DE903979C

DE903979C - Verfahren und Vorrichtung zum Anschweissen metallischer Bolzen od. dgl. an Platten od. dgl. aus Metall

Info

Publication number: DE903979C
Application number: DEP30645A
Authority: DE
Inventors: Harold Martin
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1942-11-11
Filing date: 1949-01-01
Publication date: 1954-02-11

Description

Verfahren und Vorrichtung zum Anschweißen metallischer Bolzen od. dgl. an Platten od. dgl. aus Metall Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Anschweißen von Metallbolzen, -rohrstücken od. dgl. an metallische Platten, Grundkörper od. dgl. im Lichtbogenschweißverfahren und befaßt sich insbesondere mit dem Anschweißen von Bolzen aus Stahl oder dessen Legierungen an Flächen aus Stahl oder dessen Legierungen.
Es ist bereits vorgeschlagen worden, zur Durchführung elektrischer Lichtbogenschweißungen von Bolzen auf Flächen den Bolzen zunächst mit der Fläche in Berührung zu bringen, dann den Stromkreis zu schließen, worauf der Balzen zum Ziehen des Lichtbogens um ein vorbestimmtes Maß von der Fläche abgehoben wird, um nach einer bestimmten Zeitdauer mit dem geschmolzenen Ende auf den ihm gegenüberliegenden, stark erhitzten Krater der Fläche zum Vollzug der Schweißung gepreßt zu werden, wobei der Stromfluß durch den Bolzen und die Fläche so lange aufrechterhalten wird, bis die Schweißung vollendet ist.
Dieses Verfahren und die entsprechenden Vorrichtungen haben sich für ,das Anschweißen von Messingbolzen an Stahlplatten bewährt, da das Messing des Bolzens bei einer gegenüber dem Stahl der Platte niedrigeren Temperatur schmilzt, so daß bei der Stromstärke, die zu einem ausreichenden Schmelzen und Anschweißen des Bolzens notwendig ist, der gegenüberliegende erhitzte Teil oder Krater der Stahlplatte, obwohl auf eine für das Schweißen ausreichende Temperatur gebracht, in einem mehr plastischen als geschmolzenen Zustand verbleibt und so die Bildung einer guten Schweißstelle nicht ungünstig durch den Aufstoß des Messingbolzens bei dem Zurückführen auf die Platte, etwa unter Federdruck, beeinflußt wird. Es war daher auch möglich, ein verhältnismäßig leichtes und tragbares Schweißgerät zu benutzen.
Das Anschweißen von Stahlbolzen an Stahlplatten war jedoch nicht mit der gleichen guten Wirkung möglich, da wegen der zum Schmelzen des Stahlbolzens größeren Stromstärke der gegenüberliegende, erhitzte Teil oder Krater der Platte einen dem Schmelzpunkt so nahekommenden Zu-,stand annahm, daß mit der weiteren Steigerung der Stärke,des Schweißstromes infolge der Verkürzung des Lichtbogens bei der Rückführung des Bolzens auf die Platte sich auf dieser ein geschmolzener Krater zur Aufnahme des Bolzens mit dem Erfolg bildete, daß das geschmolzene Metall beim Aufs.toß des Bolzens auseinander spratzte und eine poröse und oft nur teilweise durchgehende Schweißstelle zwischen dem Bolzen und der Platte erhalten wurde, was in erster Linie auf das Auseinanderspratzen des geschmolzenen Stahls in einzelne Tröpfchen unter dem Aufstoß des Bolzens zurückzuführen ist.
Ein weiterer Vorschlag, durch den die vorgenannten Mängel beim Anschweißen von Stahlbolzen an Stahlplatten nicht auftreten, besteht darin, Preßluft zur Zurückführung des Bolzens auf die Platte zu verwenden, mit der Maßgabe, daß ein Aufprall vermieden oder doch weitgehend vermindert, dagegen der Bolzen nachhaltig auf die Platte gedrückt wird, wobei die Zeitdauer dieses Anpreßdruckes selbsttätig gesteuert wird. Diese Maßnahme führt zwar zu zufriedenstellenden Ergebnissen, doch ist ihre Anwendung umstritten, da die hierfür notwendigen Geräte nicht tragbar sind.
Beim Anschweißen von Stahlbolzen ist der Zeitraum zwischen dem Ziehen des Lichtbogens und der Zurückführung des Bolzens auf die Platte verhältnismäßig kurz. Sie beträgt für einen Bolzen von etwa 6 mm Durchmesser nur ungefähr 1l4 Sekunde. Ein außerordentlich schnelles Ansprechen. der Steuerglieder für den Schweißstrom ist daher wesentlich.
Es ist weiter notwendig, daß die Voraussetzungen, unter denen der Schweißstrom beim Auftreffen des Balzens auf die Platte gesteuert wird, in weiten Grenzen veränderlich sind. So ist die genaue Kontrolle der Heizbedingungen im Augenblick des Aufsetzens des Bolzens auf die Platte namentlich beim Lichtbogenanschweißen von Bolzen mit verhältnismäßig kleinem Durchmesser von großer Bedeutung und wegen der großen Abkühlungszone im Verhältnis zu der erhitzten Stelle der Platte sowie der Gesamtmenge der der Platte durch den Lichtbogen zugeführten Wärme schwierig. Im Falle des Anschweißens großer Bolzen sind die Voraussetzungen für das Ziehen des Lichtbogens wegen der geringen Zeitdauer des Lichtbogens von verhältnismäßig größerer Bedeutung, ,da im Augenblick des Vollzugs der Schweißung die Wärmekontrollanforderungen wegen der notwendigerweise im Verhältnis zu der umgebenden Abküh'lzone größeren. Wärmezufuhr enger sind.
Die Erfindung betrifft ein neues Verfahren zum #_ichtbogenanschweißen von Metallbolzen an Metallplatten in wirksamer Weise und mit großem Nutzeffekt, wobei die Schweißung auch mit Wechselstrom durchgeführt werden kann, und die Schaffung tragbarer Geräte dazu. Das Gerät liefert eine homogene Schweißstelle ohne Wegspratzen des geschmolzenen Metalls von dem Krater der Platte und schafft ferner beim Anschweißen von Bolzen unter Wasser die zur Erzielung einer guten Schweißung günstigen Bedingungen, indem ein Wegschleudern des geschmolzenen Metalls durch den entstehenden Dampf verhindert, die Dampfbildung in der Nähe der Schweißstelle begrenzt, der Überschuß an Dampf aus der Nähe der Schweißstelle hinweggeschafft wird, ohne daß eine Wirbelung oder Strudelbildung eintritt.
Erfindungsgemäß erfolgt das Anschweißen von Bolzen, Rohrstücken od. däl. an Metallplatten, Grundkörper od. dgl. Flächen, insbesondere das Anschweißen von Bolzen aus Stahl oder dessen Legierungen an Platten aus Stahl oder dessen Legierungen in der Weise, daß eine augenblickliche und gleichmäßige Bildung des Lichtbogens zwischen dem Bolzen und der Platte bewirkt und der Bolzen nach einer vorbestimmten Zeitspanne mit einem geringsten Aufstoß wieder auf die Platte gepreßt wird, unter Überwachung der Hitze in dem Krater der Platte, um zu erreichen, daß beim Auftreffen des Bolzens auf die Platte die dieser erteilte Temperatur nur ausreicht, um das Metall an dem Krater der Platte in plastischem Zustand gegenüber dem geschmolzenen Zustand des Kontaktendes des Bolzens zu halten, wobei der Stromfluß bis zum Vollzug der Schweißung aufrechterhalten wird.
Die Angabe augenblicklich ist dahin zu verstehen, daß der Lichtbogen sofort, ohne Zögern und weich gebildet werden soll, also keine träge und flackernde Bildung einsetzen soll, wie dies bei den bekannten Verfahren üblich ist, und daß die Wiederholungen des Lichtbogenziehens gleichmäßig entsprechend den Bedingungen erfolgen.
Beim Arbeiten mit direktem Strombezug von einem Generator kann die augenblickliche Bildung des Lichtbogens und dessen bleichmäßige Wiederholung durch die Verwendung eines Gleichstromgenerators mit lamelliertem Stator ohne Wendepole und geeigneter Compoundwicklung erleichtert werden und durch die Anordnung eines Serientransformators zwischen dem Generator und der Zuleitung, der auf die Nebensch'lußerregung des Generators einwirkt, um eine augenblickliche Reaktion des Generators auf die plötzlichen zu-oder abnehmenden Anforderungen herbeizuführen, die beim Ziehen des Lichtbogens bzw. dem Zurückführen des Bolzens auf die Platte auftreten.
Diese augenblickliche und gleichmäßige Bildung des Lichtbogens kann weiter durch Überziehen des Endes des Bolzens oder des Bolzens und der Platte mit einem metallischen oder dhemischen überzug, Faste oder Pulver erleichtert werden, wie dies bereits bekannt ist, oder durch Metallisieren, etwa im Metallspritzverfahren, des Endes des Bolzens mit einem Metall oder einer Metallegierung von hoher Leitfähigkeit, wie dies für die Elektroden in Lichtbogenschweißgeräten bereits vorgeschlagen ist. Zweckmäßig wird auf den Bolzen unter Erhitzung ein dünner Aluminiumüberzug mittels eines bekannten Metallisierungsverfahrens aufgetragen. Eine derartige Metallisierung erleichtert das Ziehen des Lichtbogens bei jeder Art der Lichtbogenanschweißung von Bolzen und ganz besonders dann, wenn der Bolzen zum Ziehen des Lichtbogens von der Platte, an die er angeschweißt werden soll, abgehoben wird.
Bei direktem Strombezug aus einer Stromquelle ist die Verwendung eines tragbaren Schweißgerätes von Vorteil, in welchem der Balzen zum Ziehen des Lichtbogens durch eine Magnetspule von der Platte abgehoben und die Zurückbringung auf diese durch Federwirkung erfolgt, wobei das Gerät mit Dämpfungseinrichtungen zur praktischen Beseitigung eines jeden Aufpralls versehen ist. Diese Dämpfungseinrichtungen bestehen zweckmäßig aus einem Kupferzylinder, der als Bremse für den Spulenkern .dient, die Arbeitsweise der Spule beim Ziehen des Lichtbogens nicht beeinträchtigt, auf die Rückbewegung des Kernes aber verzögernd wirkt und so den Aufprall des Bolzens vermindert. Auch kann die Rückbewegung des Bolzens auf die Platte in anderer Weise gedämpft werden, etwa durch Anordnung eines Bremszylinders, durch Führung des Spulenkernes als Kolben in dem Innenmantel der Spule bzw. in einer darin untergebrachten Büchse mit einem im wesentiichen luftdichten Abschluß oder auch :durch die ,Anordnung eines Bremsgetriebes. Auch kann durch die Verringerung der Länge des Lichtbogens der Aufprall des Bolzens auf die Platte bei der Rückbewegung herabgemindert werden.
Zur Sicherung ausreichender Heizbedingungen für die Dauer vor der Kontaktberührung zwischen Bolzen und Platte beim Anschweißen kann eine selbsttätige Regelung durch Steuerung der Zeitdauer und/oder der Stärke des Stromdurchflusses bewirkt werden. Hierzu kann beispielsweise, insbesondere wenn ein Sondergenerator als Stromquelle für ein Schweißgerät dient, die Minderung der Stromstärke durch Anordnung eines mit der Hauptstromwicklung des Schweißgenerators parallel geschalteten Ablenkstromkreises mit geringem Widerstand in solcher Weise erfolgen, daß das Hauptmagnetfeld vermindert und dadurch eine Zunahme der Stärke des Schweißstromes vermieden oder vermindert wird, die sonst mit der Verkürzung des Lichtbogens eintreten würde.
Wenn mehrere Schweißgeräte an den gleichen Generator oder die gleiche Stromquelle angeschlossen sind, muß die Minderung des Stromflusses örtlich in jedem Schweißgerät bewirkt werden, etwa durch zeitweises Einschalten eines Widerstandes in den Stromkreis durch überwachbare Schaltglieder. Bei der Verwendung eines selbsttätiigen Zeitschalters kann die Steuerung und Überwachung der Stromstärke. durch die Anordnung eines zusätzlichen Nockens und einer Kontaktstelle bewirkt werden, die so einstellbar sind, daß der genaue Zeitpunkt des Schließens des Ablenkstromkreises oder das Einschalten einer sonstigen Einrichtung zur Herabminderung der Stromstärke, etwa durch einen Schnellschluß.schalte:r, in Beziehung gebracht wird zu dem Zeitpunkt, zu welchem die Spule des Schweißgerätes abgeschaltet wird, um die Rückbewegung des Balzens auf die Platte mit einem geringsten Aufprall durchzuführen.
Der Ablenkstromkreis mag mit einstellbaren oder austauschbaren Widerständen versehen sein, und die Größe des Widerstandes kann nach dem Bau des Generators und dem Querschnitt des anzuschweißenden Bolzens bemessen sein oder sich nach anderen Voraussetzungen richten, wie sie bei der jeweiligen Anwendung der Erfindung vorliegen mögen. Durch die Widerstandsvariationen können entsprechende Entmagnetisierungseffelkte des Generators erreicht werden.
Auch Wechselstrom kann als Betriebsstrom vorteilhaft beim Ziehen eines Lichtbogens gleichförmiger und befriedigender Bildung verwendet werden, wobei der Bolzen zunächst auf der Platte aufsitzt und dann zur Bildung des Lichtbogens von ihm abgehoben wird. Zur Erzielung einer bestimmten Dauer des Lichtbogens wird ein Wechselstrom von verhältnismäßig hoher Frequenz benutzt, d. h. an Stelle einer Stromquelle mit etwa 5o Perioden wird eine Wechselstromquelle mit einer Frequenz bis zu 6oo Perioden angewendet. Diese Maßnahmeerfordert jedoch die Einschaltung eines Frequenzwandlers zwischen dem Anschlußnetz und dem Lichtbogen und/oder die Verwendung einer besonders für diesen Zweck gebauten Strom.erzeugungsanlage.
Da im Fall von üblichem Wechselstrom Schwierigkeiten beim Ziehen des Lichtbogens durch das Abheben des Bolzens von der Platte auftreten, kann auch der Lichtbogenspalt zwischen dem Bolzen und der Platte einer Ionisation durch eine plötzliche, Entladung durch einen entsprechend gesteuerten Gleichrichter, eine Magnet- oder Zündspule bzw. die Einschaltung eines dünnen Metallrohres entsprechender Bemessung, das eine gezackte Kante aufweist, unterworfen werden.
Bei Verwendung von Wechselstrom als Stromquelle und wenn ,der Lichtbogen ohne das Abheben des Bolzens von der Platte erzeugt, der Bolzen also gleich in einem der Länge des gewünschten Lichtbogens entsprechenden Abstand von der Platte angeordnet wird, wird zweckmäßig der Spalt durch eine kleine schmelzbare Kugel oder einen Bausch aus Metallfasern, etwa feiner Stahlwolle, überbrückt. Diese Kugel oder dieser Bausch kann in eine Aussparung des Bolzenendes eingelegt oder an diesem in sonst geeigneter Weise, etwa durch einen Dornansatz, gehalten sein. Beim Schließen des Schweißstromes wird das Fasermetall entsprechend seinem hoben Widerstand schnell geschmolzen, und es bildet sich in dem Spalt zwischen dem Bolzen und der Platte ein den Anforderungen entsprechender und gleichmäßig entstehender Lichtbogen.
Während für die Verfahren, bei denen der Bolzen nicht von der Platte zurückgezogen wird, der Bolzen in der vorbeschriebenen Weise überzogen werden kann, werden unter gewissen Voraussetzungen vorzügliche Wirkungen erzielt durch die Verwendung einer Unterlage oder einer Scheibe aus einem nicht gebundenen, fein verteilten Stoff, der in geschmolzenem Zustand ein gutes elektrisches Leitvermcgen hat und etwa hauptsächlich aus Calcium-Magnesium-Silikat mit schwankendem Zusatz von Aluminium und/oderHalogenverbindungen der Erdalkalimetalle besteht und der praktisch frei ist vDn solchen Stoffen, die beim Schweißvorgang Gase entwickeln, was eine schädliche Wirkung haben würde.
Bei der Verwendung von Schweißgeräten der vorgenannten Art zur Durchführung des abgewandelten Schweißverfahrens mit Wechselstrom und Bildung des Lichtbogens ohne Zurückziehen des Bolzens von der Platte wird ein Anschlag, der die Bewegung des Kernes des Elektromagneten steuert, so eingestellt, daß der Bolzen unter Einschluß der Kugel oder des Bausches für die Bildung des Lichtbogens gegen die Platte gedrückt wird, wodurch die Länge des Lichtbogens bestimmt wird. Mit dem Schmelzen der Kugel oder des Bausches würde der Bolzen unter der Wirkung der den Magnetkern belastenden Feder somit gegen die Platte gedrückt werden. Die Spule muß daher erregt werden, um die Bewegung des Kernes nach der Platte hin für die notwendige Brenndauer des Lichtbogens zu verhindern; erst dann wird die Spule abgeschaltet, und der Bolzen wird durch die Feder gegen die Platte gedrückt.
In einer Abwandlung des vorbeschriebenen Schweißgerätes, in welchem die Zurückführung des Bolzens auf die Platte durch eine Feder bewirkt wird, ist, um das Gerät für die Anwendung von Wechselstrom benutzbar zu machen, die Wirkung der Magnetspule umgekehrt, so daß also die Spule. den Bolzen auf die Platte zum -Vollzug der Schrveißung zurückbringt und die Anordnung einer Feder zu,diesem Zweck entfällt.
Beim Anschluß mehrerer Schweißgeräte an eine gemeinsame Gleichstromquelle wird in die Zuleitung eines jeden Schweißgerätes ein selbsttätig gesteuerter Widerstand eingeschaltet, der bei der Rückkehr des Bolzens zur Platte durch einen Schnellschlußschalter zwischengeschaltet wird. Bei der Verwendung einer Wechselstromquelle kann dieser Schalter zum Einschalten eines Scheinwiderstandes in den Primär und/oder Sekundärteil des Transformators benutzt werden, aus dem das Schweißgerät gespeist wird. Auch kann bei der Verwendung von Wechselstrom eine Röhrensteuerung mit einer Triodenröhre, wie sie unter dem Handelsnamen Thyratron bekannt ist, verwendet werden.
Sofern ein Schweißgerät verwendet wird, in welchem der Bolzen gegen die Platte von einem mit Druckluft gesteuerten Kolben gedrückt wird, entfällt die Anordnung einer Magnetspule, und der Bolzen wird während des Übergangs des Lichtbogens in seiner Stellung durch Reibung gehalten, etwa durch Anordnung einer Stopfbüchse an dem Druckluftzylinder, deren Reibungswirkung leicht beim Beaufschlagen des Zylinderkolbens mit Druckluft zum Vollzug der Schweißung überwunden wird.
Ferner können Neutralisierungsspulen oder -rmagneten an oder in der Nähe des Schweißgerätes angeordnet sein, die bezüglich des Lichtbogens so ausgerichtet und gesteuert sind, daß sie dessen Neigung zur Zerteilung während des Schweißvorganges entgegenwirken. Eine -derartige: Zerteilung des Lichtbogens tritt unter gewissen Voraussetzungen bei der Verteilung magnetischer Stoffe um das Feld des Lichtbogens auf und ist teilweise von einem außerordentlichen magnetischen Einfluß begleitet, der beispielsweise von dem Erdfeld herrührt.
Im Fall der Verwendung einer Gleichstromquelle ist zum Zweck der Verhütung einer Zerteilung des Lichtbogens oder zur Unterstützung der Verhütung dieser Erscheinung der durch die Platte an die Schweißstelle geführte Strom zweckmäßig zu einer gleichmäßigen Verteilung um die Schweißstelle gezwungen. Hierzu können entsprechende Anschlußklemmen an gegenüberliegenden Seiten der Schweißstelle vorgesehen sein. So kann etwa ein Doppelleiter, der an den einen Pol der Stromquelle angeschlossen ist, vorgesehen sein, aber die Platte kann zwischen Backen eingespannt sein, die mit Kupfer, Messing oder sonst einem Material von guter Leitfähigkeit verkleidet und gesondert an den einen Pol der Stromquelle angeschlossen sind. Auch kann die gleichmäßige Stromzufuhr durch die Verwendung eines Quecksilbertauchkontaktes sichergestellt werden.
Bei einem ortsfesten Schweißgerät mit einem Tisch für die Platte kann unmittelbar unter und konzentrisch zu der Achse der das Schweißwerkzeug tragenden Spindel ein federbelasteter Stift oder Kolben angeordnet sein, der in dem Tisch gleitend geführt und unmittelbar an die Stromquelle angeschlossen ist und zweckmäßig aus Kupfer-, Kupfer-Beryllium oder sonst einem Metall oder einer Legierung von hoher Leitfähigkeit besteht.
Durch die vorbeschriebenen Maßnahmen und bei Anwendung der hiernach ausgebildeten Schweißgeräte können Bolzen von größerem Durchmesser mit gutem Erfolg angeschweißt werden, als dies mit den bisher bekannten Einrichtungen, insbesondere tragbaren Schweißgeräten, möglich ist, wenn das Anschweißende des Bolzens für ein kurzes Stück auf einen entsprechend kleineren Durchmesser abgesetzt ist, der in dem normalen Aufnahmevermögen des Gerätes liegt, und wobei eine scharfe Absetzung in dem Übergang der Durchmesser im Gegensatz zu einem konischen Übergang vorliegt. Die Länge dieser Absetzung braucht nur so bemessen zu sein, um für die Dauer des Lichtbogens die Bildung einer vollen Schweißstelle zu sichern. Der Gebrauch derartiger Bolzen setzt die Anordnung solcher Mittel voraus, durch die die Stromdichte beim Aufsetzen ödes Bolzens auf die Platte zum Vollzug der Schweißung herabgemindert wird, da der Lichtbogen sich unmittelbar vor dem Anpressen des Bolzens über dessen ganzen Querschnitt ausdehnt. Diese Maßnahme ist ferner vorteilhaft beim Anschweißen verhältnismäßig starker Bolzen an verhältnismäßig dünne Stahlplatten wegen der Verminderung der Tiefe des Kraters oder der Durchdringung der Platte zufolge der Minderung der Stromstärke und vermindert weiter die Stärke des Wulstes von geschmolzenem Metall um die Schweißstelle.
Zur Verhütung der Bildung eines inneren Lichtbogens und/oder des Festschweißens der Bolzen in dem Futter oder den Klauen des Schweißwerkzeuges unter der starken Stromzuführung während des Schweißens werden diese Futter oder Klauen oder wenigstens deren Greifflächen aus einer Kupfer-Beryllium-Legierung hergestellt.
Bei der Anwendung der vorbeschriebenen Maßnahmen zum Anschweißen von Bolzen an Platten unter Wasser hat sich gezeigt, daß die sich unter der starken Hitze des Lichtbogens bzw. der Hitze der Schweißzone einstellende Dampfentwicklung zu einer Wirbelung und Strudelbildung führt, durch die die in -dem Lichtbogen geschmolzenen Stahlteilchen wegspritzen, so daß eine ausreichend gleichmäßige und geschlossene Schweißstelle nicht gebildet werden kann.
Gemäß der Erfindung wird beim Unterwasserschweißen der Bolzen von einer Hülse oder einem Schirmelement umgeben, das sich auf die Platte abstützt und bei Anlage des Bolzens an der Platte um den Bolzen genügend Platz für die freie Bildung der Schweißwulst beläßt.
Die sich auf der Platte abstützende Kante oder Fläche dieser Hülse ist zweckmäßig mit zwei oder mehreren Schlitzen oder Aussparungen nach Art einer Kronenmutter versehen als Durchlässe für überschüssigen Dampf oder Gas, wie es durch den Liehtbogen erzeugt wird.
Die Zeichnungen geben verschiedene Ausführungsbeispiele für Schweißgeräte zur Durchführung des neuen Schweißverfahrens wieder sowie die entsprechenden Steuereinrichtungen. Es zeigt Fig. i eine teilweise aufgebrochene Seitenansicht eines tragbaren Gerätes für Gleichstrom, Fig. 2 einen Längsschnitt durch ein Wechselstromgerät, Fig. 3, einen um 9o° versetzten Schnitt des Gerätes nach Fig. 2, Fig. q. einen Querschnitt nach Linie eqi der Fig. 2, Fig. 5 ein Wechselstromgerät für den Einbau in eine Werkzeugmaschine, etwa an die Spindel einer Bohrmaschine, Fig. 6 eine Draufsicht auf das Gerät nach Fig. 5" Fig. 7 das Schaltbild für das Gerät nach Fig. i, Fig. 8 und 9 die Schaltbilder für Geräte in der Ausführung nach >den Fig. 2 bis 4 und Fig. io eine Einzelheit in Form einer Schutzhülse für den Bolzen für Unterwassersch\veißungen.
Die Fig. i zeigt ein tragbares Schweißgerät für Gleichstrom unter Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Ein zylindrisches. Spulengehäuse i, das aus Flußstahl bestehen kann, ist am oberen Ende durch einen Deckel 2 aus Flußstahl abgedeckt, der Arme 3 eines Handgriffes q. trägt. In diesem ist in einer Hülse 6 ein Druckknopfschalter 5 angeordnet.
Um das Gehäuse i liegt ein Ring 7 aus Messing, der längs des Gehäuses verschiebbar und durch eine Klemmschraube 8 feststellbar ist, die über einer Reihe von Vertiefungen in dem Gehäusemantel einrastet. Der Ring 7 trägt drei Zylinderführungen 9 aus Messing, in denen Stützen io aus Flußeisen verschiebbar und durch Stellschrauben i i in vorbestimmten Auszugsstellungen feststellbar sind. Längsnuten in den Stützen, in die Führungsbolzen 12 eingreifen, verhindern eine Drehbewegung der Stützen.
Das Gehäuse i nimmt einen Spulenmantel 13 aus nichtmagnetischem Stoff, etwa Messing, auf, der eine Mittelbohrung 14 hat und die Spulenwicklung 15 mit ihrer Isolation einschließt. Der Mantel 13 ist in dem Gehäuse in seiner Lage durch eine Ringplatte 16 aus Flußstahl gehalten, -die gleichachsig einen Führungsring 17 aus Messing als Fortsetzung der Mittelbohrung 14 des Mantels 13 trägt. Der Spulenkern 18 aus Flußstahl ist in dem Mantel 13 gleitend geführt und trägt am unteren Ende unter Einschaltung eines Isolierkörpers i9 das geschlitzte Bolzenfutter 2o, an -dem der Bolzen durch eine Klemmschraube 2i festgehalten werden kann. Das Futter ist an dem Isolierkörper i9 zweckmäßig durch einen Flanschring 22 gehalten. Eine Führungsschraube, die in eine Längsnut des Isolierkörpers i9 eingreift, verhindert die axiale Verdrehung des Kernes 18. Eine den Isolierkörper i9 umgebende Feder 2@3, stützt sich mit dem einen Ende an dem konischen Teildes Isolierkörpers und mit dem anderen Ende an dem Flansch des Führungsringes 17 ab. Durch die-Feder 22 wird somit der Spulenkern mit dem Bolzenfutter derart verschoben, daß der in dem Futter 2o geha'ltene Bolzen 24 gegen die Platte 25 gepreßt wird.
Der Spulenkern 18 trägt eine axial verstellbare Kontaktschraube 26, die mit einem Anzeigekolben 27 zusammenarbeitet. Der Kolben 27 ist in einem Schraubnippel 28 der Deckplatte 2 geführt und zeigt durch seine Verschiebung entgegen der Wirkung der Feder 29 an, ob der Spulenkern die richtige Stellung für die gewünschte Lichtbogenlänge einnimmt, die durch die Einstellung des Nippels 28 bestimmt wird.
Der Spulenkern 18 trägt weiter eine Hülse 30 aus Kupfer oder anderem nichtmagnetischem Material, die mit einer Gleitpassung in der Mittelbohrung 14 des Mantels 13 geführt ist. Um den Aufstoß des Bolzens 24 auf die Platte 25 möglichst gering zu halten, ist die Hülse noch mit Ringnuten 31 zur Aufnahme von Fett, Öl oder sonst einem Schmiermittel versehen. Die Saugwirkung und die damit einhergehende Dämpfung bei dem Niedergang des Kernes wird dadurch noch erhöht, zumal auch der Nippel 28 und der Kolben 27 luftdicht schließen. Die Hülse 3!o dient weiter auch als elektromagnetisch wirkendes Dämpfungsmittel bei der Abwärtsbewegung des Kernes.
Die Anschluß- und Steuerleitungen 32, 33 sind durch eine Schelle 34. an einer Verlängerung einer der Griffstützen 3 gehalten. Die Leitungen für den Schweißstrom sind zu der Ans.chlußplatte 2L! geführt, und zwar zu mehreren Stellen dieser Platte, um eine befriedigende Verteilung des Schweißstroms zu erreichen.
Das @'lnschweißende des Bolzens 24 ist zweckmäßig zu einem Kegel mit einem spitzen Winkel von etwa i2o° angespitzt und hat eine zylindrische Fläche von etwa 6 mm Länge. Gegebenenfalls, sind diese Zylinderfläche und die Kegelspitze mit einem metallischen Überzug aus Aluminium versehen, um die Bildung des Lichtbogens zu erleichtern.
Eine für das Gerät nach Fig. i geeignete Schaltungsanordnung ist beispielsweise in Fig. 7 dargestellt. Der Gleichstromgenerator 35 ist mit Reihen- und Nebenschlußwi(#klungen 3$, 37 versehen, und die Primärwicklung 38 eines Transformators ist in den Haupt- oder Schweißstromkreis eingeschaltet, während die Sekundärwicklung 39 in Reihe geschaltet ist mit der Ndbenschlußwicklung 37. Die in Reihe geschaltete Wicklung kann durch eine Umleitung 4ö überbrückt werden, deren Schaltung gemeinsam mit der Steuerung des Gerätes bewirkt werden kann. Hierzu ist eine Zweischaltvorrichtung vorgesehen, die u. a. aus einer Nockenwelle41 besteht. Diese ist mit gleichmäßiger Geschwindigkeit von dem Rotor eines Synchronwecbselstrommotors angetrieben und hat einen nicht leitenden Abschnitt 43, so daß die Welle zwei voneinandier getrennte Stromkreise aufnehmen kann.
Die Welle 41 trägt eine Kreisscheibe 44, die an einer Stelle mit einem Schlitz oder Kerbe versehen und über den Rotor 4.2 an einen Schleifkontakt 45 angeschlossen ist. Dieser ist parallel dem Steuerstromkreis des Druckknopfschalters 5@ geschaltet, so daß also mit der Betätigung des Schalters der Rotor des Motors in Bewegung versetzt wird, wobei dann der Schleifkontakt 45 an der Scheibe 44 zur Anlage kommt und den Stromkreis des Motors unabhängig von der Betätigung des Schalters 5 für ein volles Arbeitsspiel in Bewegung hält. Der andere Teil der Welle 41, der von demjenigen mit der Scheibe 44 isoliert ist, trägt drei Nockenscheiben 46, 47, 48. Die Scheibe 46, die so ausgebildet ist, daß sie über einen bestimmten Teil des Umfangs eine gleichförmige Bewegung übertragen kann, arbeitet mit einem Schleifkontakt 4() zusammen, der um eine Achse 50 schwenkbar ist und dessen Ausgangsstellung durch einen Lenker 51 bestimmt wird. Dieser Lenker 51 arbeitet mit einer Steuerscheibe 52 zusammen, die in der Ausführung der Scheibe 46 entspricht und zur Regelung der Dauer des Lichtbogens von Hand einstellbar ist. Der Schleifkontakt 4,9 wird somit je nach der Einstellung der Stellscheibe 52 mehr oder weniger der Scheibe 46 genähert, so daß diese den Kontakt 49 während des Umlaufs der Welle 41 früher oder später erfaßt. Der Kontakt 49 ist in den Stromkreis der Spule 53 des Schalters 54 eingeschaltet, der den Hauptsehweißstromkreis und auch den Spülenstromkreis 15 des Elektromagneten steuert. Diese Stromkreise werden von einer Gleichstromquelle gespeist.
Die Nockenscheibe 47 arbeitet mit drei Kontakten 55, 56, 57 zusammen, von .denen die Kontakte 55, 56 im allgemeinen miteinander in Berührung stehen und somit einen Widerstand 5,6' von geringer Größe kurzschließen, der bestimmt ist, die Belastung des Kontrollstromkreises beim Kurzschluß der Steuerspule 15 für die Bewegung des Bolzens gegen die Platte herabzusetzen. Mit dem Trennen der beiden Kontakte 55, 5,6 durch den Nocken 47 wird der Kontakt56 an dem dritten Kontakt 57 zur Anlage gebracht. Hierdurch ist somit in den durch den Schalter 54 geschlossenen Stromkreis der Steuerspule 15 zunächst der Vorsch:altwiderstand 56' eingeschaltet. Die Steuerspule 15 wird kurzgeschlossen, wenn der Bolzen 24 durch die Wirkung der Feder 23 auf die Platte zurückgebracht werden soll.
Die Nockensäheibe 48 dient zur Steuerung eines Schleifkontaktes 58, der in den Stromkreis der Spule 5:9 des Schalters 6o eingeschaltet ist und den Umlenkkreis 40 steuert, um die Stärke des Schweißstromes beim Auftreffen des Bolzens auf die Platte zu vermindern.
Nach dem Schaltplan ist noch ein Widerstand 6i vorgesehen, der in den Hauptschweißstrornkreis eingeschaltet werden kann, um dessen Stärke während der Bewegung des Bolzens 2.1 auf die Platte z5 zu vermindern. Dieser Widerstand 61 kann durch einen Schalter 62 überbrückt werden, der in der vorgeschriebenen Weise durch eine Nockenscheibe der Welle 4,1 gesteuert werden kann. Zum Anschweißen kleiner Bolzen mit einem Generator von großer Kapazität kann ebenfalls ein Strombeschrän kungs- und Regelwiderstand benutzt werden.
Das in Fig. i dargestellte Schweißgerät kann auch für die Verwendung bei Wechselstrom nutzbar gemacht werden, wenn Vorsorge getroffen wird, um die Schwierigkeiten beim Ziehen des Lichtbogens durch :das Abheben des Bolzens von der Platte zu überwinden, wie dies oben beschrieben ist.
Ein insbesondere für den Betrieb mit Wechselstrom geeignetes, tragbares Schweißgerät, bei welchem jedoch der Bolzen zum Ziehen des Lichtbogens nicht von der Platte abgehoben wird, ist in den Fig. 2 bis 4 .dargestellt. Für die Bewegung des des Bolzens gegen die Platte zum Vollzug der Schweißung ist das Gerät an Stelle einer Feder mit einer Magnetspule versehen. Das Gerät besteht aus dem Körper oder Spulengehäuse 63, das aus einem nichtmagnetischen Metall oder Legierung, wie Messing, besteht, und hat etwa rautenförmigen Querschnitt mit abgerundeten Kanten. An einer Seite ist eine abnehmbare Tür oder Platte 64 vorgesehen. Auf der Oberseite trägt das Gehäuse Arme 65 für den Handgriff 4: mit einem in einer Hülse 6 angeordneten Druckknopfschalter 5.. Das Gehäuse ist zum Einsetzen in einen Ring 7 eingerichtet, der durch eine Stellschraube 8 festgestellt wird und Führungen 9 für die Ausziehstützen io trägt, die durch Klemmschrauben i i gehalten wenden.
In dem Gehäuse 63 ist im unteren Teil ein fester Spulenkern 66 aus rechteckigen Lamellen einer Stahllegierung angeordnet, die miteinander vernietet und mit Einschnitten 67 zur festen Aufnahme der von einem Mantel 69 getragenen Magnetspule 68 versehen sind. Der Mantel 69 ist zweckmäßig aus einem thermoplastischen Werkstoff, etwa einem Kondensationsprodukt des Formaldehyds. Der Kern 66 ist durch Innenvorsprünge 70 des Gehäuses gehalten, die in rechteckige Schlitze der Lamellen eingreifen, wobei den Gehäuseboden durchsetzende Haltebolzen eine Seitenverschiebung verhüten.
Ein in .seinem Aufbau dem Kern 66 entsprechender verschiebbarer Gegenkern 72 ist über der Spule angeordnet und von einer im Querschnitt dem Gehäuse folgenden Platte 73, gehalten, die mit einem Schlitz und von dessen Rändern nach unten abgebogenen Lappen 74 zum Ausrichten des Kernes 72 versehen ist. Der Kern 72 und die Tragplatte 73 sind federnd nachgiebig an Federn 75 aufgehängt, die um von der Platte 73 aufragenden Bolzen 76 geführt sind. Die Bolzen 76 durchsetzen mit ausreichendem Spiel Löcher in der Deckplatte des Gehäuses 63, und die Federn 75 sind zwischen dieser Deckplatte und Scheiben 77, die von Splinten 78 an den Bolzen 76 gehalten sind, eingespannt. Sie werden somit unter dem Gewicht und der Abwärtsbewegung des Kernes 72 gespannt und halten diesem das Gleichgewicht.
Die Kerne 66 und 72 können mit Dämpfungsringen, etwa aus Messing, versehen sein, die auf den Außengliedern der beiden Kerne in einander gegenüberliegender oder diagonal zueinander gerichteter Stellung angeordnet sind.
Die Tragplatte 7.3 nimmt noch zwei Stangen 79 auf, die durch verstiftete Scheiben 8o gehalten sind, die mit Spiel die Durchbrechungen in der Boden- und Deckplatte des Gehäuses durchsetzen und an den unteren Enden eine Traverse 811 aus Messing oder sonst einem gut leitenden Metall oder Metallegierung aufnehmen, an welcher das Futter 20 für die anzuschweißenden Bolzen befestigt ist. Die Traverse 81 ist gegen die Stangen 79 durch eine Unterlage@8'2 und Buchsen &3 aus Isolierstoff, etwa einem Kondensationsprodukt des Phenolformaldehyds, isoliert. Die Buchsen 83 werden durch Scheiben 84 und Muttern '8I5, auf den Gewindeenden der Stangen 79 gehalten. Die Zuleitungen 86 sind in Löchern &7 der Traverse &i gehalten.
Das Einstellen des Futters 2o auf die erforderliche Lichtbogenlänge erfolgt durch eine Stellschraube 8I&, die in der Deckplatte des Gehäuses 63 entgegen der Wirkung der Federn 7i5 auf der Oberseite des Kernes 72 aufsitzt. Wenn das den Bolzen 24 aufnehmende Futter 2o genau eingestellt ist, entspricht der Abstand des Bolzens 24; von der Platte 25 der genauen Länge des Lichtbogens. Zum Ziehen des Lichtbogens beim Schließen des Schweißstromkreises wird der Abstand zwischen dem Bolzen 24 und der Platte 25' zweckmäßig durch eine Kugel 89 aus '.Metallfasern, etwa Stahlspänen, überbrückt.
Die Verwendung eines mit Wechselstrom betriebenen Schweißgerätes vereinfacht die Steuerung des Arbeitsverlaufes und erfordert in der Regel nur einen Transformator für die Lieferung des Schweißstromes. Die Benutzung eines Transformators erfordert jedoch Mittel zur Regelung der Hitze in dem Lichtbogenkrater der Platte wegen der eigenen Fallcharakteristik, die von der Konstruktion des Transformators und/oder seines zugehörigen Reglers und den Arbeitsbedingungen herrührt. Die Steuerung des vorbeschriebenen Gerätes erfolgt zweckmäßig mit einer Schaltung nach Fig. 8 unter Verwendung eines Zeitschaltgerätes, das demjenigen nach Fig.7 entspricht. Es ist jedoch nicht notwendig, die Welle 4r aus zwei voneinander isolierten Teilen zu fertigen, da der Strom für die Steuerstromkreise der gleichen Quelle entnommen wird wie der Strom für den Motor 4;2. Die Nocken 44, 46 und 52 sowie die Kontakte 4;5 und 49 haben die gleichen Aufgaben wie die entsprechenden Nocken und Kontakte in der Schaltung nach Fig. 7. Der Schalter 5r4 dient nur zum Schließen des Hauptschweißstromkreises über die Sekundärwicklung 9o eines Transformators, dessen Primärwicklung 9i an die Hauptstromquelle angeschlossen ist. Der Nocken 47 hat die abgewandelte Aufgabe, den Magnetstromkreis durch den Kontakt 92 zu schließen, wenn der Bolzen 24 auf die Platte 25 angedrückt werden soll. Die Kontrolle des Stromflusses und dessen Beschränkung im Augenblick des Anpressens des Bolzens auf die Platte erfolgt durch Einschaltung einer Impedanz in die Primär- oder Sekundärwicklung des Liefertransformators durch einen zusätzlichen Nocken mit zugeordnetem Kontakt, der einen Stromkreis zur vorbestimmten Zeit für die Einschaltung der Impedanz steuert.
Im Falle der Verwendung eines Wechselstromgerätes, das nicht tragbar, sondern zum Einspannen in eine Werkzeugmaschine, etwa in die Spindel einer üblichen Bohrmaschine, bestimmt ist oder in sonst einer ortsfesten Lage benutzt werden soll, ist es möglich, das Anpressen des Bolzens an die Platte durch ein Druckmittel zu bewirken. Ein derartiges Gerät ist in den Fig. 5 und 6 dargestellt. Ein mit einem Stirnflansch versehener Tragbolzen 931 für die Einführung in das Bohrfutter einer Bohrmaschine oder sonst einen Werkzeughalter trägt einen Druckmittelzylinder 94, dessen Teile miteinander verschweißt sein können und der durch eine Deckplatte 95: abgeschlossen ist. Die Platte 95 hat eine Stopfbüchsendurchführung 96, 97 für eine Kolbenstange 98, die das Futter 2ro für den Bolzen trägt. In -die Kolbenstange 98 ist ein Isolierstück 99 mit gleichachsigen Gewindebolzen eingeschaltet, die mit dem oberen Teil der Kolbenstange 9'.8 bzw. deren unteren Verlängerung ioo, die das Futter 2o trägt, eingeschraubt sind. Der Kolben ioii mit Kolbenringen zog ist auf dem oberen Ende der Kolbenstange 9.8 durch eine Mutter ioa gehalten.
Die Deckplatte 95 ist mit einer Entlüftung 104 versehen und trägt einen Halter io5', an dem in Isolierbüchsen io6 dieAnschlußklemmen i0:7 sitzen, durch die der Strom der Muffe 2o durch geflochtene Leiter ro$ über eine Anschlußschelle iog zugeführt wird, die in leitender Verbindung, etwa durch Löten, mit dem Teil ioo der Kolbenstange steht. Um die jeweilige Stellung des Kolbens ioi in dem Zylinder 9#q, stets feststellen zu können, trägt die Deckplatte 9-5 einen Zeigerstab i io mit einer Einteilung i i i, über die ein von der Schelle iog gehaltener Zeiger i iL- gleitet.
Die Steuerung des Einlasses des Druckmittels, etwa Druckluft, in den Zylinder 94 erfolgt in be- kannter Weise durch ein von einer Magnetspule geschaltetes Kolbenventil. Hierzu trägt ein seitlicher Ansatz 113 der oberen Zylinderabdeckung einen Ventilzylinder 114, auf dem ein Lagerglied 115- für die miteinander vernieteten Lamellen 116 des Elektromagneten sitzt. Die Lamellen 116 sind so gestaltet, daß sie einen Sitz für den Träger r i7 einer Magnetspule 11,8 und einen von oben in diese hineinragenden kurzen und ortsfesten Kern iig bilden. Dieser läßt genügend Platz für einen beweglichen Kern 12o, der in dem Lagerglied 115 geführt ist. Der Kern i2o ist mit einem doppelten Ventilkolben 121 gekuppelt, der in dem Steuerzylinder 114 verschiebbar geführt ist. Eine Wickelfeder 122 dient zur Rückführung des Ventilkolbens i2,1, dessen Endstellung durch Anlage an einem Haltering 123 bestimmt ist. Zweckmäßig ist in dem oberen Ende des Kernes i2o ein Abschirmring i2,4 angeordnet, der gleichzeitig durch seine Anlage an dem festen Kern iig die obere Endstellung des beweglichen Kernes i2o festlegt.
Dem Steuerzylinder 114 wird Druckluft durch eine Leitung r25 zugeführt, die in- der unteren Endstellung des oberen Kolbens von dies-cm abgeschlossen wird. Die Weiterleitung der Druckluft zu dem Arbeitszylinder 94 erfolgt durch eine Bohrung 126 des Steuerzylinders 114, die in der unteren Endstellung unter dem oberen Steuerkolben liegt und mit einem Einlaßnippel 127 des Arbeitszylinders 94 durch die Leitung 128 und die Kuppelglieder i29, 130 in Verbindung steht. Die Bewegungsgeschwindigkeit des Kolbens ioi und somit die Geschwindigkeit, mit welcher der Bolzen 24 auf die Platte 2.5 abgesenkt wird, kann durch eine austauschbare Lochscheibe 131 bestimmt werden, die in der Anschlußbohrung für die Druckluftzuleitung 125, untergebracht ist: Eine Entlüftungsbohrung 132 ist in der Wandung des Steuerzylinders ii4. in einer solchen Stellung angeordnet, daß sie in der angehobenen Stellung des unteren Steuerkolbens 121 von diesem abgedeckt wird, während .eine Entlüftungsbohrung 133 die über dem Steuerkolben befindliche Luft austreten läßt.
Für den Betrieb des Gerätes wird der Kolben ioi so eingestellt, daß der Bolzen in der für die, richtige Länge des Lichtbogens erforderlichen Lage über der Platte gehalten ist. Sodann wird der Schweißstromkreis durch eines der vorbeschrie#benen Hilfsmittel für die Bildung des Lichtbogens geschlossen, worauf nach Ablauf einer vorbestimmten Zeitspanne der Stromkreis der Spule r ig zur Erregung des Kernes i2o geschlossen und der Steuerkolben i@2i nach oben bewegt wird. Druckluft kann dann durch den Steuerzylinder 114 in den Arb°itszylinder 94 eintreten, so daß der Kolben roi nach unten verschoben wird und den Bolzen auf die Platte aufsetzt. Diese Arbeitsgänge werden in geeigneter Weise, etwa eine Schaltung nach Fig. 9, durch Zeit.-Schalter, die denen nach Fig.B entsprechen, gesteuert, wobei jedoch der Nocken 47 und der Kontakt den Stromkreis der Spule 118, die den Ventilkolben 121 verstellt, schaltet an Stelle des Stromkreises einer Hauptmagnetspule.
Zur Anwendung der vorbeschriebenen Traggeräte für Unterwasserschweißungen wird eine Rohrhülse leicht gleitend über dem Schweißende des Bolzens und an die Platte anschließend angeordnet, die während des Schweißvorganges durch eine leichte Feder auf der Platte gehalten wird. Wie das in Fig. ro dargestellte Ausführungsbeispiel erkennen läßt, hat die Hülse 134 eine solche Höhe, daß sie den Bolzen 24 auch noch umgibt, wenn dieser für die Bildung des Lichtbogens von der Platte z5 abgehoben ist. Auf der an der Platte 25 anliegenden Seite kann die Bohrung der Hülse er-«-eitert sein, so daß sich eine schmäle Absetzung oder Ringkammer 135 ergibt, die nicht nur die Dampfbildung einschränkt und eine Wirbelung oder Strudelbildung in der Nähe der Schweißstelle verhütet, sondern auch den geschmolzenen Stahl während der Dauer des Lichtbogens in und um die Schweißstelle hält und damit ein Spratzen zusätzlich verhütet, so daß eine geschlossene Schweißfuge mit ausreichendem Schweißbett oder Schweißwulst erhalten wird.
Die Hülse oder das Abschirmglied kann aus Steingut, Porzellan, Lava oder anderen Isolier-Stoffen, insbesondere feuerfestem Material, bestehen.
Die Hülse 134 ist durch eine Wickelfeder i36 auf der Platte 25 gehalten, die das Ende des Bolzenfutters 2o umfaßt und in eine dort vorgesehene Umfangsnut oder Rille eingreift. Der Teil der Hülse 134, gegen die sich die Feder i3;6 abstützt, kann als Schulter 137 ausgebildet sein, von der zur Erleichterung der Befestigung der Hülse an der Feder eine kleine Radialbohrung igg ausgeht, in die das nach innen abgebogene Ende der Feder eingreift. Die Hülse ist somit an der Feder gehalten und kann nicht abfallen, wenn das Gerät für die Vornahme einer Schweißung mit eingesetztem Bolzen und Hülse auf die Platte angesetzt wird. Die Kupplung zwischen Feder und Hülse kann auch auf andere Weise bewirkt werden, etwa durch Anordnung einer Umfangsrille i4o an der Hülse, in die die erste Wicklung der Feder sich legt.
Um einen übermäßigen Dampfdruck in dem Ringraum 135, , der Hülse in der Nähe der Schweißstelle zu verhindern und um ein Abheben der Hülse 134 von der Platte und das damit einhergehende Wegspritzen von geschmolzenem Metall zu vermeiden, was zu einer unregelmäßigen und/oder nicht völlig geschlossenen Schweißstelle führt, ist die auf der Platte a5 aufsitzende Kante der Hülse 134 mit zwei oder mehreren einander gegenüberliegenden Schlitzen oder Aussparungen 141 versehen, durch die jeder während der Dauer des Lichtbogens entstehende Überschuß an Dampf entweichen kann. So können zwei auf einem Durchmesser liegende Aussparungen oder deren vier vorgesehen sein, die im Winkel von 9o° zueinander liegen, oder auch drei, die gleichen Abstand voneinander haben. Für das Unterwasseranschweißen von Bolzen auf waagerechte Platten ist die Anordnung von vier Ausschnitten zweckmäßig, während beim Anschweißen von Bolzen an senkrecht stehende Platten zwei dieser Ausschnitte genügen. ,, Bei Schweißgeräten nach Fig. i mit verhältnismäßig großem Aufnahmevermögen wird zweckmäßig für den Hohlraum, der den Spulenkern aufnimmt und in den Wasser eindringen kann, ein Entlüftungsventil vorgesehen, um das Ziehen des Lichtbogens zu erleichtern.
Die Erfindung, wie sie sich aus den nachstehenden Ansprüchen ergibt, ist nicht auf die Anwendung der besonderen, vorbeschriebenen Mittel zur Erreichung der wesentlichen Vorgänge des neuen Schweißverfahrens beschränkt. So kann beispielsweise, wie oben ausgeführt, das Bremsen oder Dämpfen der Bewegung des Bolzens gegen die Platte bei solchen Geräten, in denen diese Bewegung durch eine Feder bewirkt wird, durch einen mit einem flüssigen oder pneumatischen Mittel betriebenen Stoßdämpfer oder ein Rädergetriebe erfolgen, das über ein Zahnrad mit einer Zahnstange im Eingriff steht, die an ,der Bewegung des Bolzenträgers teilnimmt. So kann die Zahnstange mit dem Magnetkern durch einen starren Draht aus Messing oder sonst einem nichtmetallischen Material verbunden sein, der axial durch eine Bohrung in der Mitte der Begrenzungseinrichtung für den Lichtbogen geführt ist.
Nach einem früheren Vorschlag für das Anschweißen von Bolzen, insbesondere unter Verwendung von Gleichstrom, wird der Bolzen zum Ziehen des Lichtbogens in bestimmtem Abstand von der Platte, auf die er geschweißt werden soll, gehalten und, nach der Aufrechterhaltung des Lichtbogens für eine vorbestimmte Zeit zum Vollzug der Schweißung bei geschlossen gehaltenem Schweißstrom, gegen die Platte gedrückt und der Aufprall dadurch herabgemindert, daß die volle Vorschubkraft nur für den letzten Teil der Bewegung zur Wirkung gebracht wird. Da jedoch nach diesem Vorschlag auf dem Schweißende des Bolzens ein schmelzbarer Fortsatz verwendet wird, der mit dem Durchgang des Schweißstromes sofort geschmolzen wird, ist die augenblickliche Bildung des Lichtbogens, die ein wesentliches Merkmal der Erfindung bildet, nicht gewährleistet. Dies ergibt sich auch aus der Anordnung eines Blindwiderstandes in dem Schweißstromkreis, der ein Aufsitzen des Bolzens auf der Platte verhindern und ein schnelles Ansteigen des Stromes verzögern soll, wenn der Schalter des Schweißstromkreises geschlossen wird, während der Bolzen auf der Platte aufsitzt. Die Einschaltung einer Drossel in den Schweißstromkreis vor dem Ziehen des Lichtbogens führt gerade dazu, die augenblickliche Bildung des Lichtbogens zu verhüten, die gerade ein wesentliches Merkmal der Erfindung bildet, insbesondere für das Anschweißen von Stahlbolzen, während bei der Verkürzung des Lichtbogens durch die Annäherung des Bolzens an die Platte dieser in den Stromkreis eingeschaltete Blindwiderstand, obgleich er das damit verbundene Ansteigen des Stromes verzögert, auch einer schnellen Minderung des Stromes entgegenwirkt, die nach der Erfindung notwendig ist und auch erreicht wird; wenn. die Impedanz des Stromes erhöht wird durch die Einschaltung eines Blindwiderstandes und/oder eines Widerstandes erst im Augenblick der Verkürzung des Lichtbogens. Es hat sich weiter gezeigt, daß beim Bolz.enanschweißen mittels. Wechselstrom die Einschaltung einer Drosselspule oder eines Blindwiderstandes in den Schweißstromkreis für die Dauer des Schweißvorganges nur eine dauernde Minderung des sonst fließenden Stromes bewirkt. Auch enthält dieser frühere Vorschlag keine Maßnahmen zur Steuerung der Temperatur in dem Lichtbogenkrater der Platte, um die Erreichung des geschmolzenen Zustandes des Metalls im Augenblick des Auftreffens des Bolzens auf die Platte zum Vollzug der Schweißung zu vermeiden.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: i. Verfahren zur elektrischen Lichtbogenschweißung von Bolzen, Stiften, Nieten, Rohrstücken od. dgl. aus Metall oder Metallegierungen an Platten, Streifen, Bändern od. dgl. Körper aus Metall oder Metallegierungen, insbesondere beim Anschweißen von Bolzen od. dgl. aus Stahl oder Stahllegierungen an Platten od. dgl. aus Stahl oder Stahllegierungen, bei dem der Bolzen und die Platte als Lichtbogenelektroden in den Schweißstromkreis einbezogen sind, zum Vollzug der Schweißung zunächst in leitende Berührung verbracht werden, worauf zwischen diesen Teilen ein Lichtbogen gezogen und für eine vorbestimmte Zeit aufrechterhalten wird, mit anschließendem Aufsetzen des erhitzten Bolzens auf den in der Platte gebildeten Krater, wobei der Stromfluß bis zum Vollzug der Schweißung aufrechterhalten wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Ziehen des Lichtbogens zwischen der Platte und dem Bolzen augenblicklich und gleichmäßig erfolgt, die Rückführung .des Bolzens auf die Platte gegen einen Verzögerungswiderstand erfolgt, der den Aufprall des Bolzens auf die Platte auf ein Mindestmaß herabsetzt, und der Stromfluß mit dem Aufsetzen des Bolzens auf die Platte derart verringert wird, daß mit dem Aufsetzen die Hitze in dem auf der Platte gebildeten Schweißkrater gerade ausreicht, um diesen in einer plastischen Form, ohne das Plattenmaterial zu schmelzen, zu halten, während das Aufsetzende des Bolzens praktisch geschmolzen ist.
2. Verfahren nach Anspruch i, gekennzeichnet durch die Verwendung von Bolzen, deren Anschweißende mit einem Metallüberzug von großer elektrischer Leitfähigkeit versehen ist.
3. Verfahren nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch die Verwendung von Bolzen, deren Anschweißende mit einem Aluminiumüberzug versehen ist. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß zur selbsttätigen Steuerung der Temperatur des Lichtbogenkraters in der Platte beim Auftreffen des Bolzens auf diese der Bolzen an dem Schweißende auf einen kleineren Durchmesser abgesetzt ist, so daß die Stromdichte sich vermindert, wenn sich der Lichtbogen über den vollen Durchmesser des Bolzens unmittelbar vor dessen Auftreffen auf die Platte ausbreitet. 5. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch i für die Anwendung von Gleichstrom, dadurch gekennzeichnet, daß als Stromquelle ein Generator mit Compoundwicklung verwendet und die Temperatur in dem Lichtbogenkrater der Platte durch Minderung der Stromstärke auf dem Wege der Herabsetzung des Hauptmagnetfeldes des Generators in einem Augenblick gesteuert wird; der unmittelbar vor dem Auftreffen des Bolzens auf dem Lichtbogenkrater der Platte liegt. 6. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 5,, gekennzeichnet durch einen Nebenschluß mit geringem Widerstand parallel mit den Hauptstromwicklungen des Generators, der in den Stromkreis eingeschaltet ist. 7. Anordnung zur Durchführung des. Verfahrens nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß in Serie mit dem Schweißstromkreis des Schweißgerätes ein Widerstand zur Steuerung der Temperatur in dem Lichtbogenkrater der Platte eingeschaltet ist. B. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch i unter Verwendung von Gleichstrom, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung eines Generators mit Compoundwicklung zur Lieferung des Schweißstromes der Nebenschlußerregerstrom des Generators und der Hauptsc'hweißstrom durch einen Transformator miteinander gekuppelt sind. g. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtbogenbildung bei fester und im Abstand von der Platte gehaltener Stellung des Bolzens von der Platte bewirkt wird. i o. Verfahren nach Anspruch g, insbesondere für die Anwendung von Wechselstrom, dadurch gekennzeichnet, daß zur augenblicklichen und gleichförmigen Bildung des Lichtbogens zwischen den Bolzen und die Platte eine Kugel oder Bausch aus Metallfasern eingelegt wird, der beim Durchgang des Schweißstromes schmilzt. i i. Verfahren nach Anspruch g oder i o, dadurch gekennzeichnet, daß dem Bolzen eine Pille oder Scheibe aus nichtgebundenem fein zerteiltem Stoff zugesellt wird, die in geschmolzenem Zustand einen elektrischen Leiter bildet. 12. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch i unter Verwendung von Wechselstrom, dadurch gekennzeichnet, daß der Schweißstrom durch einen Transformator bezogen und die Temperatur in dem Lichtbogenkrater der Platte durch die Einführung einer Impedanz in den Primär- oder Sekundärstromkreis des Transformators gesteuert wird. 13,. Schweißgerät zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche i bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß zum Abheben des Bolzens von der Platte zur Bildung des Lichtbogens eine Magnetspule vorgesehen ist, für die Rückführung des Bolzens auf die Platte eine Feder dient und deren Wirkung zur Verminderung oder Verhütung des Aufpralls des Bolzens auf die Platte durch eine Brems- oder Dämpfungseinrichtung gegengeschaltet ist. 14. Schweißgerät nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß als Dämpfungsglied für die Federwirkung eine elektromagnetisch arbeitende Einrichtung dient in Form eines Absehirmzylinders aus Kupfer od. dgl. auf dem Spulenkern. 15. Schweißgerät nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß als Dämpfungsglied ein pneumatischer Stoßdämpfer dient, indem der Spulenkern als Kolben und der ihn umgebende Spulenmantel als luftdichter Zylinder ausgebildet ist. 16. Schweißgerät nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Federwirkung durch mechanisch arbeitende Mittel abgebremst ist. i'7. Schweißgerät zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche i, 2" 3, 9 oder io:, dadurch gekennzeichnet, daß für die Bewegung des Bolzens auf die Platte eine Magnetspule vorgesehen und deren Kern durch eine Rückholfeder belastet ist. r8. Schweißgerät zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche i, 2, 3, 9 oder io, dadurch gekennzeichnet, daß die Bewegung des Bolzens gegen die Platte zum Vollzug der Schweißung durch den Kolben eines Druckzylinders gesteuert ist. i9. Verfahren nach einem der Ansprüche i bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Ablauf der Arbeitsgänge durch eine selbsttätige Zeitsteuerung bewirkt wird. 2o. Schweißgerät zur Durchführung von Unterwasserschweißarbeiten nach einem der Ansprüche i bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Dampferzeugung an der Schweißstelle durch eine den Bolzen an dem Schweißende umgebende Hülse gesteuert ist. 21. Schweißgerät nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse durch eine Feder axial in bezug auf den Balzen verschiebbar gehalten ist. 22. Schweißgerät nach Anspruch 20 und 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse an dem die Schweißstelle umgebenden Teil mit einer Ausdrehung versehen ist. 23. Schweißgerät nach Anspruch 20 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse an der Unterkante mit Aussparungen versehen ist.