eine große Leistung entnommen, was entsprechend hohe Anschlußwerte voraussetzt.
Der Anschlußwert nämlich muß so groß sein, wie wenn die während der Schweißung nötige
Leistung dauernd entnommen würde. Ein Nachteil der verhältrrismäßig langen Schweißdauer
ist auch die starke Erwärmung des Werkstückes
und die Abführung
großer Wärmemengen, die nicht zum Anschmelzen des Werkstoffes genutzt werden. Schweißungen
können dort überhaupt nicht ausgeführt werden, wo die Querschnitte und/oder das
Material so beschaffen sind, daß die Wärmeableitung so groß ist, daß die Schmelztemperatur
überhaupt nicht erreicht wird.
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Beim #ondensatorentladungsschweißen ist die Schweißdauer sehr viel
kürzer. Sie liegt meist im Bereich von 1,2 bis 10 msec. Dies ist möglich, weil während
der kurzen Schweißzeit ein Strom durch das Werkstück geschickt-wird, der wesentlich
höher ist als beim konventionellen elektrischen Widerstandspreßschweißen. Die hohe
Leistung wird bei der Entladung eines Kondensators freigesetzt, der zuvor während
einer Zeit aufgeladen wurde, die ein Vielfaches der Schweißzeit ist. Der Kondensatorstrom
wird in mindestens einem Transformator in einen starken Strom von niedriger Spannung
umgewandelt. Während der kurzen Schweißzeit kann nur wenig Energie durch Wärmeleitung
verloren gehen, wodurch ein Verziehen oder Aus glühen des Werkstückes vermieden
wird.
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Es kann auch in unmittelbarer Nähe wärmeempfindlicher Teile geschweißt
werden. Es ist möglich, Metalle mit hoher elektrischer und thermischer Leitfähigkeit
zu schweißen.
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Auch können Werkstücke unterschiedlicher Querschnitte und Werkstoffe
geschweißt werden. Eine Elektrodenkühlung ist nicht erforderlich. Ein wesentlicher
Vorteil ist auch der geringe Netzanschlußwert, da nur so große Anschlußwerte nötig
sind, daß die verhältnismäßig kleine Leistung während des Auf ladens des Kondensators
aufgebracht werden muß.
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Das Kondensatorentladungsschweißen wurde bisher für die Herstellung
relativ kleiner Werkstücke eingesetzt. Für die Herstellung von so großen Werkstücken,
wie Plattenheizkörpern, ist das Kondensatorentladungsschweißen bisher nicht angewendet
worden. Bei der Herstellung solcher Werkstücke
besteht das Problem,
lange Elektroden mit einer Reihe von Erhebungen oder eine größere Zahl von in einer
Reihe angeordneten einzelnen Elektroden mit dem sehr starken Strom gleichmäßig zu
versorgen, so daß alle Schweißungen einer Reihe möglichst gleichmäßig ausfallen.
Der Erfindung liegt demgemäß die Aufgabe zugrunde, eine Schweißmaschine der eingangs
genannten Art so auszubilden, daß lange stabförmige Elektroden oder Reihen von Einzelelektroden
über ihre 1' gesamte Länge möglichst gleichmäßig mit Schweißstrom versorgt werden
können.
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Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß beiderseits
eines Durchlasses (Werkstückdurchlaß) für zu schweißende Werkstücke einander gegenüberliegend
je ein Transformator oder mehrere parallelgeschaltete Transformatoren angeordnet
ist bzw. sind, wobei die beiderseits des Werkstückes befindlichen Transformatoren
über einen den Werkstückdurchlaß umgreifenden Leiter und die von den Elektroden
gebildete Schweißzone hintereinandergeschaltet sind.
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Bei einer so ausgebildeten Schweißmaschine sind die Transformatoren
beiderseits des Werkstückes angeordnet. Durch die Hintereinanderschaltung der Transformatoren
über einen den Werkstückdurchlaß umgreifenden Leiter kann die Leistung beider Transformatoren
auf kurzem Weg auf die Schweißstelle übertragen werden. Es ist dadurch möglich,
eine Reihe von Schweißungen gleichzeitig auszuführen, wobei die mehreren Schweißstellen
gleichmäßig mit Schweißstrom versorgt werden.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung (Anspruch 2) ist
der Leiter als geschlossener Rahmen ausgebildet, der den Werkstückdurchlaß umgibt.
Eine solche
Ausbildung des Leiters ist dann besonders vorteilhaft,
wenn auf jeder Seite des Werkstückdurchlasses gemäß Anspruch 3 mehrere Transformatoren
angeordnet sind.
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Bei der Abstimmung der Rahmenbreite auf die Bandbreite der Sekundärspulen
werden Querschnittsengpässe und damit Ungleichmäßigkeiten in der Weiterleitung des
Schweißstromes vermieden. Besonders vorteilhaft ist die Anordnung von drei Transformatorenpaaren,
wie sie im Anspruch 4 beschrieben ist. Durch die im Anspruch 4 beschriebene Orientierung
der Transformatoren erreicht man bei insge-'4 samt kompakter Anordnung der Transformatoren,
daß auch der Strom aus den mittleren Transformatoren gut verteilt wird. Hierzu trägt
weiterhin auch die Maßnahme des Anspruches 5 bei.
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Bei einer Anordnung von mehreren Transformatoren ist eine Gruppe von
einerseits des Werkstückes angeordneten Transformatoren mit einer Gruppe von auf
der anderen Seite des Werkstückes angeordneten Transformatoren in Reihe geschaltet,
d.h. die einerseits des Werkstückes liegenden Transformatoren sind parallelgeschaltet.
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Besonders zweckmäßig sind horizontale Anordnungen der Transformatorenreihen
(Anspruch 6). Es kann aber auch zweckmäßig sein, die Transformatoren in vertikalen
oder schräg im Raume liegenden Reihen anzuordnen. Speziell für die Fertigung von
Plattenheizkörpern ist die horizontale Anordnung vorteilhaft.
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Sammelschienen gemäß Anspruch 7 bringen den Vorteil, daß der Strom
aus drei Transformatoren sehr gleichmäßig auf eine Reihe von Elektroden oder auf
eine lange stabförmige Elektrode übertragen werden kann. Vorteilhafterweise werden
die Übergänge der Anschlußbalken in den Hauptkörper der Stromschiene so gestaltet,
daß Q.uerschnittsverengungen vermieden werden. Zu diesem Zwecke können
Abschrägungen
vorgesehen werden, die von den Fußpunkten der Anschlußbalken zu den Enden der Schiene
hin verlaufen.
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Für eine Serienfertigung ist von Vorteil, wenn gemäß Anspruch 8 innerhalb
des Werkstückdurchlasses eine Transportbahn angeordnet ist. Insbesondere für die
Herstellung von Heizkörpern ist ein Rollenförderer vorteilhaft, der den Heizkörper
schrittweise vorschiebt, entsprechend dem gewünschten Abstand der Schweißstellen.
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Vorteilhaft ist eine Elektrodenanordnung gemäß Anspruch 9.
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Die individuell bewegbaren Hauptelektroden können sich in einem gewissen
Toleranzbereich ungleichmäßig abnutzen, wobei trotzdem ein gleichmäßiger Andruck
beim Schweißen erhalten bleibt. Mehrere Schweißpunkte können aber auch mittels einer
balkenförmigen Elektrode hergestellt werden, die eine Reihe von Vorsprüngen hat.
Den individuell beweglichen Hauptelektroden kann als Gegenelektrode ein Balken gegenüberliegen.
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In den Ansprüchen 10 bis 14 ist eine Ausbildung einer stabförmigen
Gegenelektrode derart angegeben, daß dieser Elektrodenbalken mehrmals verstellt
werden kann, um immer wieder unbenutzte Stellen an den Ort zu bringen, wo der Andruck
der Hauptelektroden wirksam ist. Man kann deshalb einen solchen Elektrodenbalken
lange Zeit benutzen, bevor ein Nachschleifen nötig ist. Bei Kombination aller Maßnahmen
nach den Ansprüchen 10 bis 13 können z.B. vierzig Verstellungen vorgenommen werden,
wenn eine Längsverschiebung in fünf verschiedene Stellungen möglich ist. Um eine
Verstellung rasch vornehmen zu können, kann eine Spanneinrichtung gemäß Anspruch
14 vorgesehen werden.
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Im Anspruch 15 sind Angaben über die Größe angegeben, mit der erfindungsgemäße
Maschinen gebaut werden können. Es hand
sich um wesentlich größere
Abmessungen und Leistungen, als sie bisher bei Maschinen für das Kondensatorentladungsschweißen
angewendet wurden.
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Die Verwendung von Pneumatikzylindern als Bewegungseinrichtung für
bewegliche Elektroden (Ansprüche 16 und 17) hat den Vorteil, daß mit relativ geringem
Aufwand ein schnelles Nachsetzen der Elektroden während des Schweißvorganges möglich
ist. Innerhalb der sehr kurzen Schweißzeit von wenigen Millisekunden müssen die
Elektroden um 0,6 bis 0,8 mm nachgesetzt werden. Bisher wurden für diesen Zweck
in Hydraulikzylinder besondere Tellerfederpakete eingesetzt, da das Hydrauliksystem
für sich die schnelle Bewegung nicht ausführen kann. Der Einbau besonderer Tellerfederpakete
ist baulich aufwendig und erfordert auch einen größeren Platzbedarf. Bei enger Anordnung
der Elektroden kann die nötige Kraft auch mit Pneumatikzylindern erreicht werden,
wenn jeder Elektrode mehrere Pneumatikzylinder zugeordnet werden, die entsprechend
Anspruch 17 angeordnet sind.
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt.
Es zeigen: Fig. 1 eine vereinfachte perspektivische Darstellung der Hauptbestandteile
einer Schweißmaschine für das Kondensatorentladungsschweißen, wobei die Tragkonstruktion
der Übersichtlichkeit wegen weggelassen ist, Fig. 2 einen vertikalen Schnitt durch
die Schweißmaschine nach Fig. 1, wobei in Fig. 2 auch die Tragkonstruktion angedeutet
ist, Fig. 3 eine schematische perspektivische Darstellung der Schweißmaschine, wobei
außer einer Transporteinrichtung für die Werkstücke die gleichen Bestandteile wie
in Fig. 1 dargestellt sind und Fig. 4 eine Draufsicht auf einen Teil der Schweißmaschine
in Richtung des Pfeiles IV in Fig. 2, wobei jedoch die Tragkonstruktion weggelassen
ist.
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Die insgesamt mit S bezeichnete Schweißmaschine hat einen Werkstückdurchlaß
1 für ein Werkstück. Die dargestellte Maschine ist speziell für die Schweißung von
Plattenheizkörpern bestimmt. Das Werkstück W ist also ein Plattenheizkörper, der
in Richtung des Pfeiles 2 schrittweise weiterbewegt wird. Die Schweißzone der Schweißmaschine
S ist insgesamt mit 3 bezeichnet. In der Schweißzone befinden sich viele Hauptelektroden
4, die in einer (in Fig. 2 gesehen) quer zur Zeichenebene verlaufenden Reihe angeordnet
sind. Die Hauptelektroden 4 werden von oben an das Werkstück W angedrückt. Unterhalb
des Werkstückes W befindet sich eine balkenförmige Gegeneiektrode 5, deren Länge
so groß ist, daß an ihr sämtliche Hauptelektroden 4 ein Widerlager finden können.
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Der Werkstückdurchlaß 1 ist von einem Rahmen 6 umgeben, der vier Wände
hat, nämlich eine obere Wand 6a, eine untere Wand 6b und Seitenwände 6c und 6d.
Die Wände haben einen großen Querschnitt mit einer Breite b und bestehen aus Kupfer,
da der Rahmen 1 als Leiter für sehr starke Schweißströme dient Oberhalb des Rahmens
6 sind drei Transformatoren 7, 8, 9 und unterhalb der Rahmenwand 6b drei weitere
Transformatoren 10, 11 und 12 angeordnet (siehe dazu auch Fig. 3).
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Jeder der Transformatoren 7 bis 12 hat zwei Primärspulen 13, 14 und
eine Sekundärspule 15. Die Primärspulen 13, 14 können wahlweise hintereinander oder
parallelgeschaltet werden und bestehen jeweils aus einer größeren Anzahl von Windungen.
Die Sekundärwicklung 15 besteht aus nur einer einzigen Windung, die durch ein Band
gebildet ist, das sich über die gesamte Breite des Transformators erstreckt.
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Die Enden dieser einzigen Windung sind aus dem Transformator herausgeführt;
sie sind mit 15a und 15b bezeichnet. Die Transformatoren sind an einem Maschinengestell
aufgehängt, das nur in Fig. 2 teilweise dargestellt ist. Von dem Maschinengestell
sind in Fig. 2 eine untere Traverse 16 und eine obere Traverse 17 sowie an diesen
Traversen befestigte Träger 18 und 19 dargestellt. Die Transformatoren sind an den
Trägern 18 und 19 befestigt.
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Die Orientierung der Transformatoren relativ zum Rahmen 6 ist am besten
aus Fig. 4 zu erkennen. Die äußeren Transformatoren 7 und 9 liegen quer zu der Rahmenebene.
Unter der Rahmenebene soll eine vertikale Ebene verstanden werden, die parallel
zu den langen Seiten 6a und 6b des Rahmens verläuft. Die Lage quer zur Rahmenebene
bedeutet, daß die Achsen 20 der Sekundärspulen rechtwinklig zur Rahmenebene verlaufen.
Die Spulenenden 15a, 15b weisen nach innen, haben also einen gewissen Abstand a
von den seitlichen Enden des Rahmens. Der mittlere Transformator 8 steht rechtwinklig
zu den Transformatoren 7 und 9, d.h.
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die Achse 20 seiner Sekundärspule verläuft parallel zur Rahmenebene.
Die Spulenenden 15a, 15b sind in der Nähe der Vorderfläche 6e des Rahmens 6 befestigt.
Die unterhalb des Rahmens 6 angeordneten Transformatoren 10, 11 und 12 sind gleich
angeordnet, also ebenfalls derart, daß die äußeren Transformatoren 10 und 12 mit
den Achsen ihrer Sekundärspulen quer zur Rahmenebene und der mittlere Transformator
11 mit seiner Spulenachse parallel zur Rahmenebene verläuft Auch an der Unterseite
des Rahmens weisen die Enden 15a, 15b der Sekundärspulen der äußeren Transformatoren
10, 12 nach innen, während die Spulenenden 15a, 15b des mittleren Transformators
11 der Vorderfläche 6e des Rahmens 6 benachbart sind.
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Oberhalb des Rahmens 6 ist eine Sammelschiene 21 angeordnet. Die Sammelschiene
21 besteht aus einer dicken Kupferplatte, da auch die Sammelschiene den sehr starken
Schweißstrom leiten muß. Die Sammelschiene 21 hat einen Basisteil 21a und rechtwinklig
vom Basisteil 21a abragende Anschlußbalken 21b und 21c. An die Fußpunkte der Anschlußbalken
21b, 21c schließen nach außen hin schräge Übergange 21d unter einem Winkel von 450
an.Dadurch wird der Basisteil 21a nach außen hin verjüngt. Die Verjüngung ist etwa
proportional zur Stromdichte. Der Anschlußbalken 21b ragt in den Zwischenraum zwischen
den Transformatoren 7 und 8, und der Anschlußbalken 21c in den Zwischenraum zwischen
den Transformatoren 8 und 9. Die Windungsenden 15a
der Sekundärspulen
der Transformatoren 7 und 8 sind über ihre gesamte Breite elektrisch leitend mit
den Anschlußbalken 21b, 21c verbunden. Zu diesem Zwecke liegen diese Windungsendungen
an der Unterseite der Anschlußbalken an. Das Windungsende 15a des Transformators
8 liegt an der Unterseite des Basisteiles 21a der Sammelschiene 21 an und ist mit
dieser Unterseite elektrisch leitend verbunden, wie dies aus Fig. 2 ersichtlich
ist.
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Unterhalb des Rahmens 6 ist eine weitere Sammelschiene angeordnet,
die ebenfalls Anschlußbalken aufweist, die in gleicher Weise zwischen die unteren
Transformatoren 10/11 bzw. 11/12 eingreifen. Die unteren Transformatoren sind in
gleicher Weise mit der Sammelschiene 22 verbunden, wie die oberen Transformatoren.
Der Basisteil 22a der Sammelschiene 22 hat eine größere Breite als der Basisteil
21a der Sammelschiene 21, da mit diesem Basisteil Strom bis in den Bereich der Schweißzone
3 geleitet werden soll, während oberhalb des Werkstückes W für die weitere Überleitung
des Schweißstromes flexible Leiter 23 dienen.
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Jede Hauptelektrode 4 ist an einem Elektrodenträger 24 befestigt.
Jedem Elektrodenträger 24 sind drei Pneumatikzylinder 25, 26, 27 zugeordnet, in
denen Kolben 25a, 26a, 27a gleitbar sind, die mit Kolbenstangen verbunden sind,
die ihrerseits mit dem Elektrodenträger 24 verbunden sind.
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Durch Druckbeaufschlagung der Pneumatikzylinder 25, 26, 27 können
die Elektrodenträger gehoben und gesenkt werden.
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Mit den Pneumatikzylindern kann auch eine definierter Andruck der
zugeordneten Elektrode 4 an das Werkstück W bewirkt werden. Pneumatikzylinder haben
den Vorteil, daß di.
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Elektroden während des Schweißvorganges rasch nachgesetzt werden.
Dies ist im Hinblick auf den sehr rasch ablaufenden Schweißvorgang ein wesentlicher
Vorteil.
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Die Stromzufuhr zu jeder Hauptelektrode 4 erfolgt über eine flexiblen
Leiter 23, der aus mehreren parallelen Kupferbändern besteht. Wie aus Fig. 1 ersichtlich,
hat die dargestel te Maschine insgesamt einundzwanzig Hauptelektroden 4. Je-
der
Hauptelektrode 4 ist ein flexibler Leiter 23 zugeordnet.
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Die Gegenelektrode 5 ist balkenförmig ausgebildet und hat einen quadratischen
Querschnitt. Sie liegt auf einem Lagerbock 28 auf, der über ein Zwischenstück 29
elektrisch leitend mit der Sammelschiene 22 verbunden ist. Am oberen Ende des Lagerbockes
befindet sich eine Ausnehmung 28a, in der die Gegenelektrode 5 fixiert wird. Zum
Festhalten der Gegenelektrode dient eine Spannleiste 30, die an der Vorderseite
des Lagerbockes 25 angeordnet und mittels pneumatischen Spannzylindern 31 gegen
die Elektrode 5 anpreßbar ist, wodurch diese auf dem Lagerbock 28 festgedrückt wird.
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Im Werkstückdurchlaß 1 , der sich von der Rückseite 6f des Rahmens
6 bis zur Schweißzone 3 hin erstreckt, ist ein Rollenförderer 32 angeordnet. Der
Rollenförderer besteht aus zwei Tragbalken 33 und 34, an denen Rollenpaare 35 aus
Rollen 35a und 35b gelagert sind. Das Werkstück W, also im vorliegenden Fall ein
Plattenheizkörper, wird an seinen Randflanschen zwischen den Rollen 35a und 35b
der Rollenpaare 35 erfaßt und kann mit Hilfe der Rollen schrittweise in Richtung
des Pfeiles 2 weiterbewegt werden.
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Die Schweißmaschine arbeitet wie folgt. In einer Pause zwischen zwei
Schweißvorgängen werden in der Zeichnung nicht dargestellte Kondensatoren aufgeladen.
Beim Vorschieben des Werkstückes W in eine neue Schweißposition sind die Hauptelelektroden
4 angehoben; die Anhebung wird durch Beaufschlagung der Kolben 25a, 26a, 27a von
unten bewirkt. In der neuen Schweißstellung wird das Werkstück W mit nicht dargestellten
Mitteln fixiert. Danach werden die Kolben 25a, 26a, 27a von oben beaufschlagt und
sämtliche Hauptelektroden 4 legen sich an das Werkstück W an und pressen dieses
an die Gegenelektrode 5. Wenn der nötige Preßdruck erreicht ist, wird automatisch
die Entleerung der Kondensatoren in Gang gesetzt. Der Entladungsstrom wird
durch
die Primärspulen 13, 14 der Transformatoren 7 bis 12 geleitet. Dadurch wird in den
Sekundärspulen 15 der Transformatoren ein sehr starker Strom induziert, der die
Hauptelektroden 4, das Werkstück W und die Gegenelektrode 5 durchläuft.
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Wie man am besten aus der schematischen Darstellung nach Fig. 3 ersehen
können, sind die oberen Transformatoren 7, 8, 9 parallelgeschaltet. Ebenfalls parallelgeschaltet
sind die Transformatoren 10, 11, 12. Die Gruppen 7/8/9 und 10/11/12 sind hintereinandergeschaltet.
Dies ist auch verdeutlicht durch die Angabe der Polaritäten durch Plus- bzs Minuszeichen.Beim
Durchgang des Stromes durch das Werkstück X finden Punktschweißungen statt. Die
Vorteile der Kondensatorentladungsschweißung sind schon in der Beschreibungseinleitung
genannt. Im Zusammenhang mit der Herstellung von Heizkörpern kann z.B. der Vorteil
gewonnen werden, daß an den Schweißstellen Markierunge nicht entstehen, so daß ein
Überschleifen von Sichtflächen nicht nötig ist.
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Die Einzelbeweglichkeit der Hauptelektroden 4 hat den Vorteil, daß
auch bei unterschiedlicher Abnutzung der Elektroden an jeder Schweißstelle ein definierter
Elektrodenandruck gewährleistet ist.
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Wie Fig. 2 zeigt, sind die Hauptelektroden 4 gegenüber der Mitte der
Gegenelektrode 5 etwas nach rechts versetzt.
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Die Gegenelektrode 5 kann auch in ihrer Längsrichtung verschoben werden,
wobei z B. fünf verschiedene Stellungen möglich sind, wobei bei jeder Stellung andere
Bereiche der Elektrodenoberfläche unterhalb der Hauptelektroden 4 liegen.
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Der Elektrodenstab 5 kann auch um seine Längsachse gedreht werden,
so daß nach einer Drehung eine bisher nicht benutzte Fläche oben liegt und als Kontaktfläche
benutzt wird. Der Elektrodenstab kann auch um eine senkrechte Achse um 1800
gedreht
werden, wobei dann der Bereich andererseits der Längsmittellinie den Elektroden
4 gegenüberliegt. Die beschriebenen Verstellmöglichkeiten (Längsverschiebung, Drehung
um Längsachse , Drehung um senkrechte Achse) ermöglicht insgesamt vierzig verschiedene
Einstellungen, so daß eine lange Benutzung der Gegenelektrode möglich ist, bevor
die Kontaktflächen nachgeschliffen werden müssen. Um die Verstellungen möglichst
bequem durchführen zu können, ist die beschriebene pneumatische Spannung mittels
der Spannzylinder 31 vorgesehen.
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Mit der Schweißmaschine können beliebig lange Werkstücke geschweißt
werden, da die Werkstücke die Schweißmaschine durchlaufen. Die Werkstücke können
eine verhältnismäßig große Breite haben. Die gleichmäßige Verteilung des hohen Schweißstromes
wird durch die besondere Anordnung der Transformatoren oberhalb und unterhalb des
Werkstückdurchlasses 1 erreicht.
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