-
Anordnung zur Begrenzung des Schweißstromes Die Erfindung bezieht
sich auf ein Verfahren und eine Anordnung zur Begrenzung des Schweißstronies bei
elektrischen Widerstandsschweißungeti. I)ie Erfind titig hat !besondere Bedeutung
für Scliweißungen feiner Teile, wie sie z. B. beirrt Systemaufbau von Entladungsröhren
notwendig sind. Bei solchen Schweiß,ungen kommt es darauf <tn, die Schweißzeit
so kurz wie nur irgend möglich zu halten, da die Wärmekapazität der kleinen mechanischen
Teile außerordentlich gering ist.
-
Uni solche wünschenswert kurzen Schweißzeiten zu erhalten, sind schon
Schweißtransformatoren in Verbindung mit Gasentladungsröhren verwendet worden. Bei
einer solchen Anordnung liegt im Priniärkreis des Schweißtransformators ein gitter-W
(i esteuerter, ras" C fülltet# Gleichrichter. Mit Hilfe einer 1'haseiisteuertiiig
wird über das Gitter dieser Röhre der Zündwinkel bestimmt: Mankann mit einer solchen
Anordnung die Schweißzeit innerhalb einer einzigen Halbwelle der zur `Verfügung
stehenden Wechselspannung regeln. Nachteilig ist 'hierbei aber der verhältnismäßig
große Aufwand, die starke Störanfälligkeit bei Schwanken der Netzspannung oder der
Netzfrequenz, sowie die begrenzteLeistung und Lebensdauer der gittergesteuerten
Röhre.
-
Zur Schweißbegrenzung ist weiterhin auch schon ein Schaltschütz verwendet
worden, welches im Primärkreis des Schweißtransformators angeordnet wurde. Das Schutz
wird dabei nach Auslösen des Schweißimpulses mit Hilfe eines Widerstandskondensatorgliedes
über eine gittergesteuerte Gasentiädungsröhre und ein Vakuumrelais gesteuert. Die
dabei erreichten kürzesten Schweißzeiten liegen bei etwa vier Perioden. Auch hier
sind' die Nachteile
in erster Linie durch den verhältnismäßig großen
apparativen Aufwand gegeben. Weiterhin ist die Lebensdauer des Gerätes durch den
Abbrand der Schutzkontakte und durch die Haltbarkeit der rittergesteuerten Gasentladungsröhre
begrenzt.
-
Die Erfindung vermeidet diese Dachteile und geht einen neuen Weg zur
Begrenzung des Schweißstromes. Die Erfindung besteht darin, daß nichtlineare, temperaturabhängige
`'Widerstände verwendet werden, die derart beschaffen sind, daß der Schweißstrom
nach kurzer Zeit auf einen zur Schweißung nicht mehr ausreichenden Wert zurückgeht,
und zwar sind die Widerstände derart beschaffen, daß ihre Wärmeabgabe behindert
ist, so daßdiealsWärme frei werdende elektrische Energie allein zur Erwärmung, d.
h. zur Erhöhung des elektrischen Widerstandes, dient, wobei natürlich auch viiie
geringe Wärmekapazität des Leiters wichtig ist. Widerstände mit positiven oder negativenTemlieraturkoeffizienten
werden zweckmäßig jeweils im Längszweig bzw. im Querzweig des Stromflusses angeordnet.
-
Als besonders zweckmäßig haben sich zur Widerstandsänderung Glühlampen
erwiesen. So beträgt die Widerstandsänderung einer handelsüblichen Glühlampe mit
Wolframfaden bei einem Temperaturanstieg von Zimmertemperatur auf Betriebstemperatur
etwa das i5fache des Ausgangswertes. Legt man eine solche Glühlampe in den Längszweig
des Stromflusses, was nicht unbedingt der Schweißstrom selbst zu sein braucht, sondern
in diesem Fall günstiger der Primärkreis eines Schweißtransformators ist, so sinkt
beim Aufglühen der Lampe der Schweißstrom auf den entsprechenden Bruchteil des Anfangwertes
ab.
-
An Hand der Zeichnung soll die Erfindung näher erläutert werden: In
Fig. i ist die Wirkungsweise einer bekanntenAnordnung schematisch dargestellt. Il
ier handelt es sich um einen Schweißstromregler mit im Primärkreis des Schweißtransformators
liegenden gittergesteuerten, gasgefüllten Gleichrichter. Eine besondere Phasensteuerung
bestimmt dabei über das Steuergitter der Gleichrichterröhre den Zündwinkel, und
die Schweißzeit dauert dann jeweils bis zum Ende der positiven Halbwelle. In dem
dargestellten Fall beträgt die Schweißzeitetwas weniger als eine halbe Periode.
-
In Fig. 2 ist ein einfaches Ausführungsbeispiel der Erfindung schematisch
dargestellt. Die Netzspannung von 220 Volt Wechselstrom liegt an den Klemmen i und
2 der Anordnung und wird der Primärseite 3 des Schweißtransformators über den Schalter
4 und die Glühlampengruppe 5, 6, j zugeführt. Der eigentliche Schweißstrom wird
der SekuniIärwicklung 8 des Schweißtransformators entnommen. Bei der Anordnung nach
der Erfindung kann der Spannungsanstieg an den Glühlampen zur Betätigung eines Schaltschützes
benutzt werden. hs hat sich herausgestellt, daß dabei bereits nach wenigen Perioden
der Primärstrom durch den Anstieg des Glühlampeliwiderstandes auf einen Wert herabsinkt,
der zur Aufrechterhaltung der Schweißtenilyeratur nicht mehr ausreicht und der sich
durch einfache Schaltmittel abschalten läßt. Es ist dies ein weiterer Vorteil der
Erfindung. daß nach beendeter Schweißung der Schweißstrom sehr gering ist und weit
schwächer dimensionierte Schalter erfordert, als bei der Schweißung sonst üblich
ist. Dementsprechend kann die Ausschaltung mit einem verhältnismäßig klein dimensionierten
Quecksilberschalter vorgenommen werden.
-
Mit dieser einfachen Anordnung läßt sich eine Schweißzeit von 2 bis
3 Perioden erreichen. Der hierbei auftretende Stromverlauf ist in Fig. 3 veranschaulicht.
Die Amplitude sinkt dabei aber erheblich ab, so daß fast nur die erste Halbwelle
wirksam ist und .die Stromstärke dann zur Schweißung nicht mehr ausreicht.
-
Der Stromverlauf beim Schweißen hängt bei dem üblichen Schweißverfahren
in erster Linie von den Eigenschaften der zu verschweißenden Materialien ab. Der
Widerstand der Sch-%veißstelle ist dabei anfänglich groß und sinkt nach T3eginn
der Schweißung sehr rasch ab. Dies hat ein Anwachsen des Schweißstromes zur Folge.
Wird die Schweißzeit für eine vorgegebene Schweißaufgabe zu reichlich gewählt, so
fließt trotz der bereits vollendeten Schweißung weiterhin ein sehr großer Strom
durch die Schweißstelle. Dies kann dann zum Verdampfen und Ver-' spritzen des Materials
führen und ergibt ,die bekannte Erscheinung des Lochbrennens hei falsch eingestelltem
Schweißregler.
-
Diese Nachteile entstehen bei der Anordnung nach der Erfindung nicht.
Befindet sich eine Glühlampe im Primärkreis, so bestimmt die Widerstandsänderung
der Glühlampe im wesentlichen den Stromverlauf im Schweißtransformator. Es ist daher
in weiten Grenzen gleichgültig, welche Schweißaufgabe gelöst werden soll, da stets
die Spannung und damit der Strom an der Schweißstelle durch das Anwachsen des Glühlanil>enwiderstandes
so weit absinkt, daß die Temperatur der Schweißstelle zurückgeht.
-
Nach weiterer Erfindung läßt sich die Schweißzeit noch verkürzen,
wenn man die Widerstände und ihre Strom- und Spannungsverhältnisse derart dimensioniert,
daß bei kurzzeitiger Überlastung die Stromregelung in erhöhtem Maße wirksam ist.
Für die Schweißung sehr feiner Teile, wie sie in der Entladungsröhrenfertigung vorkommen,
insbesondere in der Nähe von Einschmelzstellen bei Glasdurchführungen, ist es wünschenswert,
die Schweißzeit außerordentlich kurz. zu bemessen. Das Absinken des Schweißstromes
läßt sich durch etitsprechend rasche Widerstandswertänderung der temperaturabhängigen
Widerstände beschleunigen. so . können z. 13. Widerstände, insbesondere Glühlanilien,
die für eine normale Betrielisspannting von 2,20 Volt bestimmt sind, kurzzeitig
mit einer Merspannung von 390 Voll betrieben werden. Dies ergibt einen sehr
raschem Spannungsanstieg an den Glühlampen. Es ist hierbei zweckmäßig, zusätzliche
Schaltmittel zur weiteren Zeitverkürzung vorzusehen. uni eine stIi:idigencit- l'berlastungswirkung
auf die Widerstände, insbesondere Glühbirnen, zu vermeiden.
Ein
Ausführungsbeispiel für eine solche Anordnung ist in Fig.4 schematisch dargestellt.
Hier liegt an den Eingangsklemmen 9 und io eine Spannung von 380 Volt Wechselstrom.
In Reihe mit der Primärwicklung i i des Schweißübertragers ist eine Gruppe von Glühlampen
12, 13, 14, angeordnet, die für eine normale Betriebsspannung von 220 Volt ausgelegt
sind. Das Schalten des Primärstroms erfolgt hier übereinenbesonderen Quecksilberschalter.
Dieser Schalter gibt nur kurzzeitig während des Durchlaufens eines Quecksilbertropfens
von rechts nach links einmalig Kontakt.
-
Der Schalter besteht aus einer in sich geschlossenen Ringbahn, in
der sich eine bestimmte Menge Quecksilber transportieren läßt. Das vorzugsweise
aus Glas bestehende Gefäß ist an seinem oberen Ende luftdicht abgeschmolzen. Der
Schaltvorgang erfolgt dadurch, daß das Gefäß eine Kippbewegung erfährt, die im umgekehrten
Sinn der Uhrzeigerdrehung verläuft und etwa 2o bis 40 Winkelgrade beträgt. Nach
erfolgter Schaltbewegung wird das Gefäß wieder in die dargestellte horizontale Lage
zurückgeführt. De'r Schalter gibt nur kurzzeitig bei der erstgenannten Kippbewegung
während des Durchlaufens eines Quecksilbertropfens von rechts nach links im oberen
Teil des Gefäßes einmalig Kontakt; das Quecksilber kann immer nur in einer Richtung,
und zwar entgegengesetzt dem Uhrzeiger= sinn, zirkulieren, denn eine Stahlkugel
16, die auf (lern schwereren Quecksilber schwimmt und sich in eine entsprechend
geformte Verengung des Gefäßes anlegt, verhindertem Zurückfließen des Quecksilbers
beim Zurückschwenken des Schalters in die Ausgangsstellung. Im oberen Teil des Gefäßes
sind drei napfartige Vertiefungen vorgesehen, in denen sich jeweils eine Quecksilberkugel
sammelt. Der mittlere und der linke Napf enthalten Stromzuführungskontäkte, die
im Normalstadium keine leitende Verbindung miteinander haben. Erst dann, wenn ein
Quecksilbertropfen über diese Näpfe hinwegwischt, wird kurzzeitig eine Kontaktgabe
verursacht. Durch entsprechende Formgebung des Gefäßes, insbesondere durch die rechts
von dem rechten Napf befindliche Nase, wird erreicht, daß bei der Schaltbewegung
keine große Quecksilbermenge, sondern jedesmal nur ein Quecksilbertropfen sich im
oberen Teil des Gefäßes von rechts nach links bewegt. Die Menge des eingefüllten
Quecksilbers ist dementsprechend auch so bemessen, daß, wie dies Fig.4 zeigt, nicht
mehr Quecksilber im Gefäß vorhanden ist, als zur zusätzlichen Bildung eines Quecksilbertropfens
notwendig ist.
-
Der strommäßige Schweißverlauf bei einer solchen Schweißung ist in
Fig.5 veranschaulicht. Hierbei liegen die Schweißzeiten etwa in der Größe Nun I/""
Sek. Die Phasenlage im Augenblick der Schweißung ist ohne wesentliche Bedeutung.
Dieser Vorteil wird gleichfalls durch -den Glühlampenwiderstand erreicht, der selbsttätig,den
Verlauf des Schweißstromes regelt. Wenn also im Gegensatz zu dem in Fig. 5 dargestellten
Fall die Schweißung bei einer anderen Phasenlage beginnt, so wird stets bei einer
bestimmten Glühlampendimensionierung das Stromintegral das gleiche sein.
-
Die Erfindung läßt sich nicht nur bei Punktschweißungen, sondern auch
für andere Schweißaufgaben, z. B. auch Nahtschweißungen, verwenden. Hier kann an
Stelle des Quecksilberschalters eini Vakuumschalter verwendet werden, der elektrisch
oder mechanisch rhythmisch betätigt wird. Zur Verringerung von an dem Transformator
evtl. auftretenden Überspannungen können geeignete Mittel, wie z. B. eine Glimmlampe
17 in Reihe mit einem Widerstand 18, vorgesehen sein.