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Selbsttätig arbeitende elektrische Abbrennschweißmaschine mit einem
Steuerorgan Es ist bekannt, bei selbsttätig arbeitenden elektrischen Abbrennschweißmaschinen
das Nachschubwerk für das Werkstück entweder mit einem in Abhängigkeit von wenigstens
einer der elektrischen Größen. des Schweißstromkreises arbeitenden Steuerrelais,o,der
mit einem in Abhängigkeit vom Berührungsdruck der zu verschweißenden Werkstückenden.
arbeitenden Steuerorgan auszurüsten. Diese Steuerorgane setzen während des Erhitzungsvorganges
den Maschinenantrieb still oder schalten ihn auf Rückzug, sobald die zu verschweißenden
Werkstückenden in eine zu innige Berührung miteinander kommen, und zwar so lange,
bis die zu innige Berührung wieder aufgehoben ist. Bei der Verschweißung von Werkstücken
größeren Querscbnittes führt daher der Maschinenschlitten unter dem Einüuß dieser
Steuerorgane längere Zeit eine hin und her gehende Bewegung, die sog. Vorwärmbewegurig,
aus, um dann selbsttätig in eine mehr oder weniger stetige Vorschubbewegung überzugehen,
sobald die für das Dauersprühen notwendige Temperatur erreicht ist. Während dieser
Periode des Erhitzungsvorganges wirkt das Steuerrelais oder das druckabhängig arbeitende
Steuerorgan bei Maschinen mit einem für den Erhitzungs- und Stauchvorgang gemeinsamen
Antrieb. als Regler zum Anpassen der Vorschubges,chwindigkieit an die Abbrenngeschwindigkeit,
bei Maschinen mit getrennten Antrieben für Erhitzen und Stauchen als Klebewächter,
der den Erhitzungsantrieb auf Stillstand oder Rückzug schaltet, wenn die voreingestellte
Vorschubgeschwin.-digkeit nicht mit der Abbrenngeschwindigkeit übereinstimmt. Haben
schließlich die Werkstückenden die für eine einwandfreie Verbindung notwendige Schweißtemperatur
über den ganzen Querschnitt und auf :eine genügende Tiefe angenommen, so wird die
Maschine selbsttätig auf Stauchen umgeschaltet. Dies geschieht meist mittels einer
Art Meßlehre, die mit dem Nachsichubwerk der Maschine derart verbunden ist, daß
die Glieder der Meßlehre durch ihre Bewegung gegeneinander
dei fortschreitenden
Abbrand des Werkstückes abbilden und bei einer bestimmten Relativlage, die dem erforderlichen
Gesamtabbrand des Werkstückes entspricht das Nachschubwerk zum Ausführen dies Stauchschubes
umschalten.
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Die Erfindung fußt auf der Erkenntnis., daß dass in Abhängigkeit von
einer der elektrischen Größen des Schweißstromkreises bzw. in Abhängigkeit vom Berührungsdruck
der zu verschweißenden Werkstückenden arbeitende Steuerorgan im Gegensatz zu der
bisherigen Auffassung während seiner Funktion als Klebewächter namentlich dann die
Güte der Schweißjung in einem ungünstigen Sinn beeinflussen kann, wenn mit einer
von vornherein der Abbrenngeschwindigkeit angepaßten Vorschubgeschwindigkeit gearbeitet
wird. Es sorgt allerdings dafür, daß das Nachschubwerk auf Stillstand oder Rückzug
geschaltet wird, sobald die voreingestellte Vorschubgeschwindi:gkeit über der tatsächlich
vorhandenen Abbrenngseschwindigkeit liegt und dadurch der Abbrennvorgang zu ersticken
droht. Aber gera-de dieses Stillsetzen oder Umschalten des Nachschubwerkes auf Rückzug
ist aus folgenden Gründen nachteilig, und zwar insbesondere dann, wenn die Störung
im letzten Abschnitt des Abbrennvorganges, namentlich vor dem Einsetzen des Stauchvorganges,
auftritt.
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Nach neueren Erkenntnissen bildet sich beim Dauersprühen zwischen
dien in leichter Berührung befindlichen Werkstückstirnien eine Gasatmosphäre, die
gegenüber der Außenluft einem gewissen Überdruck aufweist. Dieser überdruck trägt
z. B. mit dazu bei, daß die flüssigen Werkstück-teile zum Teil aus er geschleudert
werden. Schweißstelle heraus-Gleichzeitig schützt aber auch. diese unter Überdruck
stehende Gasatmosphäre die Schweißstelle vor dem Zutritt der Außenluft, so daß das
hocherhitzte flüssige Material aus dieser keine Gase, insbesondere keinen Sauersitoff
und Stickstoff aufzunehmen vermag. Bekanntlich setzt gerade die Aufnahme von Stickstoff
und Sauerstoff namentlich bei hochlegierten Stählten die Güte der Schweißung erheblich
herab. Wird nun, wie erwähnt, insbesondere unmittelbar vor dem Stauchen das Nachschubwerk
der Maschine stillgesetzt oder gar auf Rückzug geschaltet, dann wird der Sprühvorgang
unterbrochen oder mindestens so stark herabgesetzt, daß der zwischen den Werkstückstirnen
vorhandene überdruck vierschwindet und nunmehr die Außenluft zum mindesten in die
Randzone der Schweißstelle eindringt. Durch die Gasaufnahme bilden stich dort Oxyd-
,oder Nitriteinschlüsse, welche die erwähnte Herabsetzung der Güte der Schweißuing
zur Folge haben. In dien seltensten Fällen ist durch nachträgliche Wärmebehandlung
dieser Fehler der Schweißung zu beseitigen.
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Erfindungsgemäß wird dieser Mangel dadurch behoben, daß während des
Dauersprühens unter dauerndem Vorschub durch ein von wenigstens einer der Größen
des Schweißstromkreises beeinfluißtes :oder den Berührungsdruck der Werkstückenden
überwachendes Steuerorgan die Zufuhr der elektrischen Energie zur Schweißstelle
derart gesteuert wird, daß bei zu inniger Berührung der Werkstücken,den die Energiezufuhr
erhöht, bei zu loser Berührung bzw. bei beginnender Trennung der Werkstückenden
die Energiezufuhr erniedrigt wird. Bei Werkstücken mit kleinen Querschnitten wird
man in der Regel mit einer solchen Steuervorrichtung allein auskommen können, wenn
man die Vorschubgeschwindigkeit richtig einstellt, gegebenenfalls mit zunehmendem
Abbirand anwachsen läßt. Bei größeren Werkstückquerschnitten wird aber dem Dauersprühvorgang
in der Regel ein Anwärmvorgang vorausgehen müssen, bei dem die Werkstücke wiederholt
miteinander in Berührung gebracht und wieder auseinander,-zogen werden. Diese Anwärmbewegung
kann vorn Hand durch ein Schwinggetriebe (Kurbel, No@ckenscheiibe -o-. dgl.) ausgeführt
oder durch ein in Abhängigkeit von wenigstens einer Größe des. Schweißstromkreises.
arbeitendes Relais bzw. ein den Berührungsdruck zwischen den Werkstückenden überwachendes
Meßorgan in bekannter Weise über Schütze, Röhren usw. eingesteuert werden. In diesem
Fall wird die Maschine mit einer vorzugsweise selbsttätigen Schalteinrichtung versehen,
die bei Beendigung der Vorwärmbewegung bz-w. dies Vorabbrennens und bei Beginn des
Dauersprühens die bisherigen Steuerorgane für die Vorschubbewegung abschaltet und
unter Schaltung auf dauerndem Vorschub die die Energiezufuhr steuernden Organe einschaltet.
Statt dessen kann diese Schalteinrichtung auch die während der Vorwärmbewe- s gung
usw. das Nachschubwerk steuernden Organe auf die Energiiezufuhrsteuerung um-3chalten.
Diese beim Einsetzen des Dauersprühens tätig werdende Schalteinrichtung kann eine
an sich bekannte, in Abhängigkeit vom Abbrennweg arbeitende Wegmeßlehre. oder auch
ein Zeitwerk sein. Stattdessen oder danebenkann man auch ein in den Sichweißstromkreis
eingeschaltetes ,cos cp-Relais benutzen, das bei großer Phasenverschiebung zwischen
Strom und Spannung im Sch-,veißstro,mkreis, d. h. während des periodischen Wechsels
-zwischen Leerlauf und Kurzschluß beim Vorwärmen, das Steuerrelais oder das druckabhängig
arbeitende Steuerorgan des Nachsc.hubwer kes freigibt, bei kleiner Phasenverschiebung
dagegen,
die bekanntlich während des Dauersprühens vorhanden ist,
das Steuerrelais oder das druckabhängig arbeitende Steuerorgan des Nachschubwerkes
unwirksam macht und die Maschine auf Dauexvorschub schaltet. Damit das cos 99-Relais
beim Wechsel zwischen Leerlauf und Kurzs@chluß nicht anspricht, empfiehlt es sich,
dieses Relais. mit einer vorzugsweise .einstellbaren Zeitverzögerung arbeiten zu
lassen oder es mit einem in diesem Sinne arbeitenden Zeitrelais zusammenzuschalten.
Ferner ist @es zweckmäßig, das .cos 99-Relais oder die von ihm betätigte Schalteinrichtung
mit einem mechanischen oder (elektrischen Verriegelungsorgan auszurüsten, das die
Rückkehr des @cos 9p-Relais bzw. der Schalteinrichtung in die Ausgangsstellung verhütet,
wenn einmal zufällig die VoTschubgeschwindigkeit wähnend der Zeitdauer Deiniger
Peho;den des Schweißstromes über der Ab:brenngeschwindigkeit liegen sollte. Schließlich
kann man auch die Schalteinrichtung, welche das Relais oder das druckabhängig arbeitende
Steuerorgan unwirksam macht, von einer Photozelle steuern lassen, die in dein Gang
der von dein Sprühregen ausgehenden Lichtstrahlen gelegt ist.
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Damit ein Kleben der Werkstücke nach der Stillsetzung des Steuerorgans
für den Nachschub sicher vermieden wird, bildet man die dieses Steuerorgan unwirksam
machende bzw. umsr-haltende Schalteinrichtung am besten so aas, daß sie gleichzeitig
die Vorschubgesichwindigkeit des Nachschubwerkes und/o.der die Leistungsaufnahme
des Sirhweißtransformators im Sinne einer Erhöhung der Stabilität des IDauersprühens
ändert. Dies kann beispielsweise in der Weise. geschehen, daß die Vorschubgeschwindigkeit
nach dem Einsetzen des Dauersprühens erniedrigt wird. Statt dessen oder daneben
kann man aber auch die Leistungsaufnahme des Schweißtransformatorserhöhen. Eine
andere Möglichkeit soll im Zusammenhang mit der Wirkungsweise des auf der Zeichnung
schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels erläutert werden.
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1; 2 sind die zu verschweißenden Werkstückteile, die an die Sekundärwicklung
3 eines Schweißtransformators finit der Primärwicklung 4 angeschlossen sind. Der
Spannungsabfall an der Schweißstelle wird durch ein Relais 6 überwacht, das die
beweglichen Kontakte 7 bis 9 steuert, die mit den feststehenden Kontakten io: bis:
21 zusammenarbeiten. Der Primärwindung 4 -des Schweißtransformators ist eine Drosselspule
22 Mit Sektmdärwicklung 23 vorgeschaltet, die durch ein mittels Gitter 24, 25 gesteuertes
Röhrenpaar 26, 27 mehr oder weniger vollständig kurzgeschlossen werden kann.
Die Gitter 24, 25 sind über die Umsehalter 28; 29 mit den Kontakten 281, 28i2, 291,
292 und über die Kontakte 7, 8 und io bis 17 sowie über Gleichrichter 3o" 31 an
die Transformatoren 32, 33 angeschlossen: 34, 3 5 sind Spannungsteiler, deren Mitten
mit den Enden der Siekundärwicklung 23 verbunden sind. Die elektrisiche Verbindung
der elnzeInen Kontakte soll an Hand der Wirkungsweisie der SchalteinrIchtung weiter
unten erläutert werden. Die Kontakte 2 i und i 9 sind über die Punkte
a, b mit den Schaltern 36,.37 .verbunden, die gemeinsam mit den Umschaltern
28, 29 durch eine Nockenscheible 38 eines Zeitwerkes oder eine Wegmeßlehre betätigt
werden. Die gleiche Nockenscheibe kann auch nach Beginn des Dauersprühens das Nachschubwerk
auf dauerndem Vorschub einschalten.
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Die Maschine arbeitet auf folgende Weise: Während der Zeit des Vorwärmens
sind die Schalter 36, 37 geschlossen, de Umschalter 28, 29 liegen an den Kontakten
282, 2g2. Die Gitter 24, 25 sind dann jeweils relativ zu ihnen Kathoden negativ
geladen, die Röhren 26, 27 sind also gegen Stromdurchgang gesperrt. Die Gitter 24,
25 der Röhren können statt dessen auch über Hochobmwiderstände an negative Hilfsspannungen
:angeschlossen werden, so. daß. die Röhren 2(, 27 dauernd dien Stromdurchfluß, sperren
und die Sekundärwicklung 23 der Drossel 22 dauernd stromlos ist, so, daß die Drosselspule
22 als Vorwiderstand für die Primärwicklung 4 des Schweißtransformators wirkt. Das
Spannungsrelais: 6 nimmt die gezeichnete Lage ein, wenn der Spannungsabfall .an
den Werkstücken 1, 2 zu, klein ist und legt sich auf die andere Kontaktseite um,
wenn der Spannungsabfall zu groß ist. Die Kontakte 6, 7 und io bis 17 sind wegen
Öffnung der Kontakte i81, 29i während des Anwärmvorgangs wirkungslos. Die Kontakte
9 und 18 bis 21 dagegen steuern über die jetzt geschlossenen Schalter 36, 37 in.
bekannter Weise das. Nachschubwerk. Sie schalten dieses auf Vorwärtslauf, 'wenn
sich die Werkstücke i, 2 nicht berühren. Sobald sie in Berührung gekommen sind,
schaltet das Relais 6 auf Rückwärtslauf um usf., bis die Werkstückenden genügend
vorgewärmt sind.
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Nach Ablaufeiner bestimmten Zeit hat der Nocken der Nockenscheibe
38 die Schalter 36, 37 geöffn#@et und die Schalter 28,z9 auf die Kontakte 281, 291
umgelegt. Die Steuerung- für :das Nachschubwerk ist jetzt wirkungslos. Das Nachschubwerk
ist über einen gegebenenfalls über einen von der Nockenscheibe 38 mitbetätigten
Schalter auf dauernden Vorlauf geschaltet. Es beginnt jetzt das Dauersprühen. Koanmen
die Werkstücke i, 2 bei diesem Vorgang in zu innige Berührung, so daß die Gefahr
besteht, daß sie vorzeitig
verschweißen, dann wird nicht wie sonst
der Vorschub der Werkstückteile stillgesetzt oder umgekehrt, sondern das Relais
6 schließt mit Hilfe der beweglichen Kontakte 7, 8 die Kontakte i o, i i und 12,
13 und legt dadurch die Gitter 2q., 25 an eine solche Spannung, da.ß die
Röhren 26, 27 Strom führen und die Sekundärwicklung 23 der Drossel 22 kurzschließen.
Da dadurch der induktive Widerstand der Drossel praktisch verschwindet, liegt jetzt
eine erhöhte Spannung an der Primärwicklung des Transformators q., und die Schweißstelle
erhält #eine verstärkte Energiezufuhr. Die Berührungsstelle brennt bedeutend rascher
aus als vorher und führt dadurch die innige Berührung in eine losere Berührung über.
Sollte die Berührung zu lose werden oder sollten die Werkstückenden wegen ungenügendem
Nachschub sich voneinander entfernen, dann steigt die Spannung . aaa, der Schweißstelle
an, und das Relais 6 schaltet mixt den beweglichen Kontakten, 7, 8 die feststehenden
Kontakte 14, 15, 16, 17. Die Gitter 2q., 25 werden dadurch umgepolt, so daß
der Stromdurchgang durch die Röhren 26 und 27 gesperrt wird. Die Wicklung 23 ist
jetzt nicht mehr kurzgeschlossen. Damit wird c:ie Drosse122 als Vorwiderstand mit
ihrer vollen Induktivität wirksam. Der Schweißtransformator 3, q. erhält jetzt weniger
Spannung und gibt weniger Energie an die Schweißstelle ab. Dadurch wird der Abbrand
der Werkstückenden verringert, so, daß das Nachschubwerk Zeit hat, die Werkstückenden
wieder näher miteinander in Berührung zu bringen.
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Wenn der Abbrand genügend weit fortgeschritten ist, wird in bekannter
Weise selbsttätig durch eine Weg meßlehre oder von Hand auf Stauchung umgeschaltet.
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Unter Umständen kann die Drossel 22 ohne Zuhilfenahme einer besonderen
Sekundärwicklung 23 durch entsprechend dimensionierte Röhren kurzgeschlossen werden.
An Stelle von Röhren kann auch :ein Schütz verwendet werden. Unter Umständen kann
man an Stelle des Spannungsrelais 6 Jonenrelais, Röhren o. dgl. verwenden, um eine
möglichst verzögerungsfreie Steuerung zu (erzielen. Auch kann der Spannungsabfall
an der Schweißstelle unmittelbar oder unter Zwischenschalten von Gleichrichtern
zur Gittersteuerung von Röhren für die Spannungsregelung des Schweißtransformators
verwendet werden. Bei Anwendung von Hochvakutunröhren läßt sich die Leistungszufuhr
zur sogar kontinuierlich in Abhängigkeit von den Verhältnissen an der Schweißstelle
steuern. Statt einer Steuereinrichtung kann man mehrere stufenweise arbeitende Steuereinrichtungen
verwenden, die schrittweise oder kontinuierlieh die Energiezufuhr. zur Schweißstelle
steuern.
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Durch derartige Steuerungen der Energiezufuhr zur Schweißstelle ist
es möglich, ohne Unterbrechung '.der Vorsehubbewegung in einem Zuge bis zur Stauchung
das Dauersprühen durchzuführen. Auch Unregelmäßigkeiten an den Werkstückstirnen,
die sonst ein vorübergehendes Umsteuern des Nachschubwerkes notwendig machten, können
durch die eingesteuerte erhöhte Energiezufuhr so rechtzeitig abgebrannt werden,
daß sich kein vorzeitiges Kleben ergibt. Die Werkstücke, die beim Dauersprühen fortgesetzt
in Berührung bleiben, sind gegen Zutritt von Sauerstoff und Stickstoff geschützt.
Dadurch wird eine einwandfreie Schweißung gewährleistet.
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Die Vo.rschubgeschwindigkeit, die Empfindlichkeit der Steuerorgane
und die Regelbereiche für die Energiezufuhr stimmt man am besten für jede Werkstückform
durch einige Vo.rversuche richtig aufeinander ab, damit eine gute Schweißung beim
Dauerbetrieb gewährleistet ist.