DE644350C - Elektrische Widerstandsschweissvorrichtung, bei der der Schweissstrom in der Sekundaerwicklung eines Transformators erzeugt wird, dessen Primaerwicklung durch unterbrochenen Gleichstrom Gespeist wird - Google Patents

Description

Bei den gegenwärtig benutzten Vorrichtungen zur Durchführung der sog. elektrischen Widerstandsschweißung wird als Heizstromerzeuger ein Transformator benutzt, der mittels Einphasenwechselstroms der üblichen Spannung und Frequenz gespeist wird.

Die bekannten Schweiß vorrichtungen dieser Art arbeiten zwar gut, wenn es sich um die Schweißung von schlecht leitenden Metallen von verhältnismäßig großer Stärke und um verhältnismäßig große Stromdurchgangszeiten (¹Z₁₀ Sekunde oder darüber) handelt, eignen sich aber nicht zur Schweißung von Metallen geringer Stärke, insbesondere von Stählen, wie sie im Luftfahrzeugbau benutzt werden, wobei man gezwungen ist, kurze Schweißzeiten (höchstens ¹Z₁₀₀ Sekunde) anzuwenden.

Es ist auch vorgeschlagen worden, zwecks Durchführung einer Punktschweißung den starken, in der Sekundärwicklung entstehenden Strom zu benutzen und dabei die Primärwicklung von Hand mittels eines Schalters einzuschalten und vermittels eines in den Stromkreis der Primärwicklung eingeschalteten automatisch arbeitenden Unterbrechers zu öffnen. Eine derartige Anordnung gestattet indessen nicht, die Schweißung gewerblich durchzuführen; denn in diesem. Falle ist es unmöglich, durch Betätigung des Schalters von Hand das Öffnen und Schließen des Primärkreises in der zur Hervorbringung der erforderlichen Erhitzung der Schweißstellen erforderlichen schnellen Folge zu bewerkstelligen. Beim Öffnen und Schließen des Primärkreises vermittels eines derartigen von Hand betätigten Schalters ist die den Schweißstellen zugeführte Wärme viel zu gering, um die Schweißung sicherzustellen, insbesondere da, abgesehen von der Unmöglichkeit der erforderlichen schnellen Öffnungs- und Schließungsfolge,die den Schweißstellen zugeführte Wärme außerdem noch sich den miteinander zu verschweißenden Metallkörpern mitteilt. Auch ist die Betätigung eines derartigen Schalters für den Bedienenden außerordentlich ermüdend.

Mittels der erwähnten bekannten Schweißvorrichtungen läßt sich demnach der Schweißvorgang nicht mit Sicherheit durchführen, und außerdem läßt sich die Beschaffenheit der Schweißstellen nicht überwachen. Auch die für diesen Zweck benutzten wattmetrischen Vorrichtungen sind bei den im vorliegenden Falle sehr kurzen Schweißzeiten nicht anwendbar. Außerdem sind die mit mechanischen Einrichtungen zum Schließen und Öffnen des Primärstromkreises des Transformators in einem bestimmten Augenblick versehenen Schweißvorrichtungen sehr ver-

wickelt und bedürfen einer ständigen Überwachung. Hinzu kommt noch, daß bei den bekannten Schweißvorrichtungen im Ver-. gleich zu der vorliegenden ein außerordei Hch großer Energieverbrauch auftritt. »| Die Erfindung hat zum Gegenstande, ei Schweißvorrichtung zu schaffen, bei welcher¹ die Mangel der bekannten Schweißverfahren bzw. Schweißvorrichtungen beseitigt werden. ίο Nach der Erfindung lassen sich mittels einer sehr einfachen Vorrichtung und mit Sicherheit Schweißstellen von gleicher Beschaffenheit in kürzester Zeit und ohne Zuhilfenahme von mechanischen, synchronisierten oder verzögernden Organen durchführen; andererseits benötigt die Schweißvorrichtung nach der Erfindung nur eine Leistung, die nicht größer ist als ¹Z₁₀₀ der für die bisherigen Schweißvorrichtungen erforderlichen Leistung. Die Schweißvorrichtung nach der Erfindung, bei welcher der Schweißstrom in der Sekundärwicklung eines primär durch unterbrochenen Gleichstrom gespeisten Transformators erzeugt wird, kennzeichnet sich im wesentlichen durch einen Mehrfachumschalter, der verschiedene Hilfsstromkreise innerhalb der Schweißvorrichtung schließt, derart, daß beim jedesmaligen Bedienen der Schweißvorrichtung selbsttätig entweder in bestimmter regelbarer Anzahl erfolgende Ein- und Ausschaltungen des Transformatorprimärstromes oder ein Schweißstromstoß beim Einschalten des Transformatorprimärstromes oder aber ein Schweißstromstoß bei Unterbrechung des Transformatorprimärstromes erfolgen.

Vermittels der neuen Schweißvorrichtung kann der Bedienende die gesamten bei den bisherigen durch Schließen und darauffolgendes öffnen des Primärkreises im Sekundärkreis erzielbaren Wirkungen in vollem Umfange ausnutzen und dem jeweiligen Bedarf anpassen, wie im nachstehenden ausgeführt wird.

Da die beim Schließen und öffnen des Primärkreises vom Transformator aufgenommene bzw. von ihm abgegebene Feldenergie von verschiedener Wirkung ist, läßt sich zunächst je nach Bedarf die eine oder andere Wirkung benutzen und damit eine wertvolle quantitative Regelung des Schweißvorganges erzielen.

Ferner kann man durch Benutzung der sehr schnell stattfindenden Unterbrechung des Primärkreises den Vorteil des hohen Spitzenwertes des Sekundärstromes mit dem Vorteil des infolge der schnellen Erwärmung der Schweißstelle auftretenden minimalen Wärmeverlustes vereinigen.

Weiterhin wird die durch Ausnutzung zweier aufeinanderfolgender Entladungen der Feldenergie erreichbare Schweißwirkung wesentlich erhöht, so daß sie einer bei progressiver Erhitzung während einer längeren »Zeit stattfindenden Schweißwirkung gleich-F3UMrimt. Dabei wirkt die vorhergehende Ent- !'^ijqung für die nachfolgende gewissermaßen ••Vijlrbereitend, indem sie der Schweißstelle eine ■Zunächst für die Schweißung unzulängliche Erhitzung erteilt, welche durch die nachfolgende Entladung auf die zur einwandfreien Schweißung erforderliche Höhe gebracht wird.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der neuen Schweißvorrichtung dargestellt.

Fig. ι ist ein schematischer Längsschnitt durch die Schweißvorrichtung,

Fig. 2 eine schematische Darstellung des bei der Schweißvorrichtung benutzten Mehrfachumschalters, und

Fig. 3 und 4 zeigen zwei Betriebsstellungen einer die aufeinanderfolgenden Transformatorentladungen zählenden und regelnden Vorrichtung.

Ein gegossenes Gehäuse 1 umgibt einen lameliierten Eisenkern 2 mit verhältnismäßig großem Querschnitt, um den zwei Wicklungen, eine Primär- und eine Sekundärwicklung, angeordnet sind. Die Primärwicklung 3 besitzt eine große Anzahl Windungen und dient zur magnetischen Erregung des Kernes 2 bis zur Sättigung, während die Sekundärwicklung 4 wenige Windungen mit starkem Querschnitt besitzt und demgemäß einen starken Sekundärstrom führt.

Die Enden der Sekundärwicklung 4 sind unmittelbar oder mittelbar mit zwei Elektrodenträgern 5 und 6 verbunden, die an zwei an dem Gehäuse 1 fest angebrachten Armen 7 und 8 sitzen. Die Elektroden 9 und 10 sind in ^lo° der l>ei Punktschweißvorrichtungen üblichen gegenseitigen Lage angeordnet.

Die Enden 11 und 12 der Primärwicklung 3 bilden je ein Kontaktstück für einen Schalter 13, der andererseits mit den Zuführungsklemmen 14 und 15 der Schweißvorrichtung in Verbindung steht.

Der obere Elektrodenträger 5 sitzt in einem in einer Bohrung 17 des Armes 1 verschiebbaren zylinderförmigen Trägerteil 16, der »>° durch eine Schraubenfeder 18 nach oben gezogen wird.

Vermittels eines Fußhebels 19, welcher die Fortsetzung des bei 21 angelenkten Hebels 20 ' bildet, kann auf die Stange 22 ein Zug nach H5 unten ausgeübt werden, welcher über einen Hebel 23 und ein Verbindungsstück 24 auf einen am oberen Teil der Vorrichtung angeenkten Waagebalken 25 übertragen wird. Dieser Waagebalken ist bei 26 mit dem Zug- ^I2<> gestänge des Fußhebels 19 oder bei einer anderen Ausführungsform unter Einschaltung

einer pneumatischen Vorrichtung verbunden und drückt einerseits auf den Halterteil 16 über eine Gelenkverbindung 27 und andererseits auf die durch eine Stellvorrichtung, z. B. eine Mutter 29 und Schraube 30, auf bestimmten Federdruck leinstellbare starke Feder 28. Eine Führung 31 und ein Lager 32 dienen zur Führung und Lagerung des Waagebalkens 25.

Da einerseits die Feder 16 weicher als die Feder 28 ist und andererseits der Angriffspunkt 26 des Zuggestänges am Waagebalken 25 näher am Elektrodenträgers bzw. 16 als an der Feder 28 liegt, wird der eigentliche Elektrodenträger 5 und seine Elektrode 9 beim Niederdrücken des Fußhebels 19 nach unten bewegt, bis die Elektroden 9 und 10 miteinander in Kontakt kommen.

In diesem Augenblick wird der Halteteil 16 des Elektrodenträgers 5 zu einem Festpunkt, während die Feder 28 einen durch ihre Einstellung genau bestimmten Druck auf die Elektroden ausübt. Andererseits wird beim Zusammendrücken der Feder 28 ein Kontakt 33 geschlossen, dessen Wirkung nachstehend näher beschrieben wird.

Der Schalter 13 wird durch die Spule 34 eines Elektromagneten betätigt, in dessen von den Zuführungsklemmen 14, 15 abgeleitetem Stromkreis ein in Fig. 2 näher dargestellter Mehrfachumschalter 3 5, ein selbsttätiger Unterbrecher 36 und ein von dem hinteren Ende 38 des Fußhebels bzw. seiner Fortsetzung 20 gesteuerter Kontakt 37 einge^:

schaltet sind.

Der mit dem Unterbrecher 36 verbundene bewegliche Magnetkern der Spule 49 trägt eine Sperrklinke 39, die in die Zähne eines um die Achse 41 mit starker Reibung schwenkbaren Sektors 40 eingreifen kann. Die Achse 41 wird von einer durch das hintere Ende 38 des Fußhebels 19 anhebbaren Stange getragen und durch eine kleine Feder 42 in ihre untere Stellung zurückbewegt. Außerdem stützt sich ein an dem gezahnten Sektor 40 vorgesehener Ansatz 43 während des letzten Teiles des Abwärtsganges des Sektors auf einen mit dem Gehäuse fest verbundenen Finger 44, wodurch der Sektor eine genau bestimmte Ruhestellung einnimmt.

Die Drehung des Sektors 40 nach rechts wird durch Auftreffen gegen einen festen Anschlag begrenzt, wobei der Drehwinkel des Sektors 40 vermittels der an dem Anschlag angebrachten Stellschraube 45 auf einen vorbestimmten Wert eingestellt werden kann.

Vermittels des Mehrfachumschalters 35 lassen -sich die zur Betätigung der Schweißvorrichtung dienenden Hilfsstromkreise in verschiedener Zusammenstellung wie folgt betätigen:

1. durch Ein- und Ausschalten der Primärwicklung 3 entweder ein oder mehrere Male (Fig. 2, Stellung Λ),

2. durch Einschalten der Primärwicklung uri;d Wiederabschalten derselben erst nach Trennung der Elektroden (Fig. 2, Stellung/?) und

3. durch Abschalten der Primärwicklung und Wiedereinschalten derselben vor der Trennung der Elektroden (Fig. 2, Stellung C).

Der Mehrfachumschalter besitzt, wie Fig. 2 zeigt, im wesentlichen zwei Reihen von je sechs Kontaktblöcken, die zu zwei Paaren von je drei auf konzentrischen Kreisbögen liegen, derart, daß auf jeden der drei den Stellungen A, B und C entsprechenden Durchmesser vier Kontaktblöcke kommen. Mit anderen Worten sind diese Blöcke so angeordnet, daß auf jeder Seite der drei Durchmesser, vom Mittelpunkt aus betrachtet, je ein Paar von Kontaktblöcken vorhanden ist, wobei die Kontaktblöcke jedes Paares durch einen isoliertan, zwei Stromabnehmer 47 und 4S tragenden Arm 46 verbunden werden. Es können also jeweils die folgenden zwei Paare von miteinander verbundenen Kontaktblöcken hergestellt werden:

a,b und k,l oder c, d und /,/ oder e,f und g,h.

Mittels der beschriebenen Schweißvorrichtung lassen sich die obenerwähnten drei Betriebsarten wie folgt herstellen:

Zum Schweißen durch Ein-und Ausschalten des Primärstromes wird der Schalthebel des Mehrfachumschalters in die Stellung A gedreht, wodurch die Blöcke^ und b einerseits und k und / andererseits miteinander verbunden werden. Beim Niederdrücken des Fußhebels 19 wird zunächst der Kontakt 37 hergestellt, wobei der Unterbrecher 36 normalerweise geschlossen ist und der noch offene Kontakt 33 verhindert, daß ein Strom durch die Magnetspule 34 des Schalters 13 fließt. Beim weiteren Niederdrücken des Fußhebels wird der Kontakt zwischen den Elektroden 9 und 10 hergestellt, bis der zunehmende Druck die Feder 28 zusammendrückt und hierdurch den Kontakt 33 schließt, wobei ein Strom durch die Spule 34 von der einen Klemme 14 über 37, 36, 34, k, U 33 zur anderen Klemme 15 fließt. Der Schalter 13 schließt sich jetzt, und die Primärwicklung 3 wird über die Klemme 14, die Kontakte 11, 12 und die Klemme 15 eingeschaltet. In diesem Augenblick wird jedoch durch eine zwischen dem Kontakt 12 und der Primärwicklung 3 angeordnete Klemme 50 die Magnetspule 49 des Unterbrechers erregt, wobei ein Strom über Klemme 14, Kontakt 37,

Spule 49, Kontakte α, b, d, Klemmeso, Kontakt 12 und Klemme 15 fließt. Der Strom für die Spule 34 wird durch den Unterbrecher 36 unterbrochen, wodurch der Schalter 13 geöffnet wird und somit die ,Primärwicklung abschaltet.

War der Anschlag mit der Stellschraube 45 vorher in seine äußere linke Lage eingestellt, in der er in Kontakt mit dem Sektor 40 ist, so kann dieser sich nicht drehen. Die Sperrklinke 39 bleibt demnach mit dem ersten Zahn des Sektors in Eingriff, wobei der Unterbrecher 36 geöffnet ist, wie Fig. 3 zeigt. Ist dagegen der Ansehlag mit der Stellschraube 45 nach rechts eingestellt, wie Fig. 1 zeigt, so schließt sich der Unterbrecher 36 wieder im Augenblick der öffnung des Schalters 13, da der Stromkreis für die Spule 49 bei 12 unterbrochen ist, so daß die Sperrao klinke 39 den Sektor 40 um einen Zahn vorwärts bewegt. Durch die Schließung des Unterbrechers 36 wird die Spule 34 des Schalters 13 betätigt und letztere geschlossen, worauf eine neue Unterbrechung folgt. Dieser Kreislauf wiederholt sich, bis der Sektor 40, der sich bei jeder Unterbrechung um einen Zahn vorwärts bewegt, mit der Stellschraube 45 (Fig. 4) in Anschlag kommt und mittels der Klinke 39 den Unterbrecher 36 in der Öffnungsstellung hält. Die Schweißung ist dann beendet. Die Anzahl der Entladungen hängt nur von der Einstellung des Anschlages mit der Stellschraube 45 ab.

Nach Freigabe des Fußhebels wird der Kontakt 33 geöffnet, darauf werden die Elektroden 9 und 10 voneinander entfernt und zuletzt der Kontakt 37 geöffnet. Der Sektor 40 wird durch die Feder 42 an seiner Stange zusammen mit dem hinteren Ende 38 des Fußhebeis 19 nach unten bewegt, wobei sich der Ansatz 43 auf den Finger 44 abstützt, de*r den Sektor in seine der Ruhelage entsprechende Winkelstellung zurückbewegt, in der der erste Zahn gegenüber der Klinke 39 in Stellung kommt. Die Schweißvorrichtung ist dann zur Durchführung einer neuen Schweißung bereit. Die Schweißung durch Einschaltung des Primärstromes kommt auf folgende Weise zustande:

Der Arm des Mehrfachumschalters befindet sich in der Stellung B, wobei die Kontaktblöcke c und d einerseits und /, / andererseits miteinander verbunden sind. Wie in dem vorhergehenden Fall schließt sich der Schalter 13 in dem Augenblick, wo die Feder 28 zusammengedrückt wird, d. h. sobald die Elektroden 9 und ι ο gegeneinandergedrückt werden. Der Stromkreis für die Spule 34 entsteht über 37, 36, 34, k, i, /, /, 33 und 15, woidurch der Schalter 13 geschlossen und die Primärwicklung 3 eingeschaltet wird. Der Stromkreis für die Spule 49 des Unterbrechers 36 bleibt offen. Der Strom fließt weiter in der Primärwicklung 3, bis der Kontakt 37 geöffnet wird, d.h. erst nach Entfernung der Elektroden. Durch die öffnung des Kontaktes 37 wird der Stromkreis der Spule 34 unterbrochen und der Schalter 13 wieder geöffnet. Durch Öffnung des Kontaktes 33 ist der Stromkreis für die Spule 34 lonicht unterbrochen worden, der in diesem Augenblick über 14, 37, 36, 34, /, /, /, c, d, 50, 12 und 15 gebildet wurde.

Die Schweißung durch Unterbrechung des Primärstromes findet auf folgende Weise statt:

Der Arm des Mehrfachumschalters befindet sich in der Stellung C, wodurch die Kontaktblöcke e und / einerseits und g und h andererseits miteinander verbunden sind. Der Anschlag mit der Stellschraube 45 befindet sich in der in Fig. 3 gezeigten Stellung und hält den Sektor 40 unbeweglich. Bei Betätigung des Fußhebels 19 wird zunächst der Kontakt 37 geschlossen, wodurch der Stromkreis für die Spule 34 über 14, 37, 36, 34, g, h, 15 zustande kommt, bevor die Elektroden in Kontakt miteinander sind. Durch die Spule 34 wird nun die Primärwicklung 3 eingeschaltet. Wenn die Feder 28 durch Ausübung eines Druckes auf die Elektroden zusammengedrückt wird, schließt sich der Kontakt 33, wodurch der Stromkreis für die Spule 49 des Unterbrechers 36 über 14, 37, 49, e, f, 33, 15 zustande kommt. Jetzt ist der Stromkreis für die Spule 34 unterbrochen, wobei sich der Schalter 13 öffnet und die Primärwicklung 3 abschaltet.

Beim Öffnen des Kontaktes 33 wird der Unterbrecher 36 nicht wieder geschlossen, denn die Sperrklinke 39 bleibt mit dem ersten Zahn des Sektors 40 in Eingriff. Die Sperrklinke 39 wird erst freigegeben, wenn die Elektroden 9 und 10 nicht mehr miteinander in Kontakt sind, und im gleichen Augen· blick, wo der Strom für die Spule 34 bei 37 unterbrochen ist.

Die Vorteile der beschriebenen Schweißvorrichtung sind folgende:

Bei einem gegebenen Transformatorkern läßt sich die aufzuwendende Energie regeln, indem man in den Primärstromkreis einen Widerstand 51 einschaltet oder die Spannung des zugeführten Stromes ändert. Ferner dauert der Schweißvorgang normalerweise nur ganz kurze Zeit, da die Zeitkonstante der Stromkreise vernachlässigbar klein und praktisch unabhängig von der Dauer des Speisestromes ist.

Die Dauer des Schweißvorganges kann iao leicht und beliebig eingestellt werden, indem man die Zeitkonstante durch Einschaltung

einer Drossel vergrößert oder den Primärstromkreis über einen Widerstand unterbricht, wobei die Drossel oder der Widerstand entsprechend zu bemessen ist.

Außerdem kommt die Wirkung der Schweißvorrichtung mit voller Sicherheit zustande, da die magnetische Energie nicht im Transformatorkern verbleibt, wenn das magnetische Feld verschwindet, und sich nur über den

ίο Stromkreis der Elektroden auswirken kann. Der Primärstromkreis kann beispielsweise von einer Akkumulatorenbatterie geringer Kapazität gespeist werden, die vorzugsweise durch einen kleinen Gleichstromgenerator geladen wird.

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Elektrische Widerstandsschweiß vorrichtung, bei der der Schweißstrom in der Sekundärwicklung eines Transformators erzeugt wird, dessen Primärwicklung durch unterbrochenen Gleichstrom gespeist wird, gekennzeichnet durch einen Mehrfachumschalter (35), der verschiedene Hilfsstromkreise innerhalb der Schweißvorrichtung schließt, derart, daß beim jedesmaligen Bedienen der Schweißvorrichtung selbsttätig entweder in bestimmter regelbarer Anzahl erfolgende Ein- und Ausschaltungen des Transformatorprimärstromes oder ein Schweißstromstoß beim Einschalten des Transformatorprimärstromes oder ein Schweißstromstoß beim Unterbrechen des Transformatorprimärstromes erfolgen.

2. Elektrische Widerstandsschweißvorrichtung nach Anspruch 1 mit einem hammerartig wirkenden Unterbrecher in dem für das mehrfache Stromein- und -ausschalten des Transformatorprimärstromes dienenden Hilfsstromkreise, dadurch gekennzeichnet, daß eine die Anzahl der Stromunterbrechungen bestimmende Einrichtung aus einem Zahnsektor (40) und einer am Hammer des Unterbrechers (36) befestigten Klinke (39) besteht, die den Zahnsektor bei jedesmaliger Bewegung des Hammers bis zur Anlage an einem einstellbaren Anschlag (45) weiterschaltet und die dann durch den Zahnsektor an weiterer Bewegung gehindert wird.

3. Elektrische Schweißvorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die drei verschiedenen Hilfsstromkreise der Vorrichtung gemeinsam einen HilfsStromunterbrecher (36) und eine zu diesem in Reihe geschaltete Magnetwicklung (34) eines Ein= und Ausschalters (13) für den Transformatorprimärstrom !enthalten.

4. Schweißvorrichtung nach Anspruch 1 bis 3, gekennzeichnet durch die Anordnung zweier Kontaktvorrichtungen (33, 37), von denen die eine immer in Reihe zur Magnetwicklung (34) des Ein- und ⁶S Ausschalters geschaltete Kontaktvorrichtung (37) bei Inbetriebnahme der Schweißvorrichtung vor der anderen zur Magnetwicklung (34) wahlweise in Reihe oder parallel schaltbaren Kontaktvorrichtung

(33) geschlossen wird und zwischen dem Schließen der Kontaktvorrichtungen die Stromschließung der Schweißelektroden geschieht, und daß beim Schweißen mit mehrfachem Ein- und Ausschalten des Transformatorprimärstromes die Kontaktvorrichtung (33) zur Magnetwicklung

(34) in Reihe geschaltet ist und dabei die Magnetwicklung (49) des Hammerunterbrechers zur Magnetwicklung des Ein- und Ausschalters (34) parallel geschaltet ist, beim Schweißen mit durch Einschalten des Transformatorprimärstromes erzeugtem Transformatorsekundärstrom die Kontaktvorrichtung (33) zur Magnetwicklung (34) in Reihe geschaltet und dabei die Magnetwicklung (49) ausgeschaltet ist und beim Öffnen der Kontaktvorrichtung (33) Stromdurchgang durch die Magnetwicklung (34) bis zur Öffnung der Kontaktvorrichtung (37) aufrechterhalten wird, und daß beim Schweißen mit durch Unterbrechen des Transformatorprimärstromes erzeugtem Sekundärstrom die Kontaktvorrichtung (33) zur Magnetwicklung (34) parallel geschaltet und dabei die Magnetwicklung (49) zur Magnetwicklung (34) ebenfalls parallel geschaltet ist und der Hammer des Unterbrechers (36) nach Öffnen in der geöffneten Stellung gehalten wird, bis Trennung der Schweißelektroden erfolgt ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

BKULlN. GEDRUCKT IN OER