DE69318476T3

DE69318476T3 - Verfahren und Vorrichtung zum Schmelzen von elektrischen Leitern

Info

Publication number: DE69318476T3
Application number: DE69318476T
Authority: DE
Inventors: Alessandro Rossi
Original assignee: Axis SpA
Current assignee: Axis SpA
Priority date: 1992-06-25
Filing date: 1993-06-15
Publication date: 2005-05-12
Anticipated expiration: 2013-06-16
Also published as: ES2117681T3; DE69318476D1; EP0575857A1; US5428202A; ES2117681T5; US5300753A; CA2098086C; EP0575857B1; EP0575857B2; DE69318476T2; CA2098086A1

Description

Hintergrund der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Verschmelzen wenigstens eines Drahtes mit einem elektrisch leitenden Abschnitt eines Ankers oder eines Stators, insbesondere die Anwendung und Steuerung von elektrischem Strom zur Erzeugung von Wärme während des Schmelzbetriebs.
Verschmelzvorrichtungen (fusing machines) zum Anschmelzen von Ankerdrähten an Kollektoren und von Statordrähten an Klemmplatten von Elektromotoren sind weit verbreitet. Kollektoren haben typischerweise Haken (tangs) oder Schlitze, an denen die Drähte befestigt werden. Klemmplatten haben typischerweise Kontakthaken zur Befestigung von Drähten. Ein typischer Ankerschmelzbetrieb umfasst die Anwendung einer physischen Kraft von der Schmelzelektrode auf die Haken oder den Schlitz, der geschmolzen wird. Danach wird ein Strom auf die Schmelzelektrode angewendet, der durch den Kollektor zu einer Erdungselektrode fließt. Der Widerstand der Schmelzelektrode ist größer als der des Kollektors, wodurch die Schmelzelektrode sich erwärmt. Die Wärme wird thermisch auf die Kontaktstelle zwischen der Schmelzelektrode und dem Kollektor übertragen. Dabei kann zusätzliche körperliche Kraft, ebenso wie zusätzlicher Strom, angewendet werden, um den Schmelzbetrieb zu vollenden. Eine ähnliche Folge von Schritten wird für die Verschmelzung von Statoren benötigt.
Die genaue Steuerung der physischen und elektrischen Phasen des Schmelzbetriebs war bisher schwer zu erreichen. Das US-Patent Nr. 5,063,279 beschreibt eine Verschmelzvorrichtung mit einer genauen Steuerung der physischen Phasen des Schmelzbetriebs. Die Anwendung der Kraft von der Schmelzelektrode auf die Kollektorlamelle (oder die Klemmplatte) und die Drähte wird gemäß vorbestimmter Kraft- oder Versatzfunktionen durchgeführt. Dadurch wird eine Verschmelzvorrichtung geschaffen, die kontinuierlich die Elektrodenkraft oder den Elektrodenversatz überwacht, und es wird eine schnelle Rückkopplung zum Aufrechterhalten einer präzisen Anwendung der Kraft während des Schmelzbetriebs geschaffen.
Der tech. -wiss. Ber. MPA Stuttgart (1990) Heft 90–01 von Dr. P. M. Schäfer lehrt die Verwendung einer elektrischen Gleichstromversorgung, die gleichgerichtet wird von einer Wechselstromversorgung und vor der Gleichrichtung auf der Primärseite von einem Delta-Pulsgenerator gesteuert wird. Allerdings muss die genaue Steuerung der elektrischen Phasen des Schmelzbetriebs noch erreicht werden. Der Mangel an präziser Steuerung der Anwendung des Stroms während des Schmelzens kann zu einer erheblichen unbeabsichtigten Erwärmung führen (z.B. in der Kollektorlamelle). Die Herstellung von modernen Kollektorkernen umfasst Materialien, die empfindlicher auf Heizspeisung sind als frühere Materialien (z.B Asbest). Die strukturellen Eigenschaften dieser modernen Kerne können durch unkontrolliertes erhebliches Erwärmen verändert werden, wodurch die Fähigkeit des Kernmaterials, die Kollektorlamelle zu halten, beeinträchtigt wird. Dies kann beispielsweise dazu führen, dass die Kollektorlamellen sich aufgrund der Zentrifugalkraft während des Normalbetriebs des Motors lösen. Ähnliche Nachteile existieren bei den Klemmplatten des Stators aufgrund der Verwendung von extrem verschiedenen Metalllegierungen in der Konstruktion der Klemmplatte.
Die Qualität der Schmelzverbindungen wird ferner durch den Grad der Präzision bei der Anwendung des Stroms während des Schmelzens beeinflusst. Die von der Schmelzelektrode erzeugte Wärme hat zwei Hauptaufgaben. Erstens bewirkt die angewendete Wärme eine plastische Deformation der Teile, die miteinander verschmolzen werden, ohne dass die Temperatur der flüssigen Phase erreicht wird (im Gegensatz zum Schweißen). Zweitens wird die angewendete Wärme dazu verwendet, um die Isolierung des Drahtes, der mit dem Kollektor (oder der Klemmplatte) verbunden wird, zu verdampfen. Diese Verdampfung ist entscheidend für eine effiziente Herstellung von Motorwicklungen. Wenn ausreichende Wärme nicht in präziser Weise erzeugt wird, wird die Isolierung nicht vollständig und gleichmäßig vom Draht entfernt. Die unpräzise Anwendung von Wärme während des Verschmelzens der Haken kann ferner zu einer unzuverlässigen Haftverbindung zwischen dem Kollektor und dem Draht führen.
In dem Bemühen qualitativ hochwertiges Verschmelzen zu erreichen, müssen zeitaufwendige und komplexe Schritte vorgenommen werden, um die Verschmelzvorrichtung vorzubereiten. Solche Schritte könnten vermieden werden, wenn eine Verschmelzvorrichtung verschiedene Stromwerte gezielt zur richtigen Zeit während des Schmelzbetriebs anwenden könnte. Eine präzisere Zuführung von Wärme während des Verschmelzvorgangs würde zusätzlich zu einer Gesamtreduktion der benötigten Wärme und damit zur Einsparung von Energie führen, die während des gesamten Schmelzbetriebs verbraucht wird.
Es existieren konventionelle Systeme, die den Strom in Form von Pulsen zurühren, die von einer Versorgung mit einer normalen sinusförmigen Wechselspannung (AC) zugeführt werden. Eine solche Erfindung wird in dem US-Patent Nr. 4,001,539 beschrieben, das ein Steuerungssystem beschreibt, das Schweißelektroden mit elektrischem Strom versorgt. Dieses System basiert darauf, eine Serie von Strompulsen als eine Serie von Ausgangspulsen zuzuführen, die Abschnitte des sinusförmigen Eingangssignales darstellen. Die Stromamplitude wird variiert durch die Anwendung eines Phasenshiftes bezüglich des Zeitpunktes und der Zeitdauer der Zuführung der Ausgangspulse an die Schweißelektroden.
Die Zuführung von Strom durch Pulse verlangt, dass relativ lange Pausen zwischen der Zuführung jedes Ausgangspulses liegen, in denen darauf gewartet wird, dass das Eingangssignal wieder die gewünschte Amplitude oder Phase erreicht. Die langen Pausen sind unpraktisch, wenn versucht wird, eine genaue Steuerung der Zuführung des Stroms während des Schmelzbetriebs zu erreichen. Die langen Pausen verhindern ferner eine Synchronisierung zwischen den komplizierten physischen Phasenprofilen und den elektrischen Versorgungsprofilen, weil typische Regulierungsversorgungen nicht mit den schnellen Änderungen des Strombedarfs Schritt halten können. Darüber hinaus verlangen die langen Pausen, dass der zugeführte Strom in größeren Mengen zugeführt wird, als es nötig wäre, wenn der Strom kontinuierlich zugeführt würde, um eine passende Erwärmung zu erreichen. Die höheren Ströme bewirken eine beschleunigte Beschädigung der Elektrode (sog. Cratering, bei dem sich Löcher m der Oberfläche der Elektrode bilden), wodurch die Lebensdauer der Elektrode reduziert wird.
Es wäre daher wünschenswert, eine Verschmelzvorrichtung zu schaffen, die den elektrischen Strom auf eine Weise anwendet, die mit dem Zeitablauf irgendwelcher Veränderungen während des Schmelzbetriebs übereinstimmt. Es wäre ferner wünschenswert, eine Verschmelzvorrichtung zu schaffen, die eine erhebliche Erwärmung auf die Teile begrenzt, die die Schmelzverbindung bilden. Es wäre ferner wünschenswert, eine Verschmelzvorrichtung zu schaffen, die für eine gleichmäßige und vollständige Entfernung der Drahtisolierung sorgt, und im Falle des Verschmelzens mit einem Haken eine zuverlässigere Haftverbindung schafft. Es wäre ferner wünschenswert, eine Verschmelzvorrichtung zu schaffen, die nicht komplizierte und zeitaufwendige Vorbereitungsschritte benötigt, um qualitativ hochwertige Verschmelzungen zu erreichen. Es wäre wünschenswert, eine Verschmelzvorrichtung zu schaffen, die eine geringere Erwärmung und weniger Energie benötigt, um den Schmelzbetrieb durchzuführen. Es wäre ferner wün schenswert, eine Verschmelzvorrichtung mit einer Stromzuführung zu schaffen, die die Beschädigung der Elektrode reduziert.
Zusammenfassung der Erfindung
Im Hinblick auf das oben Gesagte ist es ein Ziel dieser Erfindung, eine verbesserte Verschmelzvorrichtung zu schaffen, die den elektrischen Strom auf Schmelzelektroden derart anwendet, dass dieser mit dem Zeitablauf irgendwelcher Veränderungen während des Schmelzbetriebs übereinstimmt.
Es ist ein weiteres Ziel dieser Erfindung, eine verbesserte Verschmelzvorrichtung zu schaffen, die eine erhebliche Erwärmung auf die Teile begrenzt, die die Schmelzverbindung bilden.
Es ist ein weiteres Ziel dieser Erfindung, eine verbesserte Verschmelzvorrichtung zu schaffen, die eine vollständigere und gleichmäßigere Entfernung der Drahtisolierung während des Schmelzbetriebs erzeugt.
Es ist außerdem ein Ziel dieser Erfindung, eine verbesserte Verschmelz-Vorrichtung zu schaffen, die zuverlässigere Haftverbindungen während des Schmelzbetriebs mit einem Haken erzeugt.
Es ist weiterhin ein Ziel dieser Erfindung, eine verbesserte Verschmelzvorrichtung zu schaffen, die keine komplexen und zeitaufwendigen Vorbereitungsschritte braucht, um qualitativ hochwertige Verschmelzungen zu erreichen.
Es ist ein weiteres Ziel dieser Erfindung, eine verbesserte Verschmelzvorrichtung zu schaffen, die eine geringere Erwärmung und weniger Energie benötigt, um einen Verschmelzvorgang durchzuführen.
Es ist ein weiteres Ziel dieser Erfindung, eine verbesserte Verschmelzvorrichtung zu schaffen, die den Strom so zurührt, dass Beschädigungen der Elektrode verringert werden.
Zum einen schafft die Erfindung eine Vorrichtung gemäß Anspruch 1.
Die Regeleinrichtung kann Überwachungs- und Rückkopplungsprinzipien verwenden, um die Erzeugung eines Eingangssignals für die Schmelzelektrode zu kontrollieren. Die überwachten Signale werden dann mit vorbestimmten Werten verglichen, die den verschiedenen Phasen des Schmelzvorgangs entsprechen, um Korrektursignale zu erzeugen.
Außerdem schafft die Erfindung ein Verfahren gemäß Anspruch 13.
Andere mögliche Merkmale der Erfindung bilden den Gegenstand der abhängigen Ansprüche. Die folgenden Merkmale sind Merkmale einer bevorzugten Ausführungsform.
Die Verschmelzvorrichtung kann Regulierungen für Strom, Spannung, Kraft oder Energie vorsehen, indem Rückkopplungssensoren vorgesehen werden, die den Strom und die Spannung, die von den Schmelzelektroden angewandt werden, messen. Diese Rückkopplungssignale werden mit vorbestimmten Referenzsignalen verglichen, um für den Schaltkreis, der das Eingangssignal erzeugt, Signale zur Fehlerkorrektur zu schaffen. Die vorbestimmten Referenzsignale hängen von dem verwendeten Verfahren zur Steuerung des physischen Betriebs der Schmelzelektrode ab (Kraftanwendung oder programmierter Versatz). Andere Rückkopplungssignale werden durch einen Schubkraftmessstand (load cell) und einen Messwandler für den Versatz erzeugt, um den gegenwärtigen Zustand der physischen Phase des Schmelzbetriebs zu zeigen.
Die Verschmelzvorrichtung umfasst ferner einen Kontrollschaltkreis, der verschiedene Betriebsprofile entsprechend den verschiedenen Phasen vieler verschiedener Schmelzvorgänge zu speichert. Solche Schmelzvorgänge sind häufig durch extrem kurze Zeiteinheiten und verschiedene Anforderungen an die Heizspeisung charakterisiert, die eine präzisere Zuführung der elektrischen Energie verlangen. Der Steuerschaltkreis empfängt Eingaben vom Endanwender, elektrische Rückkopplungssignale und physische Rückkopplungssignale und vergleicht die Eingaben mit gespeicherten Profilen, um die passenden Korrekturen zu bestimmen, die notwendig sind, um eine präzise Zuführung des Stroms zur Schmelzelektrode zu erreichen.
Weitere Merkmale der Erfindung, ihre Natur und ihre verschiedenen Vorteile werden durch die beiliegenden Figuren und die folgende detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausrührungsformen verdeutlicht.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist ein schematisches Blockdiagramm einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
2 ist ein Graph, in dem die Spannung über der Zeit für eine Phase eines beispielhaften dreiphasigen Versorgungssignals aufgetragen ist.
3 ist ein Graph, der dasselbe Signal wie in 2 darstellt, nach dem es einen Ganzwellengleichrichter-Schaltkreis passiert hat.
4 ist ein Graph, der ein Rechtecksignal zeigt, das pulsbreitenmoduliert (PWM) worden ist, und das als Steuersignal im Rahmen dieser Erfindung verwendet wird.
5 ist ein Graph, der ein beispielhaftes Rechtecksignal zeigt, das das verarbeitete Signal von 3 darstellt, in Übereinstimmung mit den Prinzipien dieser Erfindung.
6 ist ein Graph, der ein beispielhaftes Ausgangssignal nach der Erfindung zeigt, das an die Schmelzelektrode geliefert wird.
7 ist ein Graph, der für einen beispielhaften Hakenschmelzvorgang die benötigte Anwendung von Strom über der Zeit zeigt, in Übereinstimmung mit den Prinzipien dieser Erfindung.
8 ist ein Graph, der ein Profil des Versatzes über der Zeit, für den beispielhaften Hakenschmelzvorgang von 7 zeigt. (Die Zeitachse für 7 und 8 ist gleich).
Die 9 bis 11 sind Teilaufrisse einer Elektrode, die einen Kollektorhaken und einen Ankerdraht an eine Kollektorlamelle schmilzt.
12 ist ein Schnitt durch eine beispielhafte Ausführungsform einer Verschmelzvorrichtung, die in Übereinstimmung mit den Prinzipien dieser. Erfindung konstruiert worden ist.
13 ist ein Teilquerschnitt entlang der Linie AA–AA der Kollektorlamelle, der Schmelzelektrode und der Erdungselektrode.
Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
1 zeigt ein schematisches Blockdiagramm des Regelkreises 50 der vorliegenden Erfindung. In 1 wird der Regelkreis 50 dazu verwendet, den Draht 27 an die Kollektorlamelle 28 zu schmelzen. Die dreiphasige Wechselstromversorgung 10 liefert ein übliches Wechselstromsignal (50 bis 60 Hz), von der eine einzelne Phase in 2 gezeigt ist, an den Transformator 12. Der Transformator 12 verringert die Spannung des Eingangssignals bevor das Signal an eine Ganzwellengleichrichter-Brücke 14 geliefert wird. Die Gleichrichterbrücke 14 erzeugt ein gleichgerichtetes Signal, das relativ stabil ist und ein geringes Brummen hat, wie in 3 gezeigt. Dieses gleichgerichtete Signal wird auf eine einphasige Wechselrichterbrücke 16 gegeben, die NPN-Transistoren 51, 52, 53 und 54 umfasst. Die Wechselrichterbrücke 16 kann auch aus anderen Typen von Transistoren (z. B. PNP-Transistoren) bestehen, ohne der Erfindung Abbruch zu tun. Das entscheidende Prinzip ist, dass zumindest zwei Paare von Transistoren in einer H-Struktur zwischen den beiden Versorgungslinien angeordnet werden. Ein Ausgang der Brücke 16 wird mit der Mitte von jedem Paar der Transistoren verbunden, wie weiter unten beschrieben. Durch abwechselndes An- und Austriggern jeden Paares der Transistoren wird ein Ganzwellenrechtecksignal auf dem Ausgang erzeugt.
In einer Ausführungsform der Erfindung sind die NPN-Transistoren 51, 52, 53 und 54 der Wechselrichterbrücke 16 in Paaren angeordnet, wobei die Transistoren 51 und 52 ein erstes Paar und die Transistoren 53 und 54 ein zweites Paar bilden. Jeder der Transistoren 51 bis 54 hat eine Basis, die mit einem Treiber 18 verbunden ist, einen Kollektor und einen Emitter. Die Kollektoren der Transistoren 51 und 53 sind parallel mit einem der Ausgänge der Gleichrichterbrücke 14 und miteinander verbunden. Die Emitter der Transistoren 52 und 54 sind parallel mit dem anderen Ausgang der Gleichrichterbrücke 14 und miteinander verbunden. Die Verbindung des Emitters des Transistors 51 und des Kollektors des Transistors 52 bildet einen Knoten, der ferner mit einem der Ausgänge der Wechselrichterbrücke 16 verbunden ist. Eine ähnliche Verbindung wird durch den Emitter des Transistors 53 und den Kollektor des Transistors 54 gebildet, die den anderen Ausgang der Wechselrichterbrücke 16 bilden.
Die Triggerung der Transistoren 51 bis 54 (ihr An- und Ausschalten) wird durch ein pulsbreitenmoduliertes (PWM) Rechtecksignal gesteuert, das an die Basis von jedem Transistor durch den Treiber 18 geliefert wird. Die effektive Frequenz dieser Triggerung liegt typischerweise bei etwa 2 kHz, wodurch der Regelungsschaltkreis mit den wechselnden Phasen des Steuersystems der Bewegung der Schmelzelektrode synchronisiert werden kann. Ein typisches Triggersignal ist in 4 gezeigt. Die Triggersignale werden derart an die Transistoren 51 bis 54 geliefert, dass jedes Paar der Transistoren abwechselnd an- und ausgeschaltet wird, wodurch ein Ganzwellenrechtecksignal erzeugt wird. Die Ausgänge der Wechselrichterbrücke 16 sind verbunden mit dem Eingang des Transformators 20, so dass der Ausgang des Transformators 20 ein rechteckiges Wechselstromsignal sein wird, von dem ein Beispiel in 5 gezeigt ist. Die Amplitude des Rechtecksignals kann durch die Variation des Triggersignals des Treibers 18 verändert werden.
Das Rechtecksignal des Transformators 20 wird durch die Ganzwellengleichrichterbrücke 22 geschickt, um das endgültige Ausgangssignal zu erzeugen. Das Ausgangssignal wird durch die Schmelzelektrode 24 und die Kollektorlamelle 28 geschickt und kehrt durch die Erdelektrode 26 zurück. Der Wechselstromwiderstand des Transformators 20 und andere (nicht dargestellte) Filter stellen sicher, dass dieses nichtoszillierende Signal praktisch kein Brummen hat und machen es dadurch ähnlich zur Anwendung von Gleichstrom auf die Elektroden. Dadurch wird ein stabiles, steuerbares, präzises Signal geschaffen, das die Vorteile einer Gleichstromversorgung hat.
Der Regulierungsschaltkreis 50 kann in verschiedenen Betriebsweisen betrieben werden, unter anderem Strom-, Spannungs-, Kraft- oder Energieregulierung. Die verschiedenen Betriebsweisen werden durch die Verwendung der Stromrückkopplungsleitungen 36 und 37 und die Spannungsrückkopplungsleitung 38 erreicht. Die Leitung 36 misst die momentane Strombelastung der Schmelzelektrode 24 an der Sekundärwicklung des Transformators 20, während Leitung 37 die momentane Strombelastung an der Primärspule des Transformators 20 misst. Die Leitungen 38 messen den Spannungsabfall über die Schmelzelektrode 24. Die Rückkopplungssignale werden mit voreingestellten Referenzsignalen durch den Kontroller 30 verglichen, um Strom- und Spannungsfehlersignale zu bestimmen. Die Fehlersignale sind sehr genau, weil die Spannung auf jeder Seite des Transformators 20 bekannt ist, was den Kontroller 30 in die Lage versetzt, den Sättigungseffekt des Transformators 20 zu überwachen und die Fehlersignale entsprechend anzupassen. Der Kontroller 30 wandelt die Error-Signale in Befehl-Signale um, die an den Treiber 18 geliefert werden. Der Treiber 18 passt die Triggersignale an, die an die Transistoren 51 bis 54 geliefert werden, um eine schnelle und genaue Systemantwort auf Änderungen im Schmelzbetrieb zu erzielen.
Die vorbestimmten Referenzsignale beziehen sich auf das spezifische Versetzungs- und Kraftanwendungsprofil, das momentan verwendet wird, um die Be wegungen der Schmelzelektrode 24 zu steuern. Der Kontroller 30 synchronisiert die Befehle zur Bewegung der Schmelzelektrode mit den Befehlen zur Regulierung der Versorgung gemäß der vorbestimmten Profile. Diese Befehle basieren auf den Rückkopplungseingaben, die vom Schubkraftmessstand 32 empfangen werden, der die Krafteinwirkung der Schmelzelektrode 24 überwacht, oder des Messwandlers 34, der den Versatz der Elektrode 24 überwacht. Basierend auf diesen Rückkopplungseingängen oder Eingängen des Verwenders, die über die Leitung 40 empfangen werden, steuert der Kontroller 30 die Regelversorgung zum Wechsel von einem Referenzsignal zu einem anderen, ebenso wie das An- und Ausschalten des Versorgungsstroms.
Die 7 und 8 zeigen Strom- und Versatzprofile für einen Teil eines typischen Schmelzvorganges. 7 ist ein Graph des Stroms (I) über der Zeit (t), der einen Teil eines Schmelzzyklus zeigt, der zwei getrennte Anwendungen des Stroms auf die Schmelzelektrode mit verschiedenen Amplituden verlangt. 8 ist ein Graph der Versetzung (X) über der Zeit (t) für denselben Schmelzzyklus wie in 7, geteilt in fünf verschiedene Phasen. In der Phase A–B wird eine Versatzkontrolle mit einem geschlossenen Regelkreis verwendet, um die Schmelzelektrode gemäß einer vorbestimmten Geschwindigkeit nach vorne zu bewegen, um die Kollektorhaken zu kontaktieren und zu verbiegen. Da diese Erfindung in erster Linie die Zuführung des Stroms während des Schmelzens betrifft, stellt die Phase A–B nur den abschließenden Teil der anfänglichen Verformungsphase dar. Diese Phase endet, wenn der Versatz X2 beobachtet wird, der den Punkt des maximalen Oberflächenkontakts zwischen der Elektrode und dem Kollektor darstellt (wie in 9 gezeigt).
Wenn der maximale Oberflächenkontakt erreicht worden ist, wird die Bewegung der Elektrode gemäß einem vorbestimmten Profil gesteuert, wobei eine geschlossene Regelkreissteuerung verwendet wird. Während der Phase B–C wird eine erste Menge Strom an die Schmelzelektrode geliefert und das Verbiegen dauert an bis der Versatzpunkt X1 erreicht ist und die Stromversorgung ausgeschaltet wird. Eine Abbildung dieses Zustandes ist in 10 gegeben. Auch während dieser Phase vergleicht der Kontroller den Versatz mit dem vorgegebenen Profil, um die übrigen Phasen und die anzuwendenden Kräfte anzupassen, um eine Schmelzverbindung von höchster Qualität zu erreichen.
Die Phase C–D ist eine Pausenphase, die für die Zeit t1 andauert, in der weder Strom noch Kraft auf die Kollektorlamelle angewendet wird. Während der Phase D–E wird eine höhere Menge an Strom geliefert und die Kraft wird erneut angewendet, um die Verdampfung der Drahtisolierung zu vervollständigen und um eine hochqualitative Schmelzverbindung zu bilden. Zum Zeitpunkt t2 wird die Stromversorgung abgeschaltet, aber die Kraft wird weiter angewendet, bis der Versatzpunkt X0 erreicht worden ist. Wie in der Abbildung in 11 gezeigt ist, ist die plastische Deformation der Komponenten vollständig, ohne dass ein flüssiger Zustand erreicht werden musste, und die Drahtisolierung ist im wesentlichen völlig verdampft. Die Schmelzelektrode wird dann entfernt und der Zyklus beginnt für einen anderen Schmelzbetrieb.
12 zeigt einen Querschnitt einer erläuternden Ausführung der Verschmelzvorrichtung 100, die in Übereinstimmung mit den Prinzipien dieser Erfindung konstruiert worden ist. Die Schmelzelektrode 60 kontaktiert und verformt die Haken 61, während die Erdungselektrode 62 in festem Kontakt mit der Kollektorlamelle 64 bleibt.
Die Schmelzelektrode 60 ist stabil mit einer Unterstützung 65 verbunden, die lösbar mit dem Kühlblock 66 verbunden ist. Die Erdungselektrode 62 ist stabil mit einem Unterstützungselement 88 verbunden, das lösbar mit einem Strukturelement 67 verbunden ist (das ferner als Kühlblock arbeitet). Eine Stromzuleitungslitze 89 ist fest mit dem Element 67 verbunden, um eine sichere Erdung für die Maschine 100 zu schaffen. Eine ähnliche Litze (nicht gezeigt) ist fest mit dem Kühlblock 66 verbunden. Das Strukturelement 67 ist durch einen Gewindering 70 fest mit einer Schulter 69 eines Zylinderelements 68 verbunden. Ein umlaufendes Führungselement 71 ist fest in dem Zylinderelement 68 befestigt, um zu ermöglichen, dass das Zylinderelement 68 auf einem hohlen Schaft 81 gleiten kann. Um zu verhindern, dass das Zylinderelement 68 um den hohlen Schaft 81 rotiert, sind Keile (nicht dargestellt) vorgesehen.
Ein Zylinderelement 72 ist mit Dichtungen 73 und dem Deckel 74 zur Bildung von Luftkammern 75 und 76 vorgesehen. Bohrungen 77 und 77' erlauben, dass Druckluft in die Kammern 75 und 76 zugeführt wird, so dass das Zylinderelement 68 und damit die Erdungselektrode 62 entlang einer Achse 78 bewegt werden kann, um die Kollektorlamelle 64 zu kontaktieren. Das Zylinderelement 72 ist an das ferne Ende eines Schlittens 79 geflanscht, das über Vorrichtungen (nicht dargestellt) mit einer Rahmenstruktur (nicht dargestellt) verbunden ist. Der hohle Schaft 81 wird durch eine Führung 82 gestützt, die umlaufende Kugeln hat und im Schlitten 79 befestigt ist. Ein lineares Stellglied 83 ist an das benachbarte Ende des Schlittens 79 geflanscht, das mit dem benachbarten Ende des hohlen Schafts 81 verbunden ist, um den hohlen Schaft 81 entlang der Achse 78 zu verschieben. Das entfernte Ende des hohlen Schafts 81 trägt eine Unterstützungsplatte 85, die fest mit dem Kühlblock 66 verbunden ist. Ein lineares Potentiometer 84 mit einem beweglichen Schaft 87 ist lösbar mit der Unterstützungsplatte 85 verbunden. Der bewegliche Schaft 87 ist lösbar mit einer Verlängerung der Unterstützungsstruktur 67 verbunden.
Im folgenden wird ein exemplarischer Betrieb dieser Schmelzeinheit beschrieben. Der Schlitten 79 wird durch nicht dargestellte Einrichtungen verschoben, um die Elektroden 60 und 62 in ihre Ruheposition für eine benötigte Kollektorgröße zu bringen. Die Zylinderkammer 75 wird dann mit Druckluft gefüllt, um das Zylinderelement 68 und damit die Erdungselektrode 62 parallel zur Achse 78 zu ver schieben, um den Kollektor 64 zu kontaktieren. Dies verursacht, dass der Schaft 87 des linearen Potentiometers sich ausdehnt bis ein Kontakt mit der Kollektorlamelle erreicht ist. (Diese Position ist in 13 gezeigt.) Die Werte des linearen Potentiometers 84 können vom Kontroller 30 dazu verwendet werden, um die exakte Position der Kollektorlamelle 64 relativ zu einem absoluten Bezugspunkt festzustellen. Bei der Bewegung entlang der Achse 78 wird die Erdungselektrode 62 durch die umgebende Kugelrührung 71, die an dem hohlen Schaft 81 befestigt ist, geführt, wie bereits weiter oben beschrieben wurde. Die Schmelzelektrode kann dann durch das Aktivieren des linearen Stellgliedes 83 durch bekannte Einrichtungen zum Regulieren der Schmelzkraft und der Versetzung, die in Übereinstimmung mit einem vorbestimmten Versetzungsprofil erreicht werden soll, nach vorne bewegt werden. Durch einen Betrieb in dieser Weise kann die benötigte Verbiegung während des Schmelzbetriebs präzise auf die Kollektorlamelle bezogen werden, die den Haken aufweist, der verschmolzen werden soll. Diese genauen Referenzen werden bei dieser Erfindung dazu verwendet, um eine synchronisierte schnellantwortende Versorgung des Stroms zur Schmelzelektrode zu erreichen.
Es versteht sich, dass das Vorhergehende lediglich die Prinzipien dieser Erfindung erläutert und dass zahlreiche Veränderungen vom Fachmann vorgenommen werden können, ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen. Zum Beispiel kann der gesamte weiter oben beschriebene Schmelzbetrieb auch bei Verwendung einer Klemmplatte anstelle einer Kollektorlamelle erreicht werden. Die physische Kraft und der elektrische Strom würden dann auf den Haken der Klemmplatte angewendet, statt auf die Haken des Kollektors, um die Schmelzverbindung zu bilden.

Claims

Eine Vorrichtung zum Durchführen eines Schmelzvorgangs von zumindest einem Draht (27) mit einem elektrisch leitenden Abschnitt (28) eines Ankers oder eines Stators; wobei diese Vorrichtung aufweist: Mittel zum Bewegen eines Schmelzgliedes (24) in Bezug auf den Draht und den leitenden Abschnitt (28), um zu bewirken, dass das Schmelzglied (24) den leitenden Abschnitt (28) kontaktiert und eine Kraft auf den leitenden Abschnitt (28) ausbringt, wodurch er plastisch um den Draht herum deformiert wird; Mittel zum Steuern der Mittel zum Bewegen des Schmelzgliedes in Übereinstimmung mit einer vorbestimmten Schmelzfunktion der Kraft oder der Elektrodenverschiebung; Mittel zum Ableiten einer elektrischen Heizspeisung von einer Wechselsstrom-Hauptversorgung zum Erwärmen des Schmelzgliedes, des leitenden Abschnitts und des Drahtes, in dem ein Strom durch das Schmelzglied, den leitenden Abschnitt und den Draht geleitet wird und dadurch gekennzeichnet, dass das Heizmittel Mittel (12, 14) zum Umwandeln der Wechselstromversorgung in eine Gleichstromversorgung aufweist; und Regulierungsmittel (16, 18, 30), um die Gleichstromversorgung in Antwort auf Triggersignale basierend auf einer Zeitsteuerungsfrequenz zu pulsmodulieren, die wesentlich höher ist als die der Wechselstrom-Hauptversorgung, und um die Triggersignale während des Schmelzvorgangs derart einzustellen, dass die elektrische Heizspeisung während des Schmelzvorgangs mit der Zeitsteuerungsfrequenz in Übereinstimmung mit einer vorbestimmten elektrischen Heizfunktion gesteuert wird und Mittel (22) zum Gleichrichten dieser elektrischen Heizspeisung in eine geglättete elektrische Gleichstrom-Heizspeisung für das Schmelzglied, den leitenden Abschnitt und den Draht, wobei die Speisung mit der Bewegung des Schmelzgliedes synchronisiert ist.
Die Vorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei die Regeleinrichtung eine Schalteinrichtung (16) umfasst, die durch Triggersignale zum Ein- und Ausschalten der Gleichspannungsversorgung gesteuert wird, um die Pulsmodulation zu bewirken.
Die Vorrichtung gemäß Anspruch 2, wobei die Schalteinrichtung ein Inverter (16) ist, der wenigstens zwei Transistorpaarschaltungen (51, 52, 53, 54) umfasst, wobei jede Transistorpaarschaltung die Gleichstromversorgung empfängt.
Die Vorrichtung gemäß Anspruch 3, bei welcher jeder der Transistorpaarschaltungen (51, 52, 53, 54) folgendes umfasst: einen ersten (51, 53) und einen zweiten (52, 54) Transistor, wobei jeder Transistor eine Basis, die die Triggersignale zum Steuern des Schaltens (16) empfängt, einen Kollektor und einen Emitter aufweist, wobei der Kollektor des ersten Transistors (51, 53) an die Gleichstromversorgung angeschlossen ist, wobei der Kollektor des zweiten Transistors (52, 54) an den Emitter des ersten Transistors (51, 53) und die Gleichrichtereinrichtung (22) angeschlossen ist und wobei der Emitter des zweiten Transistors (52, 54) an die Gleichstromversorgung angeschlossen ist.
Die Vorrichtung gemäß Anspruch 4 aufweisend einen Transformator bzw. Übertrager (20), der in Reihe geschaltet ist mit der Invertereinrichtung (16) und der Glättungseinrichtung (22).
Die Vorrichtung gemäß irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, bei welcher die Einrichtung zum Steuern Befehlssignale bereitstellt, die dem Erzielen eines definierten Stadiums innerhalb der vorbestimmten Schmelzfunktion entsprechen.
Die Vorrichtung des Anspruchs 6, wenn er von Anspruch 2 abhängig ist, wobei die Mittel zum Zuführen der Triggersignale auf die Befehlssignale ansprechen, um die Länge der Zeit zu variieren, zu der die Gleichstrom-Versorgung eingeschaltet ist in Bezug auf die Länge der Zeit, die die Gleichstrom-Versorgung ausgeschaltet ist.
Die Vorrichtung gemäß Anspruch 2, wobei die Regulierungseinrichtung folgendes aufweist: einen Stromrückkopplungssensor zum Messen des elektrischen Heizstromes; und eine Vergleichseinrichtung zum Vergleichen des Stromes mit einem ersten vorbestimmten Referenzsignal, so dass Fehlerkorrektur-Eingabesignale erzeugt werden, um die Länge der Zeit, zu der die Gleichstromversorgung eingeschaltet ist, in Bezug auf die Zeit, zu der die Gleichstromversorgung ausgeschaltet ist, zu variieren.
Die Vorrichtung nach Anspruch 2, aufweisend: einen Spannungs-Rückkopplungssensor, um eine Spannung der elektrischen Heizversorgung zu messen; und eine Vergleichseinrichtung zum Vergleichen der Spannung mit einem ersten vorbestimmten Referenzsignal, so dass Fehlerkorrektur-Eingabesignale erzeugt werden, um die Länge der Zeit, zu der die Gleichstromversorgung eingeschaltet ist, in Beziehung zu der Länge der Zeit, zu der die Gleichstromversorgung ausgeschaltet ist, zu variieren.
Die Vorrichtung nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 9, bei welcher die vorbestimmte elektrische Heizfunktion entweder eine Leistungsregelfunktion, eine Spannungsregelfunktion, eine Stromregelfunktion oder eine Energieregelfunktion ist.
Die Vorrichtung nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, bei welcher die vorbestimmte Schmelzfunktion eine Kraftfunktion ist und die Einrichtung zum Steuern folgendes aufweist: ein Kraftsensor (32), der die Kraft des Schmelzgliedes (24) auf dem leitenden Abschnitt misst und ein entsprechendes Kraftsignal erzeugt, und eine Rückkopplungseinrichtung, die auf das Kraftsignal anspricht, wobei die Rückkopplungseinrichtung Steuersignale zu der Einrichtung zum Bewegen des Schmelzgliedes in Übereinstimmung mit der vorbestimmten Schmelzfunktion bereitstellt.
Die Vorrichtung nach irgend einem der Ansprüche 1 bis 10, bei welcher die vorbestimmte Schmelzfunktion eine Versatzfunktion ist und die Einrichtung zum Steuern folgendes vorweist: einen Versatzsensor (34), der den Versatz des Schmelzgliedes (24) von einer vorbestimmten Stelle misst und ein entsprechendes Versatzsignal erzeugt; und eine Rückkopplungseinrichtung, die auf das Versatzsignal anspricht, wobei die Rückkopplungseinrichtung Steuersignale zu der Einrichtung zum Bewegen des Schmelzgliedes in Übereinstimmung mit der vorbestimmten Schmelzfunktion bereitstellt.
Ein Verfahren zum Durchführen eines Schmelzvorgangs mindestens eines Drahtes (27) an einen elektrisch leitenden Abschnitt (28) eines Ankers oder eines Stators; wobei das Verfahren das Bewegen eines Schmelzgliedes (24) relativ zu dem Draht (27) und dem leitenden Abschnitt umfasst, um das Schmelzglied zu veranlassen, den leitenden Abschnitt zu kontaktieren und darauf eine Kraft anzuwenden, wodurch der leitende Abschnitt um den Draht herum plastisch verformt wird; Steuern der Bewegung des Schmelzgliedes in Übereinstimmung mit einer vorbestimmten Schmelzfunktion, um die aufgebrachte Kraft oder die Bewegung des Schmelzgliedes zu steuern; Heizen des Schmelzgliedes, des leitenden Abschnitts und des Drahtes durch Leiten eines elektrischen Heizstroms durch sie hindurch, der von einer Wechselstrom-Hauptversorgung abgeleitet ist; und gekennzeichnet durch das Umwandeln der Wechselstrom-Hauptversorgung in eine Gleichstromversorgung und Regulieren der Gleichstromversorgung durch Pulsmodulieren der Gleichstromversorgung in Antwort auf Triggersignale basierend auf einer Zeitsteuerungsfrequenz, die wesentlich höher ist als jene der Wechselstrom-Hauptversorgung, wobei die Zeitsignale während des Schmelzvorgangs derart eingestellt sind, dass die elektrische Heizversorgung mit der Zeitsteuerungsfrequenz während des Schmelzvorgangs in Übereinstimmung mit einer vorbestimmten elektrischen Heizfunktion gesteuert wird und das Gleichrichten der elektrischen Heizversorgung in eine geglättete elektrische Gleichstrom-Heizversorgung für das Schmelzglied, den leitenden Abschnitt und den Draht, wobei die Versorgung mit der Bewegung des Schmelzgliedes synchronisiert ist.
Das Verfahren nach Anspruch 13, bei welchem der Schritt des Regelns des Ein- und Ausschaltens der Gleichstromversorgung umfasst, um das Pulsmodulationssignal zu bewirken.
Das Verfahren nach irgendeinem der Ansprüche 13 oder 14, bei welchem der Steuerschritt den Schritt der Bereitstellung von Befehlssignalen entsprechend einer Erzielung eines definierten Stadiums innerhalb der vorbestimmten Schmelzfunktion umfasst.
Das Verfahren nach Anspruch 15, wenn er von Anspruch 14 abhängt, dass die Verwendung der Befehlssignale umfasst, um die Länge der Zeit zu variieren, zu der die erste Gleichstromversorgung eingeschaltet wird in Beziehung zu der Länge der Zeit, zu der die Gleichstromversorgung ausgeschaltet wird.
Das Verfahren nach Anspruch 14, bei welchem der Regelschritt folgendes umfasst: der elektrische Heizstrom wird überwacht; der überwachte Strom wird mit einem vorbestimmten Referenzstrom verglichen, um ein Stromfehlersignal zu erzeugen; und die Triggersignale werden basierend auf dem Stromfehlersignal eingestellt, um die Länge der Zeit, zu der die Gleichstromversorgung eingeschaltet ist, in Beziehung zu der Länge der Zeit, zu der die Gleichstromversorgung ausgeschaltet ist, zu variieren.
Das Verfahren nach Anspruch 14, bei welchem der Regelschritt folgendes umfasst: eine Spannung der elektrischen Heizversorgung wird überwacht; der Überwachungs-Spannungswert wird mit einer vorbestimmten Referenzspannung verglichen, um ein Spannungsfehlersignal zu erzeugen; und die Triggersignale werden basierend auf dem Spannungsfehlersignal eingestellt, um die Zeitlänge, zu der das Gleichstrom-Versorgungssignal eingeschaltet ist, in Beziehung zu der Zeitlänge, zu der der Gleichstrom-Versorgungsstrom ausgeschaltet ist, zu variieren.
Das Verfahren nach irgendeinem der Ansprüche 13 bis 18, das eine Kraftfunktion als die vorbestimmte Schmelzfunktion verwendet und bei welchem die Bewegung des Schmelzgliedes (24) die folgenden Schritte umfasst: die Kraft des Schmelzgliedes (24) auf dem leitenden Abschnitt wird gemessen; und ein Steuersignal wird bereitgestellt, das der gemessenen Kraft entspricht, um das Schmelzglied (24) in Übereinstimmung mit der vorbestimmten Kraftfunktion zu bewegen.
Das Verfahren nach irgendeinem der Ansprüche 13 bis 18, das eine Versatzfunktion als die vorbestimmte Schmelzfunktion verwendet und bei welchem die Steuerung der Bewegung des Schmelzglieds (24) die folgenden Schritte aufweist: der Versatz des Schmelzgliedes (24) von einer vorbestimmten Stelle wird gemessen; und ein Steuersignal das dem gemessenen Versatz entspricht, wird bereitgestellt, um das Schmelzglied (24) von einer vorbestimmten Stelle zu bewegen; und ein Steuersignal, das dem gemessenen Versatz entspricht, wird bereitgestellt, um das Schmelzglied (24) in Übereinstimmung mit der vorbestimmten Versatzfunktion zu bewegen.