DE881979C - Elektrische Nahtmaschine - Google Patents

Description

(WiGBl. S. 175)

AUSGEGEBEN AM 6. JULI 1953

p 36767 VIIId/2ihD

Elektrische Nahtmaschine

Die Erfindung bezieht sich auf Maschinen zum Verbinden von Schichten dielektrischen Materials durch die Verwendung von Hochfrequenzfeldern. Insbesondere bezieht sie sich auf Kontrollmittel für Maschinen zum Verbinden oder für Nahtmaschinen (Schweißmaschinen) dieser Gattung.

Bisher kann in Maschinen zum Verbinden, welche hin und her bewegbare Elektroden verwenden, der Spannungsgradient in dem gebildeten Luftspalt, wenn die Elektrode aus dem Werkstück angehoben wird, um seinen Vorschub zu gestatten, mehrere Male größer als in dem Material des Werkstückes selbst sein. Daraus kann sich ein elektrischer Zusammenbruch der Luft ergeben, wodurch ein Lichtbogen, ein Brennen und mitunter sogar ein Durchlöchern des Arbeitsmaterials hervorgerufen wird. Diese Bedingung scheint sich aus der Tatsache zu ergeben, daß die Arbeitsmaterialien!, welche üblicherweise unverändert verwendet werden, eine Dielektrizitätskonstante haben, die beträchtlich größer als die der Luft ist, in einigen Fällen mehrere Male so groß.

Eine Schwierigkeit hat sich weiterhin daraus ergeben, eine gleichförmige Verbindung aufrechtzuerhalten, wenn beträchtliche Veränderungen in der Dicke des zu verbindenden Materials auftreten, welche sich als eine Folge der Veränderung der Erfordernisse, in der Hochfrequenzenergie durch die Dickenänderung ergeben. Es sind früher Versuche gemacht worden, um diese Schwierigkeit zu

korrigieren, indem das Ausmaß des Vorschubes und die Frequenz oder die Größe des hochfrequenten Feldes selbst verändert wird.

Ein Zweck der vorliegenden¹ Erfindung besteht daher darin, eine Maschine zum Verbinden zu schaffen, bei welcher ihr Schwingungserzeuger ein- und abgeschaltet wird, so daß das Hochfrequenzfeld nur wirksam ist, wenn die Elektrode sich in dem Material des Werkstückes- befindet, d. h. wenn ίο zwischen den Elektroden und dem Werkstück keine Luftspalten vorhanden sind.

Ein weiterer Zweck der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Kontrollsystem oder Steuersystem für den einer Maschine zum Verbinden zugeordneten Schwingungserzeuger zu schaffen, wodurch der Schwingungserzeuger in zeitlicher Beziehung zu den Hinundherbewegungen der Elektrode ein- und abgeschaltet wird.

Ein weiterer Zweck besteht darin, eine Steue-. 20 rung für den Schwingungserzeuger einer Maschine zum Verbinden zu schaffen, wodurch die Zeit, während welcher der Schwingungserzeuger je Bindungskreislauf eingeschaltet ist, von der Dicke des zu verbindenden Materials abhängt. Ein weiterer Zweck der Erfindung besteht darin, in- Verbindung mit dieser Steuerung des Schwingungserzeugers Mittel zum Begrenzen des Eindringens der Elektrode in das Werkstück gemäß der Dicke des zu verbindenden Materials zu schaffen.

Diese Zwecke werden durch die Verwendung einer Dickenfühleinrichtung, vorzugsweise in der Form eines Rollendrückers, erreicht, welcher fortlaufend die Dicke des mit ihm in Berührung stehenden Materials bestimmt. In Übereinstimmung mit der auf diese Weise abgefühlten Dicke stellt der Drücker einen mechanischen Anschlag für die Elektrode ein, um ihr richtiges Eindringen in das Werkstück zu verwirklichen, und gleichzeitig stellt dieser Drücker einen Schalter in bezug auf seinen Arbeitskreislauf ein, der durch einen Armwellenexzenter bestimmt wird,. so daß dieser Schalter an den richtigen Stellen im Arbeitskreislauf geöffnet und geschlossen wird, um die richtige Verbindungszeit festzulegen.

In der Zeichnung ist eine Ausführungsform der Erfindung zur Darstellung gebracht.

Fig. ι ist ein Längsschnitt durch eine Maschine zum Verbinden, an welcher die Erfindung verkörpert ist;

Fig. 2 ist eine vordere Endansicht, teilweise im Schnitt, der Maschine der Fig. 1 mit abgenommener Deckplatte;

Fig. 3 ist ein waagerechter Schnitt des Lagerarmkopfes nach Linie 3-3 der Fig. 2;

Fig. 4 ist eine Einzelschnittansicht, teilweise in Ansicht, nach Linie 4-4 der Fig. 1;

Fig. 5 ist ein Schnitt des Lagerarmes, teilweise in Ansicht, nach Linie 5-5 der Fig. 2; Fig. 6 ist ein Schaltschema, welches die elektrischen Verbindungen zwischen einem Verriegelungsschalter und einem Schwingungserzeuger wiedergibt;

Fig. 7 ist eine schematische Darstellung der Vorgänge, die in einem Arbeitskreislaiuf einer vollständigen Hinundherbewegung der Elektrode stattfinden; zwei Arbeitskreisläufe sind dargestellt, einer für dünnes und der andere für dickes Material; Fig. 8 ist eine schematische Darstellung der Veränderung der Verbindungszeit in Übereinstimmung mit Veränderungen in der Materialdkke.

Unter Bezugnahme auf Fig. 1 bedeutet 1 einen überhängenden Maschinenarm einer Maschine zum Verbinden von allgemeiner Art. Ein Bett 2 trägt den überhängenden Arm 1, welcher in einen hohlen Kopf 3 endigt. InLagern 4 und 5 in dem Maschinenarm ist eine Hauptwelle 6 gelagert, welche ein kombiniertes Riemen- und Handrad 7 aufweist, das an ihrem äußeren Ende befestigt ist. Das Riemenrad 7 kann durch beliebige zweckentsprechende Mittel mit einer Energiequelle verbunden werden, um die Welle 6 in Umlauf zu setzen. Unterhalb des Bettes 2 ist in Lagern 8, 9, 10 und 11 eine zweite Welle 12 gelagert, die parallel zur Hauptwelle 6 angeordnet ist, und auf der Welle 12 ist zwischen den Lagern 8 und 9 ein Vorschubrad 13 befestigt, dessen Umfang sich durch einen Schlitz in der Platte 14 hindurch erstreckt, die von dem Bett 2 getragen, wird.

Die verdrehbare Welle 6 erteilt der Welle 12 intermittierende schrittweise Umlaufbewegungen mittels einer Einrichtung·, welche einen Exzenter 15 umfaßt, der auf der Hauptwelle 6 befestigt ist, einen den Exzenter umgebenden Block 16 und eine Verbindungsstange 17, deren oberes gegabeltes Ende 18 an den Seiten des Blockes 16 angreift und deren unteres Ende bei 19 verschwenkbar mit einem sich seitlich erstreckenden Arm 20 einer Einwegkupplung 21 verbunden ist, welche zwischen den Lagern 10 und 11 auf der Welle 12 befestigt ist.

Mit der Verbindungsstange 17 ist nahe ihrem oberen Ende verschwenkbar bei 22 das eine Ende eines Verankerungslenkers 23 verbunden, welcher einstellbar getragen wird, so daß die Größe der Winkelbewegung, welche der Welle 12 und dem Vorschubrad 13 bei jedem Umlauf der Hauptwelle 6 erteilt wird, verändert werden kann.

Auf dem verkleinerten Endteil 24 der Welle 6 ist vermittels Stellschrauben 25 eine Nabe 26 befestigt, die einen Exzenterzapfen 27 trägt, auf welchem eine Rolle 28 angeordnet und auf ihr vermittels einer Klemmschraube 29 festgehalten wird. An dem Maschinenarmkopf 3 ist vermittels Schrauben 30 ein Verlängerungsgehäuse 31 befestigt, welches innerhalb des Armes für den nunzu beschreibenden Mechanismus zusätzlichen Raum schafft. Weiterhin sind in dem Kopf 3 Buchsen 32 und 33 befestigt, innerhalb welcher eine Elektrodenstange 34 zur senkrechten Hinundherbewegung gelagert ist. Eine Elektrode oder ein Fuß 35 zum Verbinden ist an dem unteren Ende der Elektrodenstange 34 vermittels einer Klemmschraube 36 befestigt. Ein Kreuzkopf 3.7, der auf dem oberen Ende der Elektrodenstange 34 vermittels Schrauben 38 festgeklemmt ist, ist mit einem zylindrischen Nabenteil 39 und einem herabhängenden Fingerteil 40 versehen.

Eine Zapfenschraube 41 ist an dem Gehäuse 31 befestigt und bildet eine Achse, um welche ein Bügel 42 umlaufen kann. Wie in Fig. 4 dargestellt, umfaßt der Bügel 42 die zylindrische Nabe 39 und reitet nach aufwärts und abwärts, wobei er durch die Rolle 28 angedrückt wird, und wandelt die Drehbewegung von dem Exzenterzapfen 27 in eine senkrechte lineare Bewegung der Elektrodenstange 34 um. Wie in Fig. 3 dargestellt ist, greift ein Führungsstück 43, das an der Elektrodenstange 34 befestigt ist, in eine Führung 44 ein, welche in dem Kopf 3 befestigt ist, und verhindert ein Drehen dieser Elektrodenstange um ihre Längsachse. Eine Feder 45 umgibt die Elektrodenstange 34; sie wird zwischen dem Führungsstück 43 und der Buchse 32 zusammengedrückt gehalten und schaftt daher eine nach abwärts gerichtete Kraft für die Elektrodei> stange.

Eine Drückerstange 46, welche durch eine Blattfeder 59 nach abwärts gedrückt wird, ist in einer Buchse 47 gelagert, die in dem Kopf 3 befestigt ist, und trägt an ihrem oberen Ende einen versetzten Xockenfinger 48, der an ihr vermittels Schrauben 49 befestigt ist. Auf diesem Nockenfinger ist zwecks senkrechter Einstellung auf ihm und vermittels Schrauben 50 eine rohrförmige Schaltanordnung befestigt, welche ein äußeres rohrförmiges Gehäuse 51, einen inneren Buchsenteil 52, der eine Kappe 53 trägt, und einen Kolben 54 umfaßt, an dessen Unterende einstellbar ein Kontakt 55 befestigt ist. Der Kolben 54 trägt weiterhin an seinem oberen Ende eine Schraube 56, deren Kopf so angeordnet ist, daß er innerhalb der Innenbuchse 52 gleitet. Eine Feder 57, welche innerhalb des Gehäuses 51 angeordnet ist, übt eine Druckkraft aus und drückt die Buchse 52 nach aufwärts, so daß die Kappe 53 mit dem Fingerteil 40 des Kreuzkopfes 37 im Eingriff gehalten bleibt. Eine zweite Feder 58, welche innerhalb der inneren Buchse 52 angeordnet ist, übt eine Druckkraft aus und drückt die Schraube 56 nach abwärts gegen eine auf der Buchse 52 ausgebildete Schulter 60. Das Schaltergehäuse 51 ist mit einem herabhängenden Teil 61 versehen, an welchem ein Isolierstück 62 befestigt ist, das eine geschlitzte Platte 63 trägt, in welche mit Gewinde ein unterer Kontakt 64 eingesetzt ist, der in zusammenarbeitender Beziehung zu dem oberen Kontakt 55 angeordnet ist. Eine Verriegelungsschraube 65 wird- verwendet, um die Einstellung des Kontakts 64 festzulegen, welcher dadurch hergestellt wird, daß er in die isolierte geschlitzte Platte 63 hinein und aus ihr herausgeschraubt wird. Biegsame Leistungen 66 und 67 verbinden die Kontakte 55 und 64 mit Anschlüssen 68 und 69 eines isolierten Anschlußblockes 70, der an dem Gehäuse 31 befestigt ist.

Wie am besten aus Fig. 5 ersichtlich ist, ist ein Anschlagarm 71 um eine Zapfen schraube J2 verschwenkbar, die in einem Schlitz 73 in der Gehäuseverlängerung 31 angeordnet und in ihr vermittels einer Handmutter 74 befestigt ist. Das freie Ende dieses Armes 71 ruht auf dem oberen Ende des Nockenfingers 48 und wird vermittels einer Feder 75, welche einen Zapfen y6 umgibt, der auf dem Kreuzkopf 37 befestigt ist, mit ihm in Berührung gehalten. Die Abwärtsbewegung der Elektrodenstange wird angehalten, wenn das Ende des Zapfens 76 an dem Arm 71 angreift, und die Elektrodenstange verbleibt in dieser Stellung, bis der Exzenterzapfen 37 auf den Kreuzkopf eine Hubkraft ausübt.

Es ist ersichtlich, daß die senkrechte Verschiebung des Armes 71 an dem Anschlagzapfen einen bestimmten Bruchteil oder Prozentanteil der tatsächlichen senkrechten Verschiebung der Drückerstange zufolge der Dickenänderungen ausmacht. Die tatsächliche prozentuale Verschiebung wird durch Auswahl des richtigen Schwenkpunktes für den Arm gesteuert, indem die Zapfenschraube J2 in dem Schlitz 73 bewegt wird.

Mit der hin und her gehenden Elektrode 35 arbeitet eine untere feststehende Elektrode 77 zusammen, die in einem Block 78 aus Hoch.frequenzisoliermaterial befestigt ist. Der Block 78 ist an einem überbrückenden Streifen 79 befestigt, weleher an dem Betteil 2 der Maschine vermittels Schrauben 80 befestigt ist. Die Drückerstange 46 trägt an ihrem unteren Ende einen Rollendrücker 81, welcher mit dem Vorscbubrad 13 zusammenarbeitet, das vermittels der Welle 12 angetrieben wird, um fortlaufend Material zwischen ihnen vorzuschieben.

Unter Bezugnahme auf die schematische Darstellung der Fig. 6 umfaßt eine bevorzugte Ausführungsform des Schwingungserzeugers zwei Trioden 82 und 83, die in einem üblichen abgestimmten Gegentaktanodenkreis und abgestimmten Gitterkreis angeschlossen sind. Eine Anodenspeisespule 84 wird durch einen Kondensator 85 abgestimmt, und eine Gitterspeisespule 86 wird durch einen Kondensator 87 abgestimmt. Mit der Anodenspule 84 ist eine Aufnahmespule 88 gekuppelt, welche mit einer gleichachsigen Leitung verbunden ist, die einen inneren Leiter 89 und einen äußeren Schirm 90 aufweist, dessen gleichachsige Leitung die Hochfrequenzenergie den Elektroden überträgt, um das Feld in dem Material aufzur bauen. An den Anschluß 91 wird eine positive Anodenspannung gelegt, welche mit dem Mittelpunkt der Anodenspule durch die Hochfrequenzdrossel 92 verbunden ist. Der Mittelpunkt der Gitterspule ist durch eine Drossel 93 und einen Widerstand 94 mit der Erde 95 verbunden, welche ebenfalls mit dem negativen Anschluß 96 der Anodenspeisespannung verbunden ist. Ein Nebenschlußkondensator 97 ist von dem Mittelpunkt der Gitterspule an Erde angeschlossen. Der Mittelpunkt einer Heizfadentransforrnatorsekundärseite 98 ist durch Leiter 99 und 100 und einen Schalter 101 an Erde gelegt. Es ist ersichtlich, daß durch Öffnen des Schalters 101 die Kathoden von Erde abgeschaltet werden, wodurch die Kathoden-Anoden-Spannung abgeleitet wird und die Schwingungen aufhören. .

Während eine Kathodenverriegelung des Schwingungserzeugers hier wiedergegeben ist und' diese

das bevorzugte Verfahren darstellt, ist es selbstverständlich, daß auch andere beliebige, allgemeinbekannte Methoden, z. B. im Anodenstromkreis, Energiezufuhr oder blockierte Gitterverriegelung verwendet werden können und eindeutig innerhalb des Rahmens der vorliegenden Erfindung liegen. Da die Schalter nur Gleichströme von geringem Wert zu führen brauchen, ist das Kontaktproblem kein schwieriges. Die Leitungen 99 und 100 werden in einem abgeschirmten Kabel 104 getragen, welches geerdet ist, um die Möglichkeit der Ausstrahlung irgendwelcher Hochfrequenzströme, die in diesen Leitungen fließen könnten, auf ein Geringstmaß' zu reduzieren. Der als Element 101 in Fig. 6 schematisch dargestellte Schalter umfaßt die Kontakte 55 und 64 der Fig. 1 und 2.

Die gleichachsige Leitung endet in einem Endlastabstimmkreis, welcher einen veränderlichen Kondensator 102 umfaßt, der mit einer Indulctanzspule 103 in Serie geschaltet ist, welche im Nebenschluß zu den Anoden. 35 und 77 liegt, wie dargestellt ist.

In Fig. 7 'sind die Zeit-Arbeitskreis-Diagramme für die Maschine wiedergegeben. Die mit Buchstäben versehenen Punkte rings um die Umfange zeigen aufeinanderfolgende Umlaufstellungen des Exzenterzapfens 27 an und zeigen weiterhin Zeitintervalle proportional zu dem Winkel bei einer beliebigen konstanten Wellengeschwindigkeit.

Punkt A stellt die Bedingung dar, bei welcher die Elektrode 35 sich in ihrer maximal angehobenen Stellung befindet, bei der das Werkstück durch die Maschine hindurch vorgeschoben wird. Die Zeit verläuft im Uhrzeigersinn, und die Elektrode 35 bewegt sich nach abwärts. Am Punkt B hört der Vorschub des Materials auf, jedoch fährt die Elektrode fort, sich abwärts zu bewegen. Im Punkt C greift die Elektrode an der Oberfläche des Materials an. Die Elektrode setzt ihre Abwärtsbewegung fort, und am Punkt D schließen sich die Kontakte 55 und 64 des Verriegelungsschalters, um den Schwingungserzeuger einzuschalten, und· die Periode des Verbindens beginnt. Bei B kommt die Elektrode schließlich zur Ruhe und ist nun auf die richtige maximale Tiefe in das Material eingedrungen, welche durch die Stellung des Armes 71 bestimmt ist, der durch den Drückerfuß 46 in Übereinstimmung mit der Dicke des Materials eingestellt ist. Die Zeit zum Verbinden geht noch von E nach G weiter, und F stellt den Mittelpunkt des Arbeitskreislaufes dar.- Bei G beginnt die Elektrode 35 ihre Aufwärtsbewegung, und bei H öffnen sich die Kontakte 55 und 64 des Verriegelungsschalters, um den Schwingungserzeuger abzuschalten und die Verbindungsperiode für den Arbeitskreis zu beschließen. Die Elektrode erreicht die Oberfläche des Materials bei/, und beiiT beginnt der Vorschub. Schließlich befindet sich bei A die Elektrode 35 wiederum in ihrer maximal angehobenen· Stellung, und der Arbeitskreis ist beendet.

Die beiden dargestellten Arbeitskreise sind für verschiedene Dickenbedingungen, der obere ist derjenige für dickes Material und der untere ist derjenige für dünnes Material. Es ist ersichtlich, wie die Verbindungszeiten, welche als die schraffierten Flächen angedeutet sind, von der Materialdicke abhängen. Weiterhin· ist der Prozentanteil des Eindringens durch das Verhältnis des Bogens C-E zum Bogen C-F gegeben, und dieser ist für eine beliebige der Stellungen der Zapfenischraube 72 in dem Schlitz 73 unabhängig von der Dickenänderung konstant.

Wie bald sich die Schalterkontakte 55 und 64 schließen, nachdem die Elektrode 35 an der Oberfläche des Materials angreift, was in Fig. 7 durch den Bogen C-D dargestellt ist, hängt von der Einstellung des Kontakts 64 im Verhältnis zur Elektrodenstange ab. Dies ist von beträchtlicher Bedeutung, um die maximal verfügbare Verbindungszeit je Arbeitskreis zu gewährleisten, indem zum Verbinden im wesentlichen die gesamte Zeit nutzbar gemacht wird, während welcher sich die Elektrode in dem Material befindet.

In Fig. 8 deutet die Kurve M eine angenommene Zeitänderung im Verhältnis zur Dicke des zu verbindenden Materials an. Die Kurve N zeigt die Ein- und Aus-Zeiten des Schwingungserzeugers, an, der für die Einrichtung gemäß der Erfindung vorgesehen ist. Es ist ersichtlich, daß in der Tat das System eine Modulation in der Impulsbreite der Hochfrequenzenergie gemäß der jeweiligen Materialdicke schafft. Auf diese Weise wird die mittlere Eingangsenergie zu dem zu verbindenden Material selbsttätig durch die Dicke selbst beherrscht, und keine besondere Kontrolle des Vorschubausmaßes, der Frequenz oder der Größe des hochfrequenten Feldes ist erforderlich. Weiterhin wird der Schwingungserzeuger wirksam, um die Elektroden mit hochfrequenter Energie nur dann zu speisen, wenn die Elektrode 35 in das Material eindringt, und daher wird die Ursache schädlicher Funkenbildung vollständig beseitigt.

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Elektrische Nahtmaschine mit einer Elektrode, welche elektrisch mit einem Hochfrequenzschwingüngserzeuger verbunden ist, um bei periodischen Intervallen ein hoch- n₀ frequentes Feld in dem Werkstück im Bereich der Elektrode zu schaffen, und mit einer Werkstückvorschubeinrichtung zum Vorschieben des Werkstückes zwischen einem Werkstückträger und der Elektrode, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung, welche auf Veränderungen in der Dicke des Werkstückes anspricht, die Zeitdauer des hochfrequenten Feldes in jedem Intervall steuert.

2. Elektrische Nahtmaschine nach Anspruch 1, iao bei welcher die Elektrode intermittierend hin und her bewegt wird, um an dem durch die Werkstückvorschubeinrichtung vorgeführten Werkstück anzugreifen, dadurch gekennzeichnet, daß ein Dickenf ühlelement, welches an dem i*5 Werkstück in einem Bereich nahe der Elektrode

081

angreift, elektrische Kontakte: trägt, welche durch eine Einrichtung betätigt werden, die in Übereinstimmung mit den Hinundherbewegungen der Elektrode wirksam wird, wodurch die Länge der Zeit, während welcher die Kontakte geschlossen sind, durch die Dicke des Werkstückes gesteuert wird.

3. Elektrische Nahtmaschine nach den Ansprüchen ι und 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine einstellbare Anschlageinirichtung, welche auf die Dicke des Werkstückes anspricht, das maximale Eindringen der Elektrode in das Werkstück begrenzt und daß eine einstellbare Schalteinrichtung, welche auf die Dicke des Werkstückes anspricht, die Zeit begrenzt, während welcher das hochfrequente Feld wirksam ist.

4. Elektrische Nahtmaschine nach Anspruch 1 bis 3, mit einem Drücker, der mit dem Werkstück im Bereich der Elektrode in Berührung steht, dadurch gekennzeichnet, daß ein Schaltersteuerorgan, welches kraftschlüssig mit der Elektrode verbunden ist, vorgesehen ist, um ein Arbeiten einer auf dem Drücker angeordneten Schalteinrichtung in zeitlicher Beziehung zu dem periodischen Anheben der Elektrode vom Werkstück zu verursachen.

5. Elektrische Nahtmaschine nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Schalter für den Schwingungserzeuger ein rohrförmiges Gehäuse umfaßt, das einen beweglichen. Kontakt trägt, und von welchem ein Teil herabhängt, der einen festen Kontakt trägt, und das Gehäuse einschließlich des herabhängenden Teiles auf dem Drücker angeordnet ist, so daß es in senkrechter Richtung in Übereinstimmung mit der Dicke des Materials unter dem Drücker in verschiedenen Stellungen angeordnet wird, um den beweglichen Kontakt durch einen Teil zu betätigen, der mit der hin und her gehenden Elektrode bewegbar ist.

6. Elektrische Nahtmaschine nach Anspruch 1 bis S, dadurch gekennzeichnet, daß der bewegliche Kontakt zur Bewegung mit einem Kolben angeordnet ist, der in senkrechter Richtung innerhalb des Gehäuses bewegbar und nachgiebig mit einem Kappenteil gekuppelt ist, der kraftschlüssig mit einem Kreuzkopf verbunden ist, welcher an einer Stange befestigt ist, die die hin und her bewegliche Elektrode trägt.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

5240 6.53