DE69417506T3

DE69417506T3 - Schmelzverfahren und Vorrichtung zur Verwendung bei der Herstellung dynamoelektrischer Maschinen

Info

Publication number: DE69417506T3
Application number: DE69417506T
Authority: DE
Inventors: Federico I-50028 Tavarn. Sbalchiero; Alessandro Rossi; Sabatino Luciano
Original assignee: ATOP SpA
Current assignee: ATOP SpA
Priority date: 1993-10-01
Filing date: 1994-09-26
Publication date: 2007-12-06
Anticipated expiration: 2014-09-27
Also published as: US5484976A; DE69417506D1; CA2132120A1; EP0649700A1; EP0649700B1; EP0649700B2; ES2131138T3; DE69417506T2

Description

Hintergrund der Erfindung
Diese Erfindung bezieht sich auf Verfahren und Vorrichtungen zum Zusammenschmelzen elektrischer Leiter, und speziell auf solche Verfahren und Vorrichtungen, die bei der Herstellung dynamoelektrischer Maschinen, wie beispielsweise Elektromotoren und Generatoren verwendet werden.
Schmelzen (manchmal auch als „heißes Verbinden" bezeichnet) ist ein sehr gut bekanntes Verfahren, das verwendet wird bei der Herstellung von dynamoelektrischen Maschinen zum Zwecke der mechanischen oder elektrischen Verbindung von Leitern von Ankerspulen mit Angeln oder Schlitzen in dem Kollektor des Ankers. Schmelzen kann in ähnlicher Weise verwendet werden, um die Leitungen einer Statorspule mechanisch und elektrisch mit den Enden an dem Stator zu verbinden. Der typische Schmelzvorgang umfaßt die Anwendung von Kraft und Wärme auf mindestens einen von zwei (oder mehreren) elektrischen Leitern, die zu verbinden sind. Die Wärme entfernt die Isolation (zum Beispiel Drahtisolation) von den Leitern. Die Wärme hilft auch, die Leiter zu erweichen, so daß sie einfacher in engem Kontakt miteinander verformt werden können. Kraft wird angewendet (wie vorgehend angedeutet), um die Leiter in engem Kontakt miteinander zu verformen.
Ein Schmelzvorgang wird typischerweise dadurch ausgeführt, daß eine Schmelzelektrode und eine geerdete Elektrode in Kontakt mit mindestens einem der zu verbindenden Leiter gebracht werden. Wärme wird dadurch erzeugt, daß ein elektrischer Strom durch die Reihenschaltung, die die Schmelzelektrode, das Arbeitsstück, und die geer dete Elektrode umfasst, geleitet wird. Die Schmelzelektrode wird gegen das Arbeitsstück gepresst, um so die Deformation des Arbeitsstückes zu erzeugen, die als Teil des Schmelzvorganges verlangt wird.
Während es wichtig ist, sicherzustellen, daß genug Wärme und Kraft vorhanden sind, um die gesamte Isolation zu entfernen und um eine enge mechanische und elektrische Verbindung zu erzeugen, ist es auch wichtig, ein signifikantes Erweichen der Leiter während des Schmelzvorganges zu vermeiden. Es könnte auch wichtig sein, eine Überhitzung von Strukturen der dynamoelektrischen Maschine zu vermeiden, die benachbart zu der Schmelzstelle liegen. Zum Beispiel könnten Kollektorlamellen, die mit den Spulenleitungen verschmolzen werden sollen, in eine Harzmasse eingebettet sein, für die es wichtig ist, nicht überhitzt zu werden.
In den vergangenen Jahren wurde dem Schmelzschritt oder -schritten, die bei der Herstellung von dynamoelektrischen Maschinen inbegriffen sind, wachsende Bedeutung zugemessen. Dies liegt an verschiedenen Faktoren, wie zum Beispiel dem Wunsch, die Qualität von Schmelzverbindungen zu verbessern, dem Wunsch, die Produktionsraten zu vergrößern, und der Notwendigkeit, ein Überhitzen der mehr wärmesensiblen Harzmaterialien zu vermeiden, die heute anstelle von Asbestmaterialien zum Stützen der Kollektorlamellen in Ankern verwendet werden. Eine Reduzierung der Dauer eines Schmelzzyklusses tendiert zur Vergrößerung der Produktionsraten und könnte helfen, ein Überhitzen von benachbarten Strukturen zu vermeiden, aber dies würde es schwerer machen, die Qualität der resultierenden Verbindungen aufrechtzuerhalten oder zu verbessern. Nicht zuletzt erfordert eine kürzere Dauer der Schmelzzyklen eine schärfere Kontrolle der Parameter des Schmelzzyklusses, um sicherzustellen, daß die gewünschten mechanischen engen Verbindungen mit niederem elektrischen Widerstand und keiner verbleibenden Isolierung innerhalb der Verbindungen produziert werden können.
Die EP-A-480 301 offenbart eine Vorrichtung und ein Verfahren gemäß dem 5 Oberbegriff der Ansprüche 1 und 4.
Im Hinblick auf das Vorangegangene, ist es eine Aufgabe dieser Erfindung, die Bereitstellung von kürzeren und effizienteren Schmelzzyklen zu erleichtern, und dabei gleichzeitig eine Kontrolle der Temperatur des Arbeitsstückes zu erlauben.
Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, verbesserte Kontrollen für die Schmelzvorgänge bereitzustellen, so daß die Qualität der resultierenden Verbindung verbessert werden kann und/oder, so daß die Zeit, die zur Durchführung eines Schmelzzyklusses erforderlich ist, reduziert wird.
Zusammenfassung der Erfindung
Diese Aufgaben der Erfindung werden entsprechend den Prinzipien der Erfindung, wie sie in den Ansprüchen 1 und 4 beansprucht werden, erfüllt, indem der elektrische Widerstand der elektrischen Schaltung, die das Arbeitsstück umfaßt, durch welches als Teil des Schmelzvorganges ein elektrischer Strom geschickt wird, gemessen wird. Dieser Widerstand ändert sich typischerweise im Verlauf des Schmelzvorganges. Der Widerstand zu einer gegebenen Zeit wird verwendet (entweder er selbst oder in Beziehung zur Zeitentwicklung des Widerstandes während des Schmelzzyklusses, der im Gange ist) als Indiz, wie der Schmelzzyklus fortschreitet. Andere Parameter des Schmelzzyklusses werden dabei, basierend auf dem Zeitpunkt, zu welchem der Widerstand einen oder mehrere vorbestimmte Referenzwiderstandswerte erreicht, kontrolliert. So könnte zum Beispiel ein relativ kleiner Teststrom durch die Schaltung, die die Schmelzelektrode und das Arbeitsstück umfaßt, geleitet werden, wenn damit begonnen wird, die Schmelzelektrode gegen das Arbeitsstück zu pressen. Der Widerstand der Schaltung, die das Arbeitsstück umfaßt, wird unter Verwendung dieses Teststromes gemessen. Wenn der Widerstand der Schaltung auf einen vorbestimmten Referenzwert oder Schwellenwert fällt, anzeigend, daß ein fester und umfassender Kontakt zwischen der Schmelzelektrode und dem Arbeitsstück geschaffen worden ist, so kann beträchtlich mehr elektrischer Strom angewendet werden, um das Arbeitsstück zu erwärmen. Wenn der Widerstand der oben erwähnten Schaltung in der Folge eine andere vorbestimmte Referenzcha rakteristik durchläuft, so weiß man, daß der Schmelzzyklus zu dem Punkt fortgeschritten ist, so daß der elektrische Strom zu einem anderen (zum Beispiel erheblich höheren) Level angehoben werden kann, um den Schmelzvorgang weiterzutreiben. Ein anderer Schmelzzyklenparameter, der auf der Basis des elektrischen Widerstandes kontrolliert werden kann, ist die Kraft, die auf das Arbeitsstück durch die Schmelzelektrode während verschiedener Phasen des Schmelzzyklusses angewendet wird. Ein noch anderer Parameter, der auf diesem Weg kontrolliert werden kann, ist die Bewegungsgeschwindigkeit der Schmelzelektrode. Folglich sind der elektrische Strom, die Dauer des Schmelzzyklusses, die Kraft und die Elektrodengeschwindigkeit alles Beispiele von Schmelzzyklenparametern, die auf der Basis des Widerstandes, der in der Schmelzschaltung gemessen wurde, kontrolliert werden können.
Die Erfindung umfaßt die Bestimmung des Beitrages des Elektrodenwiderstandes zum Widerstand der oben erwähnten Schaltung, um Schmelzzyklenparameter per se genauer auf den Widerstand des Arbeitsstückes zu gründen.
Die Erfindung kann eine stärkere Betonung der Widerstandsheizung des Arbeitsstückes umfassen durch Herabsetzung des Widerstandes der Schmelzelektrode im Vergleich zum Widerstand von konventionellen Schmelzelektroden.
Die Erfindung kann die Verwendung anderer Schmelzleistungszyklen umfassen, als sie bisher verwendet wurden.
Weitere Merkmale der Erfindung, ihrer Natur und ihrer verschiedenen Vorteile werden deutlicher durch die beiliegenden Zeichnungen und die folgende detaillierte Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist eine vereinfachte Darstellung des Verlaufs der elektrischen Leistung eines illustrierenden Schmelzzyklusses.
2 ist eine vereinfachte, partielle, betonende Ansicht einer illustrierenden Schmelzvorrichtung. Ein Teil eines beispielhaften Arbeitsstückes ist ebenfalls in Schnittansicht in 2 gezeigt.
3 ist ähnlich zu einem Ausschnitt aus 2, aber sie zeigt einen Schmelzzyklus während des Verlaufes.
4 bis 6 sind ähnlich zu 3, aber sie zeigen aufeinanderfolgend spätere Stufen während des Schmelzzyklusses.
7 ist eine vereinfachte Darstellung des elektrischen Widerstandes in der Schaltung durch welche der Schmelzstrom während eines typischen Schmelzzyklusses geleitet wird.
8 ist ein vereinfachtes schematisches Blockdiagramm einer beispielhaften Vorrichtung zur Erzeugung einer elektrischen Leistung zur Anwendung in Schmelzprozessen. 8 umfaßt auch eine Vorrichtung zur Messung des elektrischen Widerstandes und zur Kontrolle verschiedener Schmelzzyklenparameter gemäß dieser Erfindung.
9 ist ein Flußdiagramm von beispielhaften Schritten, die durch die Vorrichtung von 8 ausgeführt werden können gemäß dieser Erfindung.
10 ist eine Darstellung ähnlich zu 7, aber sie zeigt wie die Durchführung der Schritte von 9 zu einer Modifikation des Schmelzzyklusses, der in 7 gezeigt ist, führt.
11 ist eine Darstellung ähnlich zu 1, darstellend einen alternativen Schmelzzyklus gemäß dieser Erfindung.
12 ist ähnlich zu einem Ausschnitt aus 2, zeigt aber ein beispielhaftes alternatives Arbeitsstück.
13 wiederholt 7, mit dem Zusatz der Charakteristika des alternativen Arbeitsstückes von 12, gezeigt zum Zwecke des Vergleiches mit den Daten von 7.
14 ist ein Flußdiagramm von anderen beispielhaften Schritten, die durch die Vorrichtung von 8 ausgeführt werden können gemäß dieser Erfindung.
15 ist eine vereinfachte Darstellung des Verlaufs der elektrischen Leistung eines beispielhaften Schmelzzyklusses, der gemäß eines möglichen Aspektes dieser Erfindung modifiziert ist.
Detaillierte Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen
Obgleich es viele mögliche Schmelzzyklen gibt, zeigt 1 das Aussehen der angelegten elektrischen Leistung eines möglichen Schmelzzyklusses vom Stand der Technik, der als Ausgangspunkt für die vorliegende Diskussion dienen kann. Die Erfindung wird vollständig verstanden durch die folgende Betrachtung ihrer Anwendung beim Verschmelzen der Arbeitsstücke 10, die vom Typ sind, der in 2 gezeigt ist (zum Beispiel eine Angel 12 auf einer Ankerkollektorlamelle 14 mit einem oder mehreren Leitungsdrähten 16 einer Ankerspule, die unterhalb der Angel entlanglaufen).
Der typische Schmelzleistungszyklus des Standes der Technik, wie er in 1 gezeigt ist, umfaßt ein. erstes Stadium A, während welchem kein elektrischer Strom (Leistung) auf das Arbeitsstück angewendet wird. Während des Leistungsstadiums A ist die geerdete Elektrode 30 der Schmelzvorrichtung 20, wie in 2 gezeigt, in Kontakt mit der Kollektorlamelle 14, und die Schmelzelektrode 40 der Vorrichtung 20 bewegt sich abwärts in Kontakt mit der Angel 12. Eine abwärts gerichtete Kraft wird angewandt durch die Schmelzelektrode 40, wobei die Angel 12 deformiert wird, bis ein enger und umfassender Kontakt zwischen der Schmelzelektrode und der Angel vermutlich geschaffen worden ist, wie es in 3 gezeigt ist. Es ist dann sicher, anzufangen einen beträchtlichen elektrischen Strom durch die Schaltung, die (in Reihe) die Schmelzelektrode 40, das Arbeitsstück 10 und die geerdete Elektrode 30 umfaßt, passieren zu lassen. Demgemäß, sollte das Stadium B des Leistungszyklusses in 1 ungefähr dann beginnen, wenn die physikalische Bedingung, wie sie in 3 gezeigt ist, erreicht wurde.
Während des Leistungsstadiums B wird ein erstes Leistungsniveau P1 auf den Schaltkreis angewendet, der die Elemente 40, 10 und 30 umfaßt. Die Leistung, die auf den Schaltkreis 40/10/30 angewendet wird, ist gegeben durch das Produkt aus V (die Potentialdifferenz zwischen Leistungsleitern 32 und 42 in 2 (oder vorzugsweise zwischen den Spannungsaufnehmern 38 in dieser Fig.)) und I (der Strom, der durch den Stromkreis 40/10/30, dessen Strom gemessen werden kann, zum Beispiel an dem Leistungsleiter 42, passiert). Der Grund, warum Strom durch den Stromkreis 40/10/30 geleitet wird, ist, eine Widerstandsheizung an mindestens einem Element des Schaltkreises zu schaffen. Bisher wurde der Widerstand der Schmelzelektrode 40 relativ zu dem Widerstand der anderen Elemente des Schaltkreises so ausgewählt, daß die meiste Widerstandsheizung an der Schmelzelektrode auftritt. Das Arbeitsstück wurde dann durch Wärmeleitung von der Schmelzelektrode erwärmt. Zu Beginn des Leistungsstadiums B fließt der gesamte angelegte Strom durch den Ellenbogen der Angel 12, wie es durch den Pfeil 50a in 3 angedeutet ist.
Während des Leistungsstadiums B wird die Schmelzelektrode 40 weiter heruntergedrückt, so daß die Angel 12 in ähnlicher Weise gegen den Hauptteil der Kollektorlamelle 14 heruntergedrückt wird, wie es stufenlos in den 4 und 5 gezeigt ist. Diese weitere Deformation der Angel 12 wird durch Erwärmen der Angel erleichtert, was aus dem Fluß der Leistung P1 durch den Schaltkreis 40/10/30 resultiert. Diese Wärme erweicht das Material der Angel 12, und beginnt auch die Isolierung 18 auf dem Draht 16 zu verdampfen und dadurch zu entfernen. Dabei muß jedoch beachtet werden, daß beim Schmelzen es nicht erwünscht ist, ein signifikantes Erweichen der Me tallkomponenten 12, 14 und 16, die zusammengeschmolzen werden sollen, zu erzeugen. Weiterhin soll beachtet werden, daß zu einer bestimmten Zeit während des Leistungsstadiums B das anfänglich freie Ende der Angel 12 beginnt, in Kontakt zu kommen mit dem Hauptteil der Kollektorlamelle 14, wie es in 4 gezeigt ist, und damit ein zusätzlicher Stromweg 50b parallel zum Stromweg 50a bereitgestellt wird.
Das Leistungsstadium B dauert für eine vorbestimmte Zeit an, vermutlich bis das Arbeitsstück einen ähnlichen physikalischen Zustand erreicht hat, wie er in 5 gezeigt ist. Dann beginnt Leistungsstadium C.
Während des Leistungsstadiums C wird die Schmelzelektrode 40 weiter gegen das Arbeitsstück heruntergedrückt und ein zweites höheres Leistungsniveau P2 wird an dem Schaltkreis 40/10/30 angewendet. Es ist sicher, eine höhere Leistung P2 während des Stadiums C anzuwenden, weil der ganze Strom nicht durch den relativ schmalen Ellenbogen der Angel 12 fließen muß, wie es sein müßte, während früherer Phasen des Schmelzzyklusses, wie es beispielsweise in 3 gezeigt ist. Eine höherer Strom P2 produziert sogar mehr Wärme, um eine vollständige Verdampfung und damit Entfernung der Isolierung 18 sicherzustellen, sowie eine feste und vollständige mechanische und elektrische Verbindung zwischen den Metallkomponenten 12, 14 und 16 wie es in 6 gezeigt ist (die den gewünschten Zustand des Arbeitsstückes 10 an oder nahe dem Ende des Leistungsstadiums C zeigt).
Am Ende des Leistungsstadiums C wird die Leistung abgeschaltet (wie im Stadium D in 1 gezeigt), so daß das Arbeitsstück anfangen kann, abzukühlen. Die Schmelzelektrode 40 kann weiterhin für eine bestimmte Zeit gegen das Arbeitsstück gedrückt werden und wird dann weggezogen, womit der Schmelzvorgang beendet wird.
Wie das Vorangegangene andeutet, basiert der typische Schmelzzyklus des Standes der Technik ausschließlich oder zumindest sehr stark auf der Durchlaufzeit. Somit ist der Schmelzapparat typischerweise so ausgestaltet, daß jedes der Stadien A bis D eine vorbestimmte Zeit andauert. Das Stadium A ist so gewählt, daß es andauert, so lange es schlimmstenfalls erforderlich ist, um einen Zustand eines festen und umfassenden Kontaktes zwischen der Schmelzelektrode 40 mit der Angel 12 zu erreichen. Das Stadium B ist so gewählt, daß es so lange andauert, wie es im ungünstigsten Fall bedarf, daß die Schmelzelektrode 40 die Angel 12 in festen Anfangskontakt mit der Kollektorlamelle 14 bringen kann. Das Stadium C dauert so lange an, wie es im ungünstigsten Fall verlangt ist, um die Heizphase des Schmelzvorganges zu vervollständigen. Andererseits dürfen die gewählten Zeiten nicht zu groß sein, damit nicht zu viel Wärme auf das Arbeitsstück angewendet wird. Da die oben erwähnten Zeiteinstellungen sich an den Bedingungen des ungünstigsten Falles orientieren müssen, können sie länger sein, als es im Durchschnitt erforderlich ist. Auch das Leistungsniveau P1, wie es im Stadium B gewählt ist, müßte relativ gleichgehalten werden, da die Fähigkeit des Schaltkreises 40/10/30, Strom während zumindest Teilen dieses Stadiums zu tragen, nur von den während dieses Stadiums angenommenen physikalischen Bedingungen, beeinflußt wird. Wenn diese Annahmen nicht korrekt sind, so können Überschläge oder extrem hohe Stromkonzentrationen auftreten, zum Schaden des Schmelzapparates und des Arbeitsstückes.
Ein typisches Diagramm des elektrischen Widerstandes im Schaltkreis 40/10/30 gegen die Zeit ist in 7 gezeigt. Während der Anfangsphase des Stadiums A ist der Widerstand effektiv unendlich, weil die Schmelzelektrode 40 noch keinen Kontakt zur Angel 12 hat. Sobald ein solcher Kontakt hergestellt ist, fällt der Widerstand schnell ab und erreicht das Referenzlevel R1, wenn ein fester und umfassender Kontakt zwischen der Elektrode 40 und der Angel 12 erreicht ist, wie es zum Beispiel in 3 gezeigt ist. Wenn das Stadium B beginnt, fängt zunächst der Widerstand zu steigen an (höchstens bis zum Referenzlevel R2), aufgrund des Temperaturanstiegs von zumindest einigen der Elemente innerhalb des Schaltkreises. An irgendeinem Punkt während des Stadiums B jedoch fängt das anfänglich freie Ende der Angel 12 an, mit dem Restteil der Kollektorlamelle 14 Kontakt aufzunehmen, wie es beispielsweise in 4 gezeigt ist. Dies stellt einen zusätzlichen Weg von wachsendem Umfang für den Stromfluß dar, wodurch der Widerstand abfällt. An irgendeiner Stelle danach (wenn das Arbeitsstück den Zustand, wie er beispielsweise in 5 gezeigt wird, erreicht hat, und der Widerstand bis zum Referenzlevel R3 in 7 abgefallen ist) hört der Widerstand auf zu fallen, weil die Kontaktfläche zwischen der Angel 12 und der Kollektorlamelle 14 nicht weiter genügend stark ansteigt, um den Widerstandsanstieg aufgrund des Temperaturanstiegs auszugleichen. Demgemäß beginnt, nachdem das Referenzlevel R3 erreicht ist, der Widerstand wieder zu wachsen.
Der Widerstand des Schaltkreises, der das Arbeitsstück 10 umfaßt, wird gemessen, und das Resultat dieser Messung wird verwendet, um einen oder mehrere Parameter des Schmelzprozesses zu kontrollieren. Ein beispielhafter Apparat, der geeignet ist, elektrischen Strom anzulegen und elektrischen Widerstand zu messen, ist in 8 gezeigt. (8 ist ähnlich der 1 in der gemeinschaftlich übertragenen Europäischen Patentanmeldung EP-A-575 857, unter Art. 54 (3) EPC fallend, obgleich 8 andere Referenznummem hat (generell um 100 erhöht) und die Vorrichtung gemäß der Erfindung etwas unterschiedlich verwendet wird.)
In Bezug auf 8 empfängt der Regelkreis 150 von der Leistungsleitung 110 eine Dreiphasen-AC-Leistung. Der Transformator 112 senkt die Spannung des Eingangssignals zum Anlegen an die Vollweggleichrichterbrücke 114. Die Gleichrichterbrücke 114 stellt ein gleichgerichtetes Signal bereit, welches relativ stabil ist und nur wenig Welligkeit aufweist. Das Ausgangssignal der Brücke 114 wird an eine Einphasenwechselrichterbrücke 116 angelegt, welche die Transistoren 151, 152, 153 und 154 umfaßt. Wie es detaillierter in der europäischen Veröffentlichung EP-A-575 857, unter Artikel 54 (3) EPC fallend, beschrieben ist, werden die Transistoren 151 bis 154 durch pulsbreitenmodulierte, rechteckige Wellenformsignale getriggert, die durch den Treiber 118 produziert werden. Eine typische Frequenz für diese rechteckigen Wellenformsignale liegt im Bereich von etwa 1 kHz bis zu etwa 2 kHz.
Als Antwort auf die getriggerten Signale des Treibers 118 produziert die Wechselrichterbrücke 116 ein rechteckiges Vollwegwellenformsignal, welches an den Transformator 120 angelegt wird. Das Ausgangssignal des Transformators 120 wird an die Einphasenvollweggleichrichterbrücke 122 zur Erzeugung eines Endausgangssignales angelegt, welches als Schmelzstrom an den Schaltkreis angelegt wird, der die Schmelzelektrode 40, das Arbeitsstück 10 und die geerdete Elektrode 30 umfaßt.
Gemäß der vorliegenden Erfindung könnte dieser Schmelzstrom auch verwendet werden (wie weiter unten beschrieben) zur Messung des Widerstandes des Schaltkreises, der das Arbeitsstück 10 umfaßt.
Der Treiber 118 (insbesondere der „Arbeitszyklus" oder die Pulsbreite der Ausgangssignale des Treibers 118) wird durch die Kontrolleinheit 130 kontrolliert, basierend auf den unterschiedlichen Eingangsgrößen, so wie die Signale 136 und 137, die die Größe des Stromes I anzeigen, der durch den Schaltkreis 40/10/30 hindurchgeht, Signal 138, das die Größe der Spannung V am Schaltkreis 40/10/30 anzeigt, ein Signal von der Meßdose 132 innerhalb der Vorrichtung, die Kraft auf das Arbeitsstück über die Schmelzelektrode 40 anwendet, und ein Signal von einem positionanzeigenden Meßwandler 134, der die Verschiebung der Schmelzelektrode 40 steuert. Die Kontrolleinheit 130 empfängt über den Bus 140 zusätzliche Gesamtsystemkontrollsignale (zum Beispiel zum Synchronisieren des Schmelzapparates mit anderen Apparaten).
Die Kontrolleinheit 130 kann den Widerstand R des Schaltkreises 40/10/30 zu jeder Zeit unter Verwendung der Beziehung R = V/I (1)bestimmen.
Wie erwähnt, bestimmt die Kontrolleinheit 130 V aus der Potentialdifferenz zwischen den Leitungen 138. Die Kontrolleinheit 130 bestimmt I von der Leitung 136 oder der Leitung 137. Wenn es gewünscht ist, R während des Stadiums A zu messen, was vor der Anwendung von relativ großen Strömen ist, die während des Schmelzens verwendet werden, kann die Vorrichtung, die in 8 gezeigt ist, einen relativ kleinen Teststrom während des Stadiums A anwenden. Dieser Teststrom ist vorzugsweise zu klein, um eine signifikante Erwärmung des Arbeitsstückes zu verursachen.
Wie oben erwähnt, mißt der Regelkreis 150 den Widerstand R und kontrolliert. einen oder mehrere Parameter des Schmelzzyklusses auf der Basis dieser Messung. So zum Beispiel könnte während des Stadiums A der Regelkreis 150 den Widerstand R, wie oben beschrieben, so steuern, bis R fast gleich ist zu RI in 7, anstatt zu warten, bis der Meßwandler 134 anzeigt, daß die Schmelzelektrode 40 sich nach unten bewegt hat bis zu einem bestimmten Punkt, an welchem angenommen werden kann, daß die Schmelzelektrode festen und umfassenden Kontakt zu der Angel 12 hat, so daß es sicher ist, eine Schmelzleistung P1 anzulegen, so wie in 1 gezeigt. Der Regelkreis 150 weiß dann, daß es sicher ist, anzufangen, die Schmelzleistung P1 anzulegen, und so beginnt der Schaltkreis 150, diese Leistung anzuwenden. Dies ermöglicht es, die durchschnittliche Länge des Stadiums A erheblich zu verkürzen und damit die durchschnittliche Länge des gesamten Schmelzzyklusses zu verkürzen.
Als weiteres Beispiel des vorangegangenen Prinzips könnte der Regelkreis 150 den Widerstand R des Schaltkreises 40/10/30 während des Stadiums B steuern, um festzustellen, wann R anfängt, zu fallen, nachdem der Referenzwert R2 erreicht wurde, wie es in 7 gezeigt ist. Wenn der Schaltkreis 150 detektiert, daß R bis zu einem vorbestimmten Betrag von R2 abgefallen ist, weiß der Schaltkreis 150, daß es sicher ist, das Stadium B zu beenden und das Stadium C zu beginnen durch Anlegen einer vergrößerten Schmelzleistung P2, wie es in 1 gezeigt ist. Wiederum könnte dies die durchschnittliche Länge des Stadiums B und somit des gesamten Schmelzzyklusses verkürzen.
9 zeigt beispielhafte Schritte, wie sie von der Kontrolleinheit 130 ausgeführt werden, wenn der Schmelzzyklus auf der Basis des Widerstandes, wie oben beschrieben, kontrolliert wird. In Schritt 200 beginnt die Kontrolleinheit 130 das Stadium A des Schmelzzyklusses durch die Produktion des Signals an der Ausgangsleitung 139, das verlangt wird, damit das Stellglied 44 veranlaßt wird, die Schmelzelektrode 40 nach unten gegen das Arbeitsstück 10 zu bewegen. Im Schritt 202 kontrolliert die Kontrolleinheit 130 den Treiber 118, um zu bewirken, daß der Schaltkreis, wie er in 8 gezeigt ist, ein relativ leistungsschwaches Testsignal an den Schaltkreis 40/10/30 anwendet. Im Schritt 204, mißt die Kontrolleinheit 130 den Widerstand R des Schaltkreises 40/10/30 und vergleicht den gemessenen Widerstand mit einem vorbestimmten Referenzwert RL Wenn R erheblich größer ist als Ri, fährt die Kontrolleinheit 130 mit dem Stadium A fort. Andererseits, wenn R nahezu gleich zu R1 ist, bewegt sich die Kontrolleinheit 130 weiter zum Schritt 206, bei welchem das Stadium B des Schmelzzyklusses beginnt.
Während des Stadiums B kontrolliert die Kontrolleinheit 130 den Treiber 118, damit der Schaltkreis, wie in 8 gezeigt, eine Schmelzleistung entsprechend dem Level P1 an den Schaltkreis 40/10/30 anlegt. Auch während des Stadiums B führt die Kontrolleinheit 130 den Schritt 208 aus, bis sie detektiert, daß der Widerstand R, der in dem Schaltkreis 40/10/30 gemessen wurde, fast zu dem Referenzwert R2 angestiegen ist. Danach führt die Kontrolleinheit 130 den Schritt 210 durch, bis sie detektiert, daß der Widerstand R, der in dem Schaltkreis 40/10/30 gemessen wurde, bis nahezu zu dem Wert R2 minus einem vorbestimmten Delta R4 abgefallen ist. Wenn die Kontrolleinheit 130 detektiert, daß dies aufgetreten ist, geht die Kontrolleinheit 130 weiter zum Schritt 212, in welchem das Stadium C des Schmelzzyklusses beginnt.
Während des Stadiums C kontrolliert die Kontrolleinheit 130 den Treiber 118, damit der Schaltkreis, wie in 8 gezeigt, eine Schmelzleistung entsprechend dem Level P2 an den Schaltkreis 40/10/30 anlegt. Auch während des Stadiums C übt die Kontrolleinheit 130 den Schritt 214 aus, um die Dauer des Stadiums C zeitlich zu verfolgen und das Stadium D (Schritt 216) zu beginnen, nachdem das Stadium C die gewünschte Zeitdauer angedauert hat. Alternativ oder zusätzlich könnte der Schritt 214 das Stadium C stoppen und das Stadium D beginnen, wenn die verbrauchte Energie (d. h. das Zeitintegral über die Leistung) während des Stadiums C (oder während der Stadien B und C) einen vorbestimmten Schwellenwert erreicht hat. Als noch andere Alternative oder Zusatz zum Schritt 214, könnte die Kontrolleinheit 130 das Stadium C stoppen und das Stadium D beginnen, wenn der Betrag, der von der Elektrode 40 zurückgelegten Strecke (wie durch das Ausgangssignal des Meßwandlers 134 angedeutet wird) einen vorbestimmten Schwellenwert erreicht. Dieser letztmögliche Zusatz zu Schritt 214 könnte speziell wertvoll sein, als eine Sicherheitsvorkehrung zur Vermeidung, daß die Schmelzelektrode 40 für den Fall, daß das Arbeitsstück abnormal ist oder mehr als erwartet erhitzt wurde, eine zu große Wegstrecke zurücklegt.
10 zeigt, wie die Kurve vom Widerstand gegen die Zeit in 7 in der Zeit verkürzt werden kann, wenn der Schmelzzyklus, so wie in 9 gezeigt und oben be schrieben, ausgeführt wird. Zusätzlich zum Beitrag von vergrößerten Produktionsraten bewirkt eine verkürzte Schmelzzykluszeit eine Reduzierung des Wärmebetrages, der thermisch zu anderen Strukturen geleitet wird, die zu der Schmelzstelle benachbart sind.
Es soll verstanden werden, daß 9 vereinfacht ist, um die vorliegende Erfindung nicht undeutlich werden zu lassen. Zusätzlich zu den Schritten, die in 9 gezeigt sind, könnte die Kontrolleinheit 130 andere Schritte ausführen, wie beispielsweise Zeitmessungsschritte, um sicherzustellen, daß keiner der Stadien des Schmelzzyklusses zu lange dauert, wenn aus irgendeinem Grund die erwartete Widerstandscharakteristik nicht gefunden wurde. Die Kontrolleinheit 130 könnte auch Energiemeßschritte und/oder Verschiebungssteuerungsschritte ausführen, wie diese, die oben erwähnt sind.
Ein anderes Beispiel für einen Schmelzzyklusparameter, der gemäß dieser Erfindung auf der Basis des gemessenen Widerstandes kontrolliert werden könnte, ist die Kraft, die durch die Schmelzelektrode 40 auf das Arbeitsstück 10 angewendet wird. Zum Beispiel könnte es wünschenswert sein, daß die Schmelzelektrode 40 vor der Kraftanwendung auf das zunächst freie Ende der Angel 12 die Kollektorlamelle 14 kontaktiert, eine erste Kraft auf das Arbeitsstück 10 anwendet, die auf einem relativ niedrigem Niveau liegt, und danach eine erheblich höhere Kraft auf das Arbeitsstück anwendet. Die Kontrolleinheit 130 kann so programmiert sein, daß sie detektiert, wenn während des Leistungsstadiums B der Widerstand R des Schaltkreises 40/10/30 abzufallen beginnt, nachdem er den lokalen Peak R2 passiert hat, und daß die Kontrolleinheit danach das Stellglied 44 der Schmelzelektrode in 8 dazu veranlaßt, über die Elektrode 40 eine erheblich höhere Kraft auf das Arbeitsstück anzuwenden. Beispielhafte Schritte, die durch die Kontrolleinheit 130 ausgeführt werden können, um den Schmelzapparat auf diese Weise zu betreiben, sind in 14 gezeigt.
Der Schritt 200 in 14 ist derselbe wie der Schritt 200 in 9. In Schritt 240 kontrolliert die Kontrolleinheit 130 das Stellglied 44, damit die Schmelzelektrode eine relativ geringe Kraft F1 auf das Arbeitsstück 10 anwendet. Dies hält so an bis, als Resultat der Durchführung des Schrittes 242, die Kontrolleinheit 130 weiß, daß das Schmelzstadium B begonnen hat. Die Kontrolleinheit 130 geht dann weiter zu Schritt 244, der mit der Anwendung der Kraft F1 fortfährt, bis, als Resultat der Durchführung des Schrittes 246, die Kontrolleinheit 130 detektiert, daß der gemessene Widerstand R des Schaltkreises 40/10/30 abzufallen begonnen hat, nachdem er nahezu den Referenzwert R2 erreicht hat. Dies zeigt an, daß das anfangs freie Ende der Angel 12, die Kollektorlamelle 14 kontaktiert hat und somit einen weiteren Weg für den Stromfluß innerhalb des Schaltkreises 40/10/30 erzeugt hat. Die Kontrolleinheit 130 geht dann weiter zu Schritt 248, in welchem die Kontrolleinheit das Stellglied 44 dazu veranlaßt, eine vergrößerte Kraft F2 auf das Arbeitsstück für den Rest des Schmelzzyklusses anzuwenden.
Das Vorangegangene zeigt, wie die Messung des elektrischen Widerstandes in dem Schaltkreis 40/10/30 verwendet werden kann, um genau zu bestimmen, wann das Arbeitsstück die Anwendung einer erheblich vergrößerten Kraft aushalten kann. Dies wiederum kann dazu verwendet werden, den Schmelzzyklus sicher zu beschleunigen und/oder stärkere Schmelzbedingungen zu erzeugen.
Die Bewegungsgeschwindigkeit der Schmelzelektrode 40 ist noch ein weiteres Beispiel für einen Schmelzzyklusparameter, der auf der Basis des gemessenen elektrischen Widerstandes gemäß dieser Erfindung kontrolliert werden kann. Zum Beispiel, könnte es wünschenswert sein, die Elektrodengeschwindigkeit (bestimmt durch das Stellglied 44 in 8) in einer umgekehrten Beziehung zur Kraft, wie oben beschrieben, zu kontrollieren. So könnte es gewünscht sein, die Elektrode 40 relativ schnell zu bewegen, bis R fast gleich dem lokalen Maximum R2 während des Stadiums B ist, und danach die Elektrode 40 langsamer zu bewegen. Es wird deutlich, wie die Schritte, die in 14 gezeigt sind, modifiziert werden, um eine solche Art von Schmelzelektrodengeschwindigkeitskontrolle zu erzeugen. Insbesondere ersetzt „hohe Geschwindigkeit" „niedere Kraft" in den Schritten 240 und 244, während in Schritt 248 „geringe Geschwindigkeit" „hohe Kraft" ersetzt. Wieder könnte das Ziel dieser Art von Kontrolle sein, optimale Bedingungen während jeder Phase des Schmelzzyklusses zu erreichen, so daß die Schmelzzyklusdauer reduziert werden kann, während die Qualität verbessert oder zumindest nicht verschlechtert wird.
Zusätzlich zur Tendenz, den Schmelzzyklus zu verkürzen, haben die vorangegangenen Beispiele der Anwendung dieser Erfindung verschiedene andere Vorteile. Einer dieser Vorteile ist es, daß es nicht länger notwendig ist, aus verstrichener Zeit oder aus Kraft und/oder Verschiebungsmessungen, die durch die Komponenten 132 und 134 produziert wurden, zu folgern, daß es sicher ist, bestimmte Levels von Schmelzstrom (Leistung), Schmelzkraft, oder ähnliches anzuwenden. Zum Beispiel ermöglicht die Messung des Widerstandes des Schaltkreises 40/10/30 einen direkten Hinweis der Fähigkeit dieses Schaltkreises, einen bestimmten Schmelzstrom zu tragen. Dies könnte es dem System dieser Erfindung ermöglichen, mehr Schmelzleistung und/oder früher Schmelzleistung innerhalb des Schmelzzyklusses anzuwenden, als es anders vorsichtig und sicher möglich wäre. Dies sind zusätzliche Möglichkeiten, durch welche der Schmelzzyklus verkürzt werden kann und die Resultate verbessert werden können. Beispielsweise zeigt 11 daß, sobald man sicher ist, daß der Widerstand des Schaltkreises 40/10/30 tatsächlich R1 entspricht (wie am Ende des Stadiums A in 10), es sicher ist, Schmelzleistung des Niveaus P3 an den Schaltkreis 40/10/30 anzulegen. P3 kann erheblich höher sein als P1 in 1 und möglicherweise ähnlich zu P2 in dieser Fig.. Dies ermöglicht es, die Stadien B und C in einem wesentlich kürzeren Stadium B/C zu kombinieren und dadurch weiter beizutragen, die gesamte Schmelzzyklusdauer zu verkürzen. Das Stadium B/C in 11 kann beendet werden, wenn das Zeitintegral der angewandten Leistung gleich dem des vorbestimmten Schwellenwertes ist.
Ein anderer Vorteil der Kontrolle von Schmelzzyklusparametern, basierend auf dem gemessenen Widerstand, könnte sein, daß der Schmelzapparat dadurch von Arbeitsstückvariationen unabhängiger ist. Ein mögliches Beispiel dafür kann unter Bezugnahme auf die 12 und 13 beschrieben werden.
Wie in 12 gezeigt, können manche Angeln 12 auf einem Anker anstelle eines Drahtes wie in 2 bis 6 gezeigt, zwei Drähte 16a und 16b unter sich haben. In je der anderen Hinsicht könnte das Arbeitsstück 10' zu dem Arbeitsstück 10 mit einem Draht identisch sein. Aufgrund der Anwesenheit von mehreren Drähten unter der Angel in dem Arbeitsstück 10', könnten die verschiedenen Stadien des Schmelzzyklusses dazu neigen, langsamer vorwärts zu schreiten oder länger anzuhalten. Beispielsweise könnte es länger dauern, die Angel 12 des Arbeitsstücks 10' herunter zu biegen zu einem Zustand wie dieser, der in 3 gezeigt ist. Ähnlich könnte es länger dauern, die Angel des Arbeitsstückes 10' von einem Zustand wie er in 3 gezeigt ist, zu einem Zustand wie er in 5 gezeigt ist, zu bringen. Es könnte auch mehr Zeit oder Energie kosten, den größeren Betrag von Isolation aufgrund der zwei Drähte anstelle des einen Drahtes zu verdampfen. In konventionellen Vorrichtungen könnten diese Betrachtungen es notwendig gemacht haben, verschiedene Schmelzzyklen bereitzustellen, und zwar abhängig davon, ob die Angel einen oder zwei Drähte unter sich hat. Dies könnte es umgekehrt notwendig machen, Prozesse auszuarbeiten, um die Schmelzvorrichtung zu informieren, falls sie angewendet werden soll, um jeden Typ von Arbeitsstücken zu schmelzen. Die Kontrolle von Schmelzzyklusparametern basierend auf Widerstandsmessungen gemäß dieser Erfindung könnte dieses Problem vereinfachen, wie nun erklärt wird.
In 13 entspricht die durchgezogene Linie einem typischen Verlauf des Widerstandes gegen die Zeit für das Arbeitsstück 10 von 7. Die gestrichelte Linie zeigt den typischen Verlauf des Widerstandes gegen die Zeit für das Arbeitsstück 10'. Wie die 13 zeigt, bewirkt die langsamere Deformation des Arbeitsstückes 10', daß das Arbeitsstück 10' bestimmte Widerstandswerte zeitlich später erreicht als das Arbeitsstück 10. Durch Verwendung der Widerstandsmessung als Basis zum Beginn des Schmelzzyklusstadiums B und dann des Schmelzzyklusstadiums C gemäß dieser Erfindung, wie es oben in Verbindung mit den 9 und 10 beschrieben ist, gleicht der Schmelzapparat automatisch diese unterschiedlichen Arten von Arbeitsstücken aus. Dies könnte es unnötig machen, die Kontrolleinheit 130 extra zu programmieren, um verschiedene Schmelzzyklen für – etwas unterschiedliche Arbeitsstücke bereitzustellen oder zu verfolgen, welcher Typ von Arbeitsstück gerade verschmolzen wird.
Gemäß dieser Erfindung ist es wünschenswert, sich eher einem Schmelzsystem zu nähern, bei welchem die angewandte Leistung auf der Basis der in dem Arbeitsstück verbrauchten Leistung kontrolliert wird. Solch ein System hat den Vorteil, daß die Arbeitsstücktemperatur direkter gemessen und kontrolliert werden kann. Einige oder alle verschiedenen Faktoren können gemäß dieser Erfindung angewendet werden, um dieses Ziel zu erreichen.
Frühere Systeme hielten Leistungslevels, wie P1 und P2 in 1, durch die Kontrolle von der Spannung und/oder des Stromes konstant, so daß P(t) = V(t)·I(t) = konstant (2),wobei t = Zeit ist. In Systemen der Art, wie in 8 gezeigt, ist der Treiber 118 beispielsweise derart kontrolliert, daß er den Arbeitszyklus mittels seiner Ausgangssignale vergrößert, wenn mehr Strom I auf den Schaltkreis 40/10/30 angewendet werden muß, um einen konstanten Wert der Leistung P aufrechtzuerhalten. Wie in 2 gezeigt, ist es bevorzugt, gemäß dieser Erfindung, Spannungsabgreifer 38 so nahe wie möglich an dem Arbeitsstück 10 zu plazieren, doch könnten die dabei auftretenden hohen Temperaturen es ausschließen, diese Abgreifer direkt an die Elektroden 30 und 40 zu befestigen und es statt dessen erforderlich machen, sie an den Elektrodenhaltern, wie in 2 gezeigt, zu befestigen. (Die Abgreifer 38 in 2 könnten die Quelle der Signale an den Leitungen 138 in 8 sein)
Die dissipierte Wärme innerhalb eines Arbeitsstückes 10, das den Widerstand Rw(t) hat, ist durch die Gleichung Pw(t) = I(t)2·Rw(t) (3),gegeben, wobei wiederum t = Zeit ist. Die Gleichung (3) bezieht sich nur auf die Widerstandsheizung des Arbeitsstückes 10 und umfaßt nicht die Leistung, die zur Widerstandsheizung von der Schmelzelektrode 40 und der geerdeten Elektrode 30 erfordert wird. Weil die Spannungsabgreifer 38 typischerweise etwas entfernt von dem Arbeitsstück 10 plaziert sind, so wie es in dem vorhergehenden Abschnitt erwähnt ist, kann die Spannung V(t), die über die Abgreifer 38 gemessen wurde, nicht mit dem gemessenen Wert von I(t) verwendet werden, um eine exakte Messung von Rw(t), dem Widerstand des Arbeitsstückes 10 per se ohne Widerstandsbeitrag von den Elektroden 30 und 40, zu erhalten. Ohne eine exakte Messung von Rw(t) ist es nicht möglich, eine exakte Information über die Wärme zu erhalten, die in dem Arbeitsstück 10 aufgrund seines Widerstandes erzeugt wurde. Diese Schwierigkeit wird noch durch die Tatsache vergrößert, daß der Widerstand der Elektroden 30 und 40 (wie auch der Widerstand des Arbeitsstückes 10) mit der Temperatur wechselt und daß die Temperatur sich erheblich ändert, wenn der Schmelzzyklus fortschreitet.
Um die Leistung, die an dem Schaltkreis 40/10/30 angewendet wird, präzise zu kontrollieren, um eine gewünschte elektrische Widerstandsheizung des Arbeitsstückes 10 zu erreichen, werden die Effekte des Elektrodenwiderstandes auf dem Kontrollschema eliminiert oder zumindest erheblich reduziert, indem der totale Widerstand Rtot zwischen den Spannungsabgreifern 38 um einen Betrag Rcorr reduziert wird, wobei Rcorr im wesentlichen zu der Summe aus den Widerständen der Elektroden 30 und 40 gleich ist. Somit ist Rw(t) durch die Gleichung Rw(t) = V(t)/I(t) – Rcorr(t) (4)gegeben.
Einen Basiswert für Rcorr kann im Verlauf einer set-up-Phase des Betriebs der Vorrichtung von 8 bestimmt werden, in welcher der Widerstand Rf der Schmelzelektrode 40 und der Widerstand Rg der geerdeten Elektrode 30 bei einer niederen Temperatur und mit einem relativ kleinen Teststrom gemessen werden. Wenn gewünscht, können dann Berechnungen ausgeführt werden, um zu berechnen, wie sich Rf und Rg mit der Temperatur ändern werden. Rcorr wird dann berechnet als die Summe aus Rf und Rg. Wenn Rcorr einmal bestimmt wurde, kann Rw(t) während des Schmelzzyklusses unter Verwendung der Gleichung (4) bestimmt werden. Der Strom, welcher der Schaltkreis von 8 dann auf den Schaltkreis 40/10/30 anwenden muß, um zu bewirken, daß ein gewünschter Betrag von Leistung Pw(t) in dem Arbeitsstück 10 dissipiert wird, wird dann durch Gleichung (3) bestimmt, welche wie folgt umgeschrieben werden kann, um I(t) direkt anzugeben: I(t) = √Pw(t)/Rw(t) (5).
Das oben dargelegte Prinzip kann wie folgt in allgemeinere Leistungsbegriffe umformuliert werden: Damit ein gewünschter Betrag von Leistung Pw(t) in dem Arbeitsstück 10 dissipiert wird, ist die Leistung P(t), die an dem Schaltkreis 40/10/30 angewendet wird, gegeben durch die Gleichung: P(t) = Pw(t)(1 + Rcorr(t)/Rw(t)) (6).
Mit anderen Worten, wenn der Widerstand Rcorr(t) der Elektrode 30 und 40 50% des Widerstandes des Arbeitsstückes 10 zu einer bestimmten Zeit entspricht, muß P(t) 1,5 mal Pw(t) zu dieser Zeit sein, damit die dissipierte Leistung in dem Arbeitsstück 10 gleich Pw(t) ist. Die Gleichungen (5) und (6) machen beide deutlich, daß gemäß den Merkmalen dieser Erfindung, die gerade diskutiert werden, die Leistung, die an dem Schaltkreis 40/10/30 angewendet wird, auf dem Arbeitsstückwiderstand Rw(t), der gemessen und entsprechend der Gleichung (4) berechnet werden kann, basiert. Somit basiert gemäß diesen Merkmalen der vorliegenden Erfindung die Kontrolle der Schmelzleistung auf dem Arbeitsstückwiderstand, der zumindest teilweise aus Messungen bestimmt wird, die während des Verlaufs eines jeden Schmelzzyklusses genommen werden.
Wenn gewünscht, können die oben diskutierten Prinzipien beispielsweise in Verbindung mit 9, 10 und 13 auf dem Widerstand des Arbeitsstückes beruhen (gemessen und berechnet wie in Gleichung (4)), anstatt auf dem Widerstand für den gesamten Schaltkreis 40/10/30, der zwischen den Spannungsabgreifern 38 in 2 gemessen wird. Somit können die Parameter R, R1, R2 und Delta R4 in 9 beispielsweise alle abgestimmt werden (wie durch Gleichung (4)), um die Effekte des Elektrodenwiderstandes zu eliminieren oder im wesentlichen zu eliminieren und stattdessen den Widerstand oder die Widerstandscharakteristik von nur einem Arbeitsstück darzustel len.
In verbesserten Schmelzsystemen des Typs, wie sie hierin beschrieben sind, könnte es wünschenswert sein, Elektroden zu verwenden, die einen niedrigeren Widerstand haben (speziell Schmelzelektroden) als die üblichen Charakteristiken der Schmelzelektroden. Beim traditionellen Verschmelzen hat die Schmelzelektrode einen erheblich höheren Widerstand als das Arbeitsstück, so daß die meiste elektrische Energie in der Widerstandsheizung der Schmelzelektrode verbraucht wird. Das Arbeitsstück wird dann zum Großteil durch die Wärmeleitung von der Schmelzelektrode erwärmt. Solch ein indirektes Erwärmen tendiert dazu, weniger präzise und kontrollierbar zu sein als direkte Widerstandsheizung des Arbeitsstückes selbst. Es könnte gemäß der vorliegenden Erfindung daher vorteilhaft sein, den Widerstand der Schmelzelektrode 40 herabzusetzen, um den Prozentsatz zu erhöhen, bei welchem das Arbeitsstück 10 eher direkt durch Widerstandsheizung des Arbeitsstücks selbst erwärmt wird als durch die Widerstandsheizung der Schmelzelektrode, gefolgt von der thermischen Leitung ausgehend von der Schmelzelektrode.
Eine andere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist in 15 gezeigt. Hohe elektrische Leistungsimpulse von relativ kurzer Dauer werden geliefert, vorzugsweise in regelmäßigen Intervallen, mit einer Verweilperiode zwischen ihnen zur Abkühlung. (Angenommen, daß die Leistungsimpulse von 15 durch eine Vorrichtung von Typ gemäß 8 produziert werden, umfaßt jeder Impuls in 15 zumindest einige Zyklen, der 1–2 kHz-Frequenz, bei welcher der Treiber 118 arbeitet.) Die aufeinanderfolgenden Peak-Werte der Impulse könnten einer gewünschten Einhüllenden folgen gemäß der gewählten Leistungsanwendungsbereiche. Jedoch können diese Peak-Werte höher sein, als die Werte, die in einer ununterbrochenen Leistungszufuhr verwendet werden. Pulsierte Leistungszufuhr mit Verweilperioden zur Abkühlung zeigen, daß sie hilfreich sind, die geforderte Schmelztemperatur an der Schmelzstelle per se zu lokalisieren. Das Resultat ist eine erhebliche Verbesserung in der Vermeidung des Fortschreitens von hohen Wärmeleveln, die thermische Spannung in dem Harzmaterial verursachen können, in welchem der Kollektor eingebettet ist. Auch können mit diesem Typ von Leistungsversorgung die geforderten Tempera turen in den Teilen, die verschmolzen werden sollen, innerhalb engerer Toleranzen erreicht werden, und es könnte auch einfacher sein, das Kontrollsystem zu betreiben, um diese verlangten Temperaturen aufrechtzuerhalten. Die Vorrichtung von 8 kann leicht programmiert werden, um Leistung anzulegen, wie in 15 gezeigt.
Es sei darauf hingewiesen, daß, wenn diese Beschreibung oder die beiliegenden Ansprüche von der Kontrolle eines Schmelzzyklus „-parameter" auf der Basis von elektrischen Widerstandsmessungen innerhalb des Schaltkreises, umfassend das zu verschmelzende Arbeitsstück sprechen, so ist dies nicht ein Indiz, daß bloß die angelegte Spannung und/oder der Strom während eines bestimmten Schmelzzyklusstadiums kontrolliert wird, um die Leistung, die während dieses Stadiums angewendet wird, konstant zu. halten (beispielsweise wie in Gleichung (2) oben). Das Wort „Parameter" bezieht sich eher, wie es hierin in Bezug auf elektrische Aspekte des Schmelzzyklusses verwendet wird, auf fundamentalere Charakteristika wie beispielsweise der Auswahl oder der Einleitung von dem „konstanten" Leistungssollwert, wie er in Gleichung (2) erwähnt ist, oder auf den Zeitpunkt, zu welchem die Schmelzleistung angeschaltet, abgeschaltet oder auf andere Weise fundamental verändert wird.
Es soll gesagt sein, daß das Vorangegangene nur beispielhaft ist für die Prinzipien der Erfindung, und daß verschiedene Modifikationen durch Fachleute gemacht werden können, ohne den Schutzbereich der Erfindung zu verlassen, wie er durch die Ansprüche definiert ist. Zum Beispiel ist es einleuchtend, daß, obwohl 8 ein Schmelzleistungsversorgungssystem zeigt, das direkte Stromleistung (DC) an das Arbeitsstück anlegt, auch andere Arten von Leistungsversorgungen verwendet werden können, wenn dies gewünscht ist.

Claims

Vorrichtung (20) zum Durchführen eines Schmelzvorgangs eines isolierten Spulendrahtes (16) an mindestens einer Angel (12) einer Kollektorlamelle (14) eines Ankers; wobei die Vorrichtung umfasst: eine Elektrodeneinrichtung (40) zur Ausübung einer kontrollierten Kraft auf die Angel; eine Einrichtung (150) zur Anwendung einer kontrollierten Wärme, die durch einen Stromdurchgang durch die Elektrode (40) erzeugt wird; wobei die kontrollierte Kraft und die kontrollierte Wärme erforderlich sind, um die Angel (12) in engem Kontakt um den Draht herum zu verformen, um die Isolierung (18) vom Draht zu entfernen und zur weiteren Verformung des Drahtes und der Angel (12), um einen vorbestimmten verformten und mechanischen Verbindungszustand zwischen der Angel (12) und der Kollektorlamelle (14) zu erreichen, wobei die Vorrichtung dadurch gekennzeichnet ist, dass sie ferner umfasst: Einrichtungen (136, 137, 138) zur Messung des elektrischen Widerstandes einer Schaltung, die die Elektrode (40), die Angel (12), den Draht (16), die Kollektorlamelle (14) und eine weitere Elektrode (30), die an die Kollektorlamelle (14) angeschlossen ist, umfasst; auf die Messeinrichtungen reagierende Einrichtungen (130, 150) zur Kontrolle der elektrischen Leistung P(t), die mittels des Stromdurchgangs bei dem Schmelzvorgang aufgewendet wird, um durch Widerstandsheizung einen vorbestimmten Betrag an zu dissipierender Leistung in der Schaltung zu erzeugen, wobei die Leistung P(t) welche bei dem Schmelzvorgang als Antwort auf den gemessenen elektrischen Widerstand aufgewendet wird, so korrigiert wird, dass ein vorbestimmter Betrag der elektrischen Leistung Pw(t) auf die Angel (12), den Draht (16) und die Kollektorlamelle (14) dissipiert wird, wobei die Vorrichtung weiterhin aufweist Einrichtungen (130) zur Korrektur des elektrischen Widerstands, der durch die Messeinrichtungen gemessen wurde, um weitgehend jeglichen Beitrag zu dem gemessenen elektrischen Widerstand zu eliminieren, der auf den elektrischen Widerstand der Elektrodenanteile (12, 30) der Schaltung zurückgeht.
Vorrichtung nach Anspruch 1, die ferner auf die Messeinrichtungen (150) reagierende Einrichtungen (130, 44) zur Kontrolle der auf die Angel während des Schmelzvorgangs ausgeübten Kraft umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, wobei die Messeinrichtungen erstens Einrichtungen (136, 137) zur Messung des Betrags des durch die Schaltung fließenden elektrischen Stroms umfassen; zweitens Einrichtungen (38, 138) zur Messung der an der Schaltung anliegenden Spannung, und Einrichtungen zur Berechnung (130) des elektrischen Widerstandes durch Teilen der Spannung durch den Strom.
Verfahren zur Durchführung eines Schmelzvorgangs eines isolierten Spulendrahtes (16) an mindestens einer Angel (12) einer Kollektorlamelle (14) eines Ankers; wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: Ausüben einer kontrollierten Kraft auf die Angel (12) mittels einer Elektrode (40); Anwenden kontrollierter Wärme, die durch Stromdurchgang durch die Elektrode (40) erzeugt wird, wobei die kontrollierte Kraft und die kontrollierte Wärme erforderlich sind, um die Angel (12) in engem Kontakt um den Draht herum zu verformen, um die Isolation (18) vom Draht zu entfernen und zur weiteren Verformung des Drahtes und der Angel (12), um einen vorbestimmten verformten und mechanisch verbundenen Zustand zwischen der Angel (12) und der Kollektorlamelle (14) zu erreichen, wobei das Verfahren dadurch gekennzeichnet ist, dass es ferner die Schritte umfasst: Messen des elektrischen Widerstands einer Schaltung, die die Elektrode (40), die Angel (12), den Draht (16), die Kollektorlamelle (14) und eine weitere Elektrode (30), die an die Kollektorlamelle (14) angeschlossen ist, umfasst; Kontrollieren der elektrischen Leistung P(t), die als Antwort auf den Messschritt bei dem Schmelzvorgang aufgewendet wird, um durch die Widerstandsheizung einen vorbestimmten Betrag an zu dissipierender Leistung in der Schaltung zu erzeugen, wobei die bei dem Schmelzvorgang als Antwort auf den gemessenen elektrischen Widerstand aufgewendete Leistung P(t) so korrigiert wird, dass ein vorbestimmter Betrag der Leistung Pw(t) auf die Angel (12), den Draht (16) und die Kollektorlamelle (14) dissipiert wird, und wobei die Korrektur jeglichen Beitrag zu dem gemessenen elektrischen Widerstand eliminiert, der auf einen elektrischen Widerstand der Elektrodenanteile (12, 30) zurückgeht.
Verfahren nach Anspruch 4, das ferner als Antwort auf den Messschritt den Schritt der Kontrolle der auf die Angel während des Schmelzvorgangs ausgeübten Kraft umfasst.