DE420144C - Verfahren und Vorrichtung zum elektrischen Anschweissen von Metallstiften u. dgl. anMetallkoerper - Google Patents

Description

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zum elektrischen An- oder Einschweißen von Stiften, Röhren o. dgl. aus Eisen, Stahl oder Messing an oder in geschmiedete oder gegossene Metallkörper, wie z. B. Bleche, Platten, Stangen, Blöcke usw. Der Einfachheit halber wird im nachstehenden der anzuschweißende Teil immer als Stift und der Körper, an dem er angeschweißt werden soll, immer als Platte bezeichnet.

Gemäß der Erfindung wird der Stift in einem bestimmten Abstand von der Platte eingestellt, ein elektrischer Lichtbogen zwischen dem Stift und der Platte gebildet und für eine gewisse Zeitdauer aufrechterhalten, und hierauf das geschmolzene Ende des Stiftes an die geschmolzene Stelle der Platte angedrückt. Um die Bildung des Lichtbogens zu begünstigen, kann der Stift am anzuschweißenden Ende kegelförmig oder in anderer Form auf einen geringeren Querschnitt verjüngt oder mit einem dünneren Zapfen oder Vorsprung versehen sein. Der Schweißstrom schmilzt diesen verjüngten Teil des Stiftes, was die Bildung des Lichtbogens zur Folge hat.

Die zur Ausführung dieses Verfahrens dienende Vorrichtung besteht vorteilhafterweise aus einem Zylinder und einem Kolben, dessen Stange ein Klemmfutter oder einen anderen Stifthalter trägt sowie einem Ventil, welches Druckluft hinter dem Kolben in den Zylinder einströmen läßt, so daß der Kolben den Stift vorwärts drückt, um die Schweißung zu bewirken. Das Ventil wird vorteilhafterweise durch eine selbsttätige Reguliervorrichtung gesteuert, die eine genaue Regelung der Dauer der Aufrechterhaltung des Lichtbogens ermöglicht.

Auf den Zeichnungen ist ein Ausführungsbeispiel dieser Vorrichtung dargestellt, und zwar zeigen: Abb. 1 die Stiftbewegungsvorrichtung im Längsschnitt, Abb. 2 eine Säulenbohrmaschine, an der die Vorrichtung angebracht ist, in Seitenaufriß, Abb. 3 einen Stift mit kegelförmig verjüngtem Ende und eingesetztem Zapfen, Abb. 4 ein Schaltungsschema für die Stiftbewegungsvorrichtuug für den Fall, daß diese durch eine selbsttätige Vorrichtung gesteuert wird, wie sie in der deutschen Patentschrift 364729 beschrieben ist, Abb. 5 eine andere Ausführung des Stifthalters und Abb. 6 ein Schaltungsschema für eine andere Ausführung der Reguliervorrichtung.

In dem Zylinder 1 (Abb. 1) befindet sich ein Kolben 2, dessen Stange 3 durch den unteren Zylinderdeckel 4 hindurchgreift und am unteren Ende mittels eines eingesetzten Zapfens 5 den hohlen Schaft 6 des Stifthalters trägt. Dieser Schaft ist in einem Ring 7 geführt, der mittels Armen 8 von einem zweiten Ring 9 getragen wird, welch letzterer mittels Bolzen 10 auf dem Deckel 4 befestigt ist. Der Stifthalter besteht aus einer 6g am Schafto befestigten Mutter 11, einem in diese eingeschraubten Ring 12 und einer in diesen eingesetzten kegelförmigen Spannbüchse 13. Auf einem Ansatz des Ringes 12 sitzt ein weiterer Ring 14, der eine Isolierscheibe 15 trägt, die den Lichtbogen am überspringen auf den Ring 12 hindert.

Im oberen Zylinderdeckel 16 sitzt ein Schraubstöpsel 17, der als einstellbarer Anschlag zur Begrenzung des Kolbenhubes dient. In diesem Stöpsel befindet stich ein kleiner Kolben 18, der unter der Einwirkung einer Feder steht und ein sichtbares Zeichen j gibt, wenn der Kolben 2 sich in der Nähe der durch den Stöpsel 17 bestimmten obersten ! Stellung befindet. Ein um den Kopf des Stöpsels 17 greifender Bügel 19 bestimmt die ' äußersten Lagen, in die der Stöpsel eingestellt j werden kann.

Die ganze Vorrichtung wird mittels eines Zwischenstückes 20 von einer Büchse 21 getragen, die mittels Schrauben 22 auf der Spindel 23 der Bohrmaschine 24 (Abb. 2) befestigt werden kann und mittels Bolzen 25 an dem Zwischenstück 20 befestigt ist. Die Bolzen 25 greifen durch Isolierbüchsen 26 und einen Isolierblock 27.

In einem seitlich am Zylinder 1 angebrachten Ventilgehäuse 28 befindet sich ein Kolbenventil 29, das lose auf einer Stange 30 sitzt, die den Kern eines Solenoids 31 bildet und durch eine zwischen ihrem oberen Ende und dem Solenoiddeckel 33 sitzende Feder 32 abwärts gedrückt wird. Mittels eines durch den Deckel 33 in das obere Ende der Stange 30 greifenden Stängchens 34 mit Knopf 35 kann das Ventil 29, wenn erwünscht, von Hand bewegt werden.

Das Ventilgehäuse 28 ist durch einen Kanal 36 mit dem Zylinder 1 und durch zwei 10g weitere Kanäle 37 und 38 mit der Außenluft verbunden und ferner mit einem Einlaßkanal 39 versehen, an den mittels eines Nippels 40 mit einer kleinen öffnung 75 die Druckmittelleitung angeschlossen werden iiq

kann. Das untere Ende des Ventilgehäuses ist durch einen Tropfenfänger verschlossen; letzterer besteht aus einer Büchse 41 und dem in diese eingeschraubten Sitz 42 eines Ventils 43, das unter der Einwirkung einer Feder 44 steht.

Um jede durch die Schwerkraft oder sonstwie verursachte unerwünschte Bewegung des Kolbens 2 und des Stifthalters zu verhindern,

ίο ist folgendeEinrichtung getroffen: Die Kolbenstange 3 ist mit zwei Längsnuten 45 versehen und greift durch einen feststehenden Block 46, an dem zwei Stifte 47 sitzen. Lose auf letzteren sitzen zwei Backen 48, die durch Federn an die Kolbenstange 3 angedrückt werden. Diese Backen tragen am inneren Ende Schrauben 49, welche in die Nuten 45 eingreifen, und am äußeren Ende Schrauben 50 zum Anklemmen der Leitungsdrahtes 1,

ao die mit den Bolzen 10 verbunden sind; mittels der letzteren können auch die Zuleitungen befestigt werden.

Das Ventil 29 bleibt in der unteren Stellung, wenn das Solenoid 31 nicht erregt ist, und verbindet dann den über dem Kolben 2 befindlichen Raum des Zylinders 1 durch die Kanäle 36 und 38 mit der Außenluft. Wird das Solenoid erregt, so hebt sich das Ventil, so daß es den Zylinder von der Außenluft absperrt und Druckluft aus einem Behälter 52 (Abb. 2) durch die Kanäle 39 und 36 ein.-strömen läßt. Da der unter dem Kolben 2 befindliche Raum des Zylinders 1 stets mit der Außenluft in Verbindung steht, so drückt die Druckluft den Kolben samt der Kolbenstange 3 und dem Stifthalter 6 abwärts.

Das Ventil wird vorteilhafterweise durch eine Reguliervorrichtung gesteuert, wie sie im wesentlichen in der Patentschrift 364729 beschrieben ist, die aber der vorstehend beschriebenen Einrichtung der Stiftbewegungsvorrichtung entsprechend geändert ist.

Um die Bildung eines Lichtbogens mit der vorstehend beschriebenen Vorrichtung zu erleichtern, kann der anzuschweißende Stift 53 (Abb. 3) an seinem unteren Ende mit einem Metallzapfen 54 von kleinerem Durchmesser versehen sein. Dieser Zapfen muß eine solche Größe haben und aus einem Metall von solcher Eigenschaft bestehen, daß er beim Durchgang eines Stromes von der zum Schweißen nötigen Normalstärke augenblicklich schmilzt. Bei Benutzung der vorstehend beschriebenen Vorrichtung wird die Schweißung in folgender AVeise bewirkt:

Der in die Spannbüchse 13 eingeklemmte Stift 53 wird gesenkt, bis der Zapfen 54 mit der Platte 55 (Abb. 2 und 4), an die er angeschweißt werden soll und die vom Tisch 56 der Maschine getragen wird, in Berührung kommt. Die Maschinenspindel 23 wird dann ι gesenkt, bis der Stöpsel 17 in die Nähe des oberen Endes der Kolbenstange 3 kommt, was durch die Aufwärtsbewegung des kleinen Kolbens 18 angezeigt wird. Hierauf wird die Spindel festgestellt und die Reguliervorrichtung, deren Schaltungsschema in Abb. 4 dargestellt ist, in Gang gesetzt, indem mittels eines Druckknopf schalters 57 der Stromkreis

j durch den Vierstöpselschalter 58-59 ge-

■ schlossen und infolgedessen das Bremssolenoid 60 erregt wird, das alsdann die Daumenwelle 61 der Reguliervorrichtung freigibt. Nun finden folgende Vorgänge statt:

1. Der Daumen 63 schließt den Stromkreis der Kontaktvorrichtung 62, die den Hauptstromkreis durch den Stift53 und die Platte55 schließt. Der dann durch diese fließende, ver-

j hältnismäßig starke Strom bringt den ι Zapfen 54 augenblicklich zum Schmelzen; infolgedessen bildet sich ein Lichtbogen, unter dessen Einwirkung dann auch das Ende des Stiftes und die Oberfläche der Platte rasch schmelzen.

2. Der Lichtbogen wird während einer durch die Einstellung des Kontaktstiftes 64 bestimmten Zeitdauer aufrechterhalten, während der auch das Solenoid 31 durch

j Stromschluß zwischen dem Daumen 65 und dem Kontaktfinger 66 erregt und infolgedessen go das Ventil 29 sa bewegt wird, daß es Druckluft in den Zylinder 1 einströmen läßt; der Kolben 2 drückt dann das geschmolzene Ende des Stiftes 53 auf die geschmolzene Stelle der Platte 55, wodurch der Stift an die Platte : angeschweißt wird.

; 3. Die Kontaktvorrichtung 62 wird durch ' Stromunterbrechung zwischen dem Daumen03 ! und dem Kontaktstift 64 enterregt und öffnet j den Stromkreis durch den Stift und die Platte ! sowie den parallelen Stromkreis durch das ! Ventilsolenoid. Infolgedessen wird auch ! dieses enterregt und das Ventil so bewegt, daß es den Drucklufteintritt absperrt und den j Zylinder mit der Außenluft verbindet.

■ Nachdem die Schweißung beendet ist, wird der Stromkreis des Bremssolenoids 60 selbsttätig geöffnet, indem nach einer vollständigen Umdrehung der Daumenwelle 61 die Lücke des Daumens 6y unter den Kontaktfinger 68 tritt. Schließlich wird der Stifthalter vom Stift gelöst und die ebenfalls gelöste Maschinenspindel 23 gehoben.

,' Sehr befriedigende Erfolge werden mit ι Stiften mit einem in eine kurze Bohrung in

der Mitte des Schweißendes eingesetzten : Messingzapfen erzielt. Anstatt eines solchen , können die Stifte auch einen in anderer Weise gebildeten Vorsprung von kleinerem Durchmesser erhalten. So z. B, kann auf das Schweißende der Stifte eine dünne Scheibe oder Kapsel aufgesetzt werden, die in der

Mitte einen Zapfen trägt, wobei die außer dem Stift durch den Lichtbogen zu schmelzende Metallmasse durch Lochung oder ähnliche Ausbildung der Kapsel verringert werden kann.

Das Schweißende der Stifte erhält varteilhafterweise Kegel- oder ähnliche Form, wodurch Plotzwirkungen, wie sie sonst bei der Bildung des Lichtbogens durch das rasche to Schmelzen des Zapfens oder Vorsprunges entstehen könnten, vermieden und wirksame Schweißungen erzielt werden. Ferner kann auch zwischen dem vorspringenden Zapfen und der Platte ein innigerer und gleichmäßigerer Kontakt hergestellt werden, als zwischen einem Stift ohne solchen Zapfen und der Platte, besonders wenn Stift und Platte aus Stahl oder Eisen bestehen.

Bei der durch Abb. 5 dargestellten Ausführung des Stifthaiters ist in dem hohlen Schaft 69 ein voller Schaft 70 verschiebbar, der unter der Wirkung einer Feder 71 steht und das Klemmfutter trägt. Die Abwärtsbewegung dieses Schaftes wird durch eine Platte 72 begrenzt, die auf Bolzen 73 mittels Muttern 74 verstellbar ist. Bei Benutzung dieses Stifthalters und eines Stiftes mit langem Zapfen oder Vorsprung kann ein Lichtbogen von bedeutender Länge gebildet und unmittelbar nach der Bildung dadurch verkürzt werden, daß man den Schaft 70 sich senken läßt. In dieser Weise werden die vereinigten Vorteile der Verwendung eines langen Zapfens zur Lichtbogenbildung zwecks Verringerung der Plotzwirkung und einer verhältnismäßig geringen Lichtbogenlänge vor Beendigung der Schweißung erzielt, ferner auch vermöge der Feder 71 eine gewisse Dämpfung der Abwärtsbewegung des Stifthalters bei Beendigung der Schweißung.

Eine wichtige Voraussetzung für die Erzielung befriedigender Schweißungen ist, daß der Lichtbogen und der Krater in der Platte gleichachsig zum Stift gebildet werden. Diese Gleichachsigkeit ermöglicht die Erzielung guter Schweißungen mit der geringsten j Wärmemenge am Lichtbogen und mit dem j geringsten Enddruck zur Vollendung der Schweißung bei geringer Ungleichmäßigkeit der Anstauung des verdrängten Metalls auf der Platte rings um die Schweißstelle. Ver- j schiedene äußere Einflüsse suchen die Bildung eines gleichachsigen Bogens und Kraters zu vereiteln, wie z. B. Luftströme und unregel- ! mäßige Gestaltung des in der Nähe der ^! Schweißstelle befindlichen Stoffes. Diese Einflüsse können aber durch Benutzung eines die Schweißstelle gleichachsig umgebenden Schirmes unschädlich gemacht werden. Eine ähnliche Einwirkung hat auch jede Ungleich- • mäßigkeit in der Verteilung des Stromes in der Platte an und in der Nähe der Schweißstelle. Es ist daher erwünscht, daß die Anschlüsse der Stromzuleitung an die Platte eine möglichst gleichmäßige Verteilung des Stromes in der Platte beim Schweißen gewährleisten; der Strom kann z. B. von der Unter-' seite der Platte aus mittels eines Kupfer- oder Messingblockes oder Ambosses zugeführt ; werden, auf dem die Platte ruht. Die Mitte dieses Blockes sollte möglichst genau unter derjenigen des Stiftes liegen.

Gemäß der, Erfindung sind ferner Mittel : vorgesehen, die eine augenblickliche Bildung

des Lichtbogens bei der Betätigung des An- ! laßschalters ermöglichen und zugleich selbsttätig eine andere Zeitbestimmungsvorrichtung j zur Wirkung bringen, die am Ende der Zeit, , während welcher der Lichtbogen aufrechter- ; halten werden soll, selbsttätig die Vollendung . der Schweißung durch Bewegung des Stiftes S gegen die Platte bewirkt, worauf unmittelbar ! die Öffnung des Hauptschweißstromkreises folgt.

Bei der Ausführung nach Abb. 6 bestehen diese Mittel aus einem Umschalter 76, der von zwei Solenoiden 77 und 78 durch geeignete Mittel selbsttätig bewegt wird. Dieser Schalter liegt zunächst in Reihe mit dem Stromkreis des Solenoids 77. Letzteres wird bei der Betätigung des Anlaßschalters 79 erregt und stellt den Schalter 76 um, worauf folgende Vorgänge stattfinden:

a) Der Schalter 76 unterbricht den Stromkreis des Solenoids 77, das infolgedessen unwirksam wird, bis die Schweißung beendigt ist und die Vorrichtung wieder eingestellt wird.

b) Der Schalter 76 schließt den Solenoid-Stromkreis der Hauptstromkontaktvorrichtung 80, wodurch der Lichtbogen gebildet und die Reguliervorrichtung durch Schluß des Stromkreises des Solenoids 81 in Tätigkeit gesetzt wird.

c) Bei der Umstellung des Schalters 76 wird auch der Kern des zweiten Solenoids 78 zurückbewegt, so daß dieses später wieder in Wirkung treten kann.

Die Reguliervorrichtung wird so eingestellt, no daß am Ende der gewünschten Dauer der Aufrechterhaltung des Lichtbogens der Stromkreis des Ventilsolenoids 82 durch den Kontakt 83 und ferner ein Hilfsstromkreis durch den Kontakt 84 geschlossen, infolgedessen das Solenoid 78 erregt und durch dieses der Schalter 76 in seine ursprüngliche Stellung zurückbewegt wird, worauf folgende Vorgänge stattfinden:

i. Der Stromkreis der Hauptkontaktvorrichtung 80 wird unterbrochen, so daß auch der Hauptstromkreis, der Stromkreis des Ven-

til solenoids 82 und der Erreger Stromkreis des Solenoids 81 geöffnet werden. Die Zeitbestimmungsvorrichtung stellt sich dann von selbst wieder in ihre Anfangsstellung ein und öffnet gleichzeitig den Stromkreis des Solenoids 78 bei 84.

2. Das Anlaßsolenoid 77 wird durch den Anlaßschalter 79 so eingestellt, daß es später wieder in Wirkung treten kann.

Die einstellbare Zeitbestimmungsvorrichtung kann aus einem gewöhnlichen Solenoid oder einem anderen magnetisch bewegten Organ bestehen, das sich zur Bestimmung kurzer Zeitabschnitte von einer Sekunde und darunter eignet und mit den nötigen Kontakteinrichtungen für die oben beschriebene Regulierwirkung ausgestattet ist.

Ein anderes Verfahren zur Bildung eines Lichtbogens besteht darin, daß eine Hoch-

ao Spannungsentladung von einem geeigneten Magnetinduktor oder einer Spule über die Lücke zwischen dem Stift und der Platte geleitet und gleichzeitig der Hauptschweißstromkreis geschlossen wird. Die Entladung

as kann zwischen dem Stift und einer Hilfselektrode oder zwischen zwei Hilfselektroden bewirkt werden. Diese Hochspannungsentladung soll die Ionisierung der Lücke zwischen dem Stift und der Platte bewirken, worauf der Lichtbogen mittels des Hauptschweißstromes gebildet wird. Sobald der Lichtbogen gebildet ist, wird die Hochspannungsentladung unterbrochen, und zwar vorzugsweise selbsttätig, und die Vollendung der Schweißung bewirkt. Es ist ratsam, das Ende des Stiftes schwach kegelförmig zu verjüngen, um die Bildung des Lichtbogens zwischen der Mitte des Stiftes und der Platte zu gewährleisten.

Die vorstehend beschriebenen Verfahren

4.0 zur Bildung eines Lichtbogens erleichtern die Verwendung von Wechsel- anstatt Gleichstrom für Schweißzwecke.

Es ist wichtig, daß die mit dem Stift oder dem Metallkörper in Berührung stehenden Flächen so beschaffen sind, daß sie eine wirksame und möglichst gleichmäßige Verteilung des Stromes gewährleisten. So z. B. müssen bei Verwendung eines selbstzentrierenden Klemmfutters dessen Backen so gestaltet und im Körper angebracht sein, daß bei jeglicher Einstellung der Backen zwischen ihnen und dem Futterkörper einerseits und dem Stift anderseits große Berührungsflächen vorhanden sind. Oft haben auch die anzuschweißenden Metallkörper eine Form, die es nicht gestattet, sie in ein Klemmfutter o. dgl. so einzuspannen, daß eine gleichmäßige Stromverteilung erzielt wird. Dieser Nachteil kann dadurch behoben werden, daß das Futter oder der Halter in einem bis zu genügender Höhe mit Quecksilber gefüllten Gefäß untergebracht und der Strom durch dieses Gefäß hindurchgeleitet wird.

Claims (6)

Patent-Ansprüche:

1. Verfahren zum elektrischen Anschweißen von Metallstiften u. dgl. an Metallkörper, bei dem während einer durch selbsttätige Mittel bestimmten Zeit zwischen dem Stift und dem Körper ein Lichtbogen aufrechterhalten und dann der Stift bei beständigem Geschlossenhalten des Schweißstromkreises gegen den Körper bewegt und an ihn angedrückt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Lichtbogen gebildet wird, nachdem das anzuschweißende Ende des Stiftes sich dem Körper bis auf einen bestimmten Abstand genähert hat, und daß die Dauer des Lichtbogens durch den Schluß des Schweiß-Stromkreises und das Andrücken des Stiftes an den Körper bestimmt wird, welche beiden Vorgänge selbsttätig bewirkt und geregelt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Lichtbogen durch Abschmelzen eines mit dem Körper in Berührung kommenden dünneren Vorsprungs am anzuschweißenden Ende des Stiftes durch den Schweißstrom gebildet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Augenblicke des Schlusses des Schweißstromkreises eine Hochspannungsentladung über die Lücke zwischen dem Stift und dem Körper herbeigeführt wird, welche diese Lücke ionisiert und dadurch die Bildung des Lichtbogens durch den Schweißstrom bewirkt.

4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Stift verwendet wird, dessen anzuschweißendes Ende kegelförmig verjüngt ist.

5. Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Stifthalter aus zwei federnd ineinander verschiebbaren Teilen (69 und 70) besteht.

6. Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens nach Anspruch 1, mit einer sebsttätigen Regelungs- und Zeitbestimmun gsvorrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß die Dauer der Aufrechterhaltung des Lichtbogens nach Maßgabe der zur Ausführung der Schweißung jeweils nötigen Zeit einstellbar ist.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen.