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Widerstandsschweißmaschine mit einem vom Elektrodendruck beeinflußten
und den Beginn und das Ende des Stromdurchflusses durch die Schweißstelle bestimmenden
druckabhängigen Organ Beim Widerstandsschweißen ist die den Werkstücken zugeführte
Wärmemenge von ausschlaggebender Bedeutung für die Güteeigenschaften der Schweißverbindung.
. Beim Widerstandspunktschweißen ist man z. B. für die Bemessung der einem einzigen
Schweißpunkt zugeführten Wärmemenge unter anderem so vorgegangen, daß in das Gestänge
zwischen Antrieb und beweglicher Elektrode eine Feder eingeschaltet wird, die nach
einem bestimmten Federweg den Schweißstrom einschaltet. Das Ausschalten erfolgt
alsdann durch ein Relais, das beim Erreichen eines Höchstwertes des Schweißstromes
anspricht.
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Es sind auch Widerstandsschweißmaschinen bekanntgeworden, bei denen
in Abhängigkeit von dem auf die Werkstücke ausgeübten Druck ein Abschalten des Schweißstromes
vorgenommen wird. -Es ist auch weiterhin bekannt, die zugeführte Wärmemenge mit
Hilfe gittergesteuerter Dampf- oder Gasentladestrecken zu steuern. Hierbei wird
der Schweißstrom in bestimmten Intervallen ein- und ausgeschaltet. Zur Taktgebung
des Schaltrhythmus werden dabei entweder rein elektrische Zeitmesser oder aber von
einem Synchronmotor angetriebene Schaltwalzen betätigt. Bei einer anderen bekannten
Punktschweißmaschine dient zur Bemessung der einem Schweißpunkt zugeführten elektrischen
Leistung ein druckabhängiges Organ in Gestalt einer Feder, die den Zeitpunkt
des
Ein- und Ausschaltens des Schweißstromes bestimmt. Alle diese Anordnungen ermöglichen
beim Zuführen der elektrischen Schweißleistung aber nicht die Rücksichtnahme auf
den Zustand der gerade jeweils zu verschweißenden Werkstücke.
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Bei einer anderen bekannten Schweißmaschine ist zu diesem Zwecke eine
mechanisch arbeitende Einrichtung vorgesehen, d ic; das Eindringen der beweglichen
Schweißelektrode in das Werkstück nach dem Teigib--verden der Schweißstelle mißt
und in Abhängigkeit von der Eindringtiefe der Elektrode den Schweißstrom abschaltet.
Zum Erzeugen des Elektrodendruckes wird dabei eine an sich bekannte, zwischen Elektrodenantrieb
und Elektrode geschaltete Feder benutzt.
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Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine elektrische Widerstandsschweißmaschine
zu schaffen, durch die es möglich -wird, den Werkstücken mit sehr großer Genauigkeit
eine ganz bestimmte, ihrer jeweiligen Beschaffenheit angepaßte Wärmemenge zuzuführen.
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.Nach der Erfindung erfolgt dies bei einer Widerstandsschweißmaschine
mit einem vom Elektrodendruck beeinflußten und den Beginn und das Ende des Stroindurchflusses
durch die Schweißstelle bestimmenden druckabhängigen Organ dadurch, daß das Organ
in Abhängigkeit vom Druck veränderliche elektrische Eigenschaften besitzt.
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Durch die Verwendung eines solchen druckabhängigen Organs ergibt sich
der Vorteil, daß die Bemessung der der Schweißstelle zugeführten Wärmemenge von
der Beschaffenheit der Werkstücke an der jeweils in Frage Kommenden Stelle abhängig
ist und daß demzufolge jedesmal unter gleichwertigen Bedingungen das Ein- und Ausschalten
des Schweißstromes von ein und demselben Steuerglied erfolgt. Durch die Verwendung
eines druckabhängigen Organs nach der Erfindung wird ferner ein fast trägheitsloses
und vor allem sehr feinfühliges Arbeiten der Maschine bezüglich des Ein- und Ausschaltens
des Schweißstromes erreicht. Dabei wird zum Steuern kein Element benutzt, daß im
Laufe der Zeit durch die Benutzung seine Ansprechgrenzen ändert. Somit ergeben sich
also bei Reihenschweißungen ganz unabhängig von der Beschaffenheit der jeweils zu
verschweißenden Werkstücke Schweißengen gleicher Festigkeitseigenschaften.
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hZach der weiteren Erfindung wird das Organ durch einen piezoelektrischen
Kristall, vorzugsweise Seignettesalz, gebildet. Das druckabhängige Organ kann aber
auch durch einen Kohledruckregler dargestellt sein. Gemäß der weiteren Erfindung
ist nun das Organ in einer Bohrung des unteren, ortsfest gelagerten Elektrodenhalters
angeordnet. In dieser Bohrung ist die eigentliche Elektrode axial verschiebbar und
kommt somit auf das druckabhängige Organ zur Einwirkung.
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Zur Vermeidung eines schlechten Stromüberganges von Elektrode zum
Elektrodenhalter ist vorteilhaft der Elektrodenhalter mit j... der Elektrode durch
bewegliche Schweiß-@-;stromleitungen miteinander verbunden.
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Nach einem anderen Gedanken der Erfin-@.dung kann das bezüglich seiner
elektrischen Eigenschaften druckabhängige Organ auch am Gehäuse der Schweißmaschine
befestigt sein und der axial bewegliche Elektrodenhalter des Oberarmes auf den Gelenkpunkt
eines Hebels wirken, der einerseits eine Druckelektrode für das Organ gemäß der
Erfindung, andererseits eine Schweißelektrode trägt. Dabei ist es besonders vorteilhaft,
wenn der be-
wegliche Elektrodenhalter des Oberarmes mittels einer Schneide
auf einen entsprechenden Ausschnitt des Hebels wirkt. Um große Druckunterschiede
zu erreichen, ist es auch vorteilhaft, diesen Hebel ungleicharmig auszubilden und
an dem längeren Hebelarm die Druckelektrode des Organs zu befestigen.
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Wird als druckabhängiges Organ erfindungsgemäß ein piezoelektrischer
Kristall verwendet, so wird dieser vorteilhaft mit einer Gleichspannungsquelle in
Reibe geschaltet und im Gitterstromkreis einer Elektronenröhre angeordnet, in deren
Anodenstromkreis die eine Spule eines den Schweißstrom steuernden Differentialrelais
und ein Widerstand liegen und der Widerstand eine negative Vorspannung am Gitter
einer weiteren Elektronenröhre erzeugt, in deren Anodenstromkreis die andere Spule
des Differentialrelais liegt. Das Differentialrelais schaltet alsdann den Schweißstrom
ein und aus.
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Die Steuerschaltung für den piezoelektrischen Kristall kann aber auch
so getroffen sein, daß mit diesem eine Gleichspannungsquelle in Reihe geschaltet
ist und beide im Gitterstromkreis einer Elektronenröhre liegen, in deren Anodenstromkreis
die Spule eines Relais und ein ebenfalls vom Elektrodendruck abhängiger Kohledruckregler
angeordnet sind. Von den Relais wird alsdann wieder das Ein-und Ausschalten des
Schweißstromes übernommen.
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Um die Widerstandsschweißmaschine nach der Erfindung verschiedenen
Elektrodendrükken anpassen zu können, ist vorteilhaft die Gleichspannungsquelle,
die mit dein piezoelek1ischen Kristall in Reihe geschaltet ist, zu einem Widerstand
parallel geschaltet, der als regelbarer Spannungsteiler wirkt. Weitere vorteilhafte
Einzelheiten der Erfindung sind im folgenden beschrieben.
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In der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand
beispielsweise
veranschaulicht, und zwar zeigen Fig. i ein Druck-Zeit-Schaubild der Elektrode der
Schweißmaschine, Fig 2 die Anordnung des piezoelektrischen Kristalls im unteren,
ortsfest gelagerten Elektrodenhalter, Fig.3 die Anordnung des Kristalls am Schweißmaschinengehäuse
unter Einwirkung der oberen beweglichen Elektrode.
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Fig, q. und 5 zeigen Steuerschaltungen unter Anwendung eines piezoelektrischen
Kristalls nach der Erfindung.
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In der Fig. i ist ein Druck-Zeit-Schaubild dargestellt, wie es sich
z. B. bei der Herstellung eines Schweißpunktes ergibt. Die bewegliche obere Elektrode
wird zur Zeit t = o auf die zu verschweißenden Werkstücke aufgesetzt, und- alsdann
wird - auf die Werkstücke ein Druck ausgeübt, der zunächst etwa geradlinig ansteigt
und dänn einige Zeit gleich bleibt. Beim Erreichen einen bestimmten Elektrodendruckes
wird nun nach der Erfindung zur Zeit t, der Schweißstrom eingeschaltet. Der Schweißstrom
fließt durch die Werkstücke, erwärmt diese und ändert durch die Erwärmung auch die
Festigkeit des Werkstoffes. Hierdurch entsteht etwa zur Zeit t2 eine, kurzzeitige
Elektrodendruckerniedrigung. Diese Erniedrigung wird zum Abschalten des Schweißstromes
ausgenutzt.
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# In der Fig. a ist z. B. das bezüglich seiner elektrischen Eigenschaften
druckabhängige Organ, der piezoelektrische Kristall i, im ortsfest gelagerten Elektrodenhalter
2 einer Punktschweißmaschineangeordnet. Die eigentliche Elektrode 3 ist in einer
Bohrung q., in der auch der Kristall i sitzt, axial verschiebbar. Zwischen Elektrode
3 und Halter 2 sind bewegliche Schweißstromzuleitungen 5 vorgesehen. Die miteinander
zu verschweißenden Werkstücke sind mit 6 und 7 bezeichnet. Die bewegliche Elektrode
8 wirkt über die Werkstücke 6 und 7 und über die Elektrode 3 auf den Kristall i.
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Fg.3 zeigt eine andere Anordnung des Kristalls. Der piezoelektrische
Kristall i ist an dem nur schematisch dargestellten Gehäuse 9 der Schweißmaschine
befestigt. Die untere ortsfeste Elektrode 3 ist als normale Unterarmelektrode ausgebildet.
Dagegen wirkt der obere auf-. und abwärts bewegliche Elektrodenhalter io mittels
einer Schneide ii auf einen entsprechenden Ausschnitt eines Hebels 1a, der einerseits
die Schweißelektrode 13, andererseits die Druckelektrode 14 trägt. Die Elektrode
13 wirkt auf die. Werkstücke 6 und 7, während die Elektrode 1q: auf den Kristall
i zur Einwirkung kommt. Zur Zeit t2, d. h. also in dem Augenblick, in dein durch
Stromerwärmung die Festigkeit der Werkstücke erheblich nachläßt, tritt ein Verschwenken
des Hebels ia und damit eine Druckentlastung des Kristalls i ein. Um die auf den
Kristall zur Einwirkung kommenden Drücke zum genauen Ein- und Ausschalten des Schweißstromes
besonders unterschiedlich zu machen, ist es vorteilhaft, den Hebel 12 ungleicharmig
auszuführen und an dem längeren Hebelarm die Druckelektrode 1q. zu befestigen.
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Der piezoelektrische Kristall i wird erfindungsgemäß in der in Fig.
q. angegebdnen Weise zum Steuern herangezogen. Der Kristall i liegt mit einem als
Spannungsteiler wirkenden Widerstand 15 in Reihe im Gitterstromkreis einer
Elektronenröhre 16. Parallel zu dem Widerstand 15 ist eine Gleichspannungsquelle
17 geschaltet. In dem Anodenstromkreis liegt die Spule 18 eines Differentialrelais,
das den Schweißstromkreis ig beeinflußt, und ein Widerstand z o, der im Gitterstromkreis
einer Elektronenröhre z i eine negative Vorspannung erzeugt. Im Anodenstromkreis
der Röhre 2i liegt die andere Spule a2 des Differentialrelais.
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Die Wirkungsweise dieser Schaltanordnung ist folgende: Wird auf den
piezoelektrischen Kristall i zur Zeit t, ein Druck p1 ausgeübt, so entsteht dadurch
eine elektrische Spannung, die die Sperrwirkung der Batterie 17 am Gitter der Röhre
16 .aufhebt. Die Röhre 16 erhält Stromdurchgang, wodurch die Spule 18 des Differentialrelais
erregt und der Schweißstromkreis ig geschlossen wird. Durch den Stromdurchgang durch
die Röhre 16 entsteht am Widerstand 2o ein Spannungsabfall, der an der Röhre a.
eine negative Gittervorspannung erzeugt und somit diese Röhre-für den Stromdurchgang
sperrt. Bei dem Einschalten des Schweißstromes ig beginnt zur Zeit t,. die Erwärmung
der Werkstücke 6 und 7. Nach Ablauf von s Zeiteinheiten wird zur Zeit t2 infolge
der Erwärmung die Festigkeit der Werkstücke 6 und 7 derart gering, daß eine kurzzeitige
Druckentlastung des Kristalls i eintritt. Der auf den piezoelektrischen Kristall
ausgeübte Druck sinkt auf p2 herab. Demzufolge ist auch die vom Kristall i erzeugte
Spannung geringer als zuvor, so daß sie nicht mehr die Sperrwirkung der Batterie
17 aufheben kann. Der Stromdurchgang durch die Röhre 16 wird gesperrt, der Spannungsabfall
am Widerstand 2o ist dadurch nicht mehr vorhanden und somit die negative Gittervorspannung
der Röhre 2i aufgehoben. Nunmehr erhält also die Röhre 2i Stromdurchgang und erregt
die Spule 22 des Differentialrelais, wodurch der Schweißstromkreis ig geöffnet wird.
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Die in Fig. 5 dargestellte Schaltweise zeigt gegenüber der Schaltweise
der Fig. 4 eine
Vereinfachung. Der Kristall i liegt wieder über
einer Batterie 17 und einem als Spannungsteiler geschalteten Widerstand 15 am Gitter
einer Elektronenröhre 16. In dem j Anodenstromkreis der Röhre 16 liegt ein vom f
Elektrodendruck der Maschine beeinflußter Kohledruckregler 23 und die Spule 2.1
eines Relais, das den Schweißstromkreis ig ein- und ausschaltet. Die Wirkungsweise
dieser Schaltanordnung ist folgende: Bei dem Druck pi, der auf den Kristall i i
ausgeübt wird, vermag die entstehende elektrische Spannung die der Batterie 17 zu
kompensieren. Es findet ein starker Stromfluß durch die Röhre 16 statt. Dieser wird
durch das Sinken des Widerstandes des durch den j Drück beeinflußten Reglers 23
noch verstärkt. Das Relais 24 spricht an und schließt den Schweißstromkreis 1o.
Sinkt nun zur Zeit t= der Elektrodendruck kurzzeitig auf den Wert p2, so fällt natürlich
auch die durch den Druck erzeugte Spannung des piezoelektrischen Kristalls i. Diese
Spannung vermag nun nicht mehr die negative Vorspannung der Batterie 17 am Gitter
voll aufzuheben. .' Der Stromfluß durch Röhre 16 wird also geringer. Durch das Vorhandensein
eines ebenfalls vom Elektrodendruck beeinflußten Kohledruckreglers 23 steigt aber
beim Sinken des Druckes von p1 auf p.,> der Widerstand, so daß zusätzlich eine Drosselung
des Anodenstromes der Röhre 16 eintritt. Das Relais 2.1 fällt ab und öffnet den
Schweißstromkreis ig.