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Elektrische Reihenpunktschweißvorrichtung Die Erfindung bezieht sich
auf eine Vorrichtung zum elektrischen Reihenpunktschweißen, bei der für jeden Schweißpunkt
eine besondere Elektrode vorgesehen ist und sämtliche Elektroden gleichzeitig auf
das Werkstück aufgesetzt werden, während der Schweißstrom den einzelnen Elektroden
nacheinander zugeführt wird.
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Im Gegensatz zu den bekannten Vorrichtungen dieser Art, bei denen
sämtliche Elektroden gleich mit vollem Schweißdruck auf das Werkstück aufgesetzt
werden, erfolgt das Aufsetzen der Elektroden erfindungsgemäß nur mit einem zum Festhalten
des Werkstücks auf der Vorrichtung ausreichenden Bruchteil des Schweißdrucks. Der
volle Schweißdruck wird jeweils nur der bzw. den gerade unter Strom stehenden Elektroden
mitgeteilt.
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Dadurch wird erreicht, daß die gesamte Vorrichtung wesentlich leichter
gehalten werden kann, was nicht nur eine erhebliche Ersparnis an Werkstoff zur Folge
hat, sondern auch den Kraft- bzw. Leistungsaufwand für die Bewegung der einzelnen
Teile der Vorrichtung stark verringert. Diese Vorteile wirken sich besonders günstig
dann aus, wenn es sich bei großer Ausdehnung des Werkstücks, z. B. bei Flugzeugrümpfen
u. dgl., um die Anbringung von Hunderten von Schweißpunkten in einer Reihe handelt.
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Zu diesem Zweck sind die zur Erzeugung einer Punktreihe dienenden
Schweißelektroden in axialer
Richtung federnd an . einem quer zum
Werkstück verschiebbaren Rahmen gelagert, auf dem die eigentliche, den Schweißdruck
und den Stromschluß an den einzelnen Elektroden nacheinander herstellende Schweißvorrichtung
parallel zur Werkstücksoberfläche verfahrbar angeordnet ist.
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Weitere die Erfindung vollkommnende Einzelheiten der neuen Vorrichtung
ergeben sich aus der Beschreibung eines Ausführungsbeispiels der Erfindung. In der
Zeichnung zeigen in schematischer Darstellungsweise die Abb. i und 2 die Gesamtvorrichtung
in der Ruhestellung im Querschnitt und im Grundriß, Abb. 3 die Gesamtvorrichtung
in der Ausgangstage zum Schweißen im Querschnitt, Abb. 4 den Umschalthahn zum Vor-
und Zurückfahren des die Elektroden tragenden Gestells in der die Verschiebung des
Gestells -in die Ruhelage bewirkenden Stellung, Abb. 5 die eigentliche Schweißvorrichtung
in der Ausgangslage zum Schweißen in der einen Richtung im Grundriß, Abb. 6 die
eigentliche Schweißvorrichtung während des Schweißvorganges im Querschnitt, Abb.7
die eigentliche Schweißvorrichtung unmittelbar nach der Herstellung eines Schweißpunktes
beim Schweißen in der gleichen Richtung wie in Abb. 6 und Abb. 8 die eigentliche
Schweißvorrichtung in der Ausgangslage zum Schweißen in der entgegengesetzten Richtung
wie in Abb.6, beide ebenfalls im Grundriß.
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In dem dargestellten Ausführungsbeispiel handelt es sich darum, ein
aus dünnem Stahlblech bestehendes, zylindrisches Werkstück io aus einzelnen Längsbahnen
zusammenzuschweißen und außerdem auf der Innenseite des Zylindermantels eine Anzahl
von Längsrippen il in gleichmäßigen :#,1>ständen zu befestigen. Zu diesem Zweck
werden die einzelnen Längsbahnen .des Werkstücks io auf eine um ihre Längsachse
drehbare Trommel 12 aus Leichtmetall aufgespannt, nachdem vorher die Längsrippen
i i in entsprechende Rinnen 13 der Trommel eingelegt wurden. Das Verbinden
der einzelnen Längsbahnen des Werkstücks miteinander und mit den Rippen i i durch
elektrisches Punktschweißen soll nach Art der bekannten Doppelpunktschweißung mit
einseitig angeordneten Elektroden erfolgen, indem der Schweißstrom jeweils durch
eine der übereinander angeordneten Elektroden 14, 15 zugeführt und durch die andere
abgeführt wird, wobei er nach dem Durchgang durch die eine Schweißstelle jeweils
durch den infolge seines größeren Querschnitts den geringeren Widerstand bietenden
Teil 16 der Trommel 12 den Weg zur anderen Schweißstelle nimmt.
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Für jeden an einer Längsnaht bzw. Rippe herzustellenden Schweißpunkt
ist eine besondere Elektrode i4 bzw. 15 vorgesehen, die paarweise in zwei übereinanderliegenden
Reihen an einer Halteschiene 17 aus Isolierstoff in axialer Richtung verschiebbar
gelagert sind und in der Ruhelage (Abb. i und 2) durch Schraubenfedern 18 bis zum
Anliegen der Anschläge i9 an- der Halteschiene 17-aus dieser in Richtung auf das
Werkstück to herausgeschoben werden.
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Die parallel zur Oberfläche des Werkstücks verlaufende Halteschiene
17 ruht auf einem hochstegigen Längsträger 2o, an -dessen Unterseite eine
Anzahl rohrförmiger Querträger 21 mit ihrem einen Ende befestigt sind. Die Rohrträger
21 sind in fest mit dem Erdboden verbundenen Böcken 2 2 axial verschiebbar gelagert
und an ihrem anderen Ende ebenfalls durch einen hochstegigen Längsträger 23 miteinander
verbunden, so daß die Teile 2o, 21 und 23 zusammen einen in den Böcken 22 quer zur
Oberfläche des Werkstücks io verschiebbaren, steifen Rahmen ergeben.
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Zum Verschieben dieses Rahmens und damit der Elektroden 14, 15 aus
der Ruhelage (Abb. i) in die Ausgangslage zum Sehweißen (Abb. 3) dienen eine Anzahl
von Preßluftzylindern 24, die an den Querträgern 21 befestigt sind und deren Kolben
25 sich an fest mit dem Erdboden verbundenen Konsolen 26 abstützen. Durch einen
Umschalthahn 27 läßt sich die aus der Leitung 28 entnommene Preßluft über die Leitungen
29, 30 entweder auf die eine oder auf die andere Seite des Kolbens 25 leiten, wobei
die jeweils nicht von der Preßluft beaufschlagte Kolbenseite gleichzeitig über den
Umschalthahn entlüftet wird. So zeigt Abb. 3 den Hahn in derjenigen Stellung, in
welcher die Oberseite des Kolbens beaufschlagt wird, so daß sich der Rahmen 20,
21, 23 mit der Halteschiene 17 auf das Werkstück io zu bewegt und die Elektroden
14, 15 unter der Spannung der Federn i8 auf das Werkstück preßt. Die Spannung der
Federn i8 ist dabei so bemessen, daß sie zwar dazu ausreicht, ein Verschieben bzw.
Verziehen der einzelnen miteinander zu verschweißenden Teile des Werkstücks zu verhindern,
jedoch weit unterhalb des an den Elektroden erforderlichen Schweißdrucks von über
ioo kg pro Elektrode bleibt.
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Parallel zu der Halteschiene 17 sind auf den Querträgern 2 i ferner
zwei Laufschienen 3 i, 32 und an dem Längsträger 23 außerdem eine Stützschiene 33
angeordnet. Diese Schienen dienen zur Führung der mittels der Rollen 34, 35, 36
in Längsrichtung auf dem Rahmen 20, 21, 23 vierfahrbaren eigentlichen Schweißvorrichtung
37, die außer dem Schweißtransformator 38 auch alle Antriebsorgane zu ihrer eigenen
Vorwärts- bzw. Rückwärtsbewegung und zum Zu- bzw. Abschalten der einzelnen Elektroden
enthält.
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Innerhalb der Vorrichtung 37 ist ein umpolbarer Elektromotor 39 angeordnet,
der über ein Rädervorgelege 40, 41 eine lotrechte Welle 42 antreibt. Diese Welle
trägt an ihrem unteren Ende ein Ritzel 43, das in eine parallel zu den Laufschienen
31, 32 fest am Gestell angeordnete Zahnstange 44 eingreift und dadurch je nach der
Drehrichtung des Elektromotors die Vorrichtung 37 in der einen oder anderen Richtung
auf den Schienen 3 i, 32 verfährt. Die Welle 42 treibt außerdem über ein weiteres
Rädervorgelege 45, 46 eine zweite, mit Nockenscheiben 47, 48, 49 versehene Welle
5o an, die das
Zu- und Abschalten der einzelnen Elektroden sowie
die Steuerung des Schweißstromes in Abhängigkeit von der Fahrgeschwindigkeit der
Vorrichtung 37 besorgt. Dies geschieht in folgender Weise: An der den Elektroden
14, 15 zugewendeten Seite der Vorrichtung 37 ist der Schweißkopf 51 bei 52 in Längsrichtung
schwenkbar gelagert. Seine während der Fortbewegung der Vorrichtung 37 in regelmäßigem
Turnus erfolgende Schwenkbewegung nach beiden Seiten hin wird durch zwei fest mit
ihm verbundene Preßluftzylinder 53, 54 bewirkt, deren Kolben 55, 56 durch je ein
Doppelgelenk 57 mit der festen Wand 58 der Vorrichtung 37 verbunden sind. Die Steuerung
der Preßluft für die Zylinder 53, 54 erfolgt durch den vom Nocken 49 hin und her
bewegten Kolbenschieber 59, dessen Zylinder 6o die Preßluft durch die Leitung 61
zugeführt erhält. Von dort strömt die Preßluft bei der in den Abb. 5 und 8 gezeichneten
Schieberstellung über die Leitung 62 zu einem Umschalthahn 63, der sie je nach seiner
Stellung über die Leitungen 64, 65 entweder die Oberseite des Kolbens 55 (Abb. 8)
oder diejenige des Kolbens 56 (Abb.5) beaufschlagen läßt, wobei der Zylinder des
jeweils nicht beaufschlagten Kolbens durch eine der Leitungen 64, 65 und den Umschalthahn
63 mit der Außenluft verbunden ist. Dadurch wird der Schweißkopf 51 je nach der
Stellung des Umschalthahnes 63 in die eine oder andere Richtung geschwenkt. Bei
der in Abb. 7 gezeichneten Stellung des Nockens 49 und des Schiebers 59 sind in
jeder Stellung des Umschalthahnes 63 beide Zylinder 53, 54 mit der Außenluft verbunden,
so daß sich der Schweißkopf 51 bei dieser Schieberstcllung widerstandslos von außen
her nachbeidenRichtungen verschwenkenläßt.
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In dem Schweißkopf 51 sind außerdem isoliert zwei Stößel 66, 67 aus
gut stromleitendem Werkstoff in axialer Richtung verschiebbar gelagert und durch
biegsame Leitungen 68, 69 mit den beiden Polen der Sekundärseite des Schweißtransformators
38 verbunden. Beide Stößel werden über doppelarmige Hebel 70, 71, die bei
72, 73 schwenkbar am Schweißkopf gelagert sind, während der Fortbewegung
der Schweißvorrichtung 37 auf den Schienen 31, 32 in regelmäßigem Wechsel gleichläufig
nach außen und innen verschoben, wobei sie sich im gleichen Wechsel auf das ihnen
gerade gegenüberliegende Elektrodenpaar 14, 15 aufsetzen bzw. sich von ihm wieder
abheben. Das Verschieben der Stößel 66, 67 erfolgt durch die in den Zylindern 74,
75 gleitenden Kolben 76, 77, die über die Leitungen 78, 79, 80, 81 jeweils gleichzeitig
auf einer Seite mit Preßluft beaufschlagt, auf der anderen Seite mit der Außenluft
in Verbindung gebracht werden. Die Steuerung der Preßluft erfolgt dabei durch den
Nocken 48 über den in dem Zylinder 82 gleitenden Kolbenschieber 83 im gleichen Rhythmus
mit der Steuerung der Schwenkbewegung des Schweißkopfes 51.
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Zur Steuerung des Schweißstromes dient ein Schaltschütz 84 bekannter
Art, das durch den Nocken 47 in gleichem Rhythmus mit der Bewegung der Stößel 66,
67 zur periodischen Ein- j Schaltung des Primärstromes betätigt wird, während das
Ausschalten des Stromes jeweils nach genügender Schweißdauer durch das Schaltschütz
selbsttätig erfolgt.
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Das Schweißen einer Reihe von Doppelpunkten an dem Werkstück io geht
nun in folgender Weise vor sich: Nachdem der Rahmen 20, 21, 23 zusammen mit der
eigentlichen Schweißvorrichtung 37 durch entsprechende Betätigung des Umschalthahnes
27 aus der in Abb. i dargestellten Ruhelage in die in Abb.3 dargestellte Ausgangslage
zum Schweißen vorgeschoben wurde, wobei sämtliche Elektroden 14, 15 mit mäßigem
Druck auf das Werkstück io aufgesetzt worden sind, wird der Netzstrom eingeschaltet
und dadurch der Elektromotor 39 in Drehung versetzt. In der Ausgangsstellung befindet
sich die Vorrichtung 37 in der in Abb. 5 dargestellten Lage an dem einen Ende des
Werkstücks 1o und wird durch das sich nunmehr an der Zahnstange 44 abwälzende Ritzel
43 auf den Laufschienen 31, 32 langsam in Richtung des Pfeiles 85 vorwärts bewegt.
Bereits ;in der Ausgangsstellung hat der Nocken 49 und damit der Steuerschieber
59 eine solche Stellung, daß der Preßluft der Weg zum Zylinder 54 freigegeben und
der Schweißkopf 51 in der Richtung der beabsichtigten Bewegung der Vorrichtung 37
geschwenkt wird, so daß seine beiden Stößel 66, 67 genau auf das erste Elektrodenpaar
14, 15 der Reihe zeigen (Abb. 5). Sofort bei Beginn der Vorwärtsbewegung der Vorrichtung
37, bevor noch der Nocken 49 von dem Steuerschieber 59 abgelaufen ist, stößt der
Nocken 48 den Steuerschieber 83 in die in Abb. 6 dargestellte Lage, in welcher er
der Preßluft den Weg über die Leitungen 78, 81 auf die Außenseite der Kolben
76, 77 freigibt, so daß die beiden Stößel 66, 67 sich mit großer Kraft auf
das erste Elektrodenpaar 14, 15 aufsetzen, um dort den notwendigen Schweißdruck
zu erzeugen (Abb. 6).
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Inzwischen ist der Nocken 49 von dem Schieber 59 abgelaufen und dieser
unter dem auf seine Stirnfläche einwirkenden Preßluftdruck in die in Abb. 7 dargestellte
Lage zurückgegangen, in der auch der Schwenkzylinder 54 mit der Außenluft verbunden
ist, so daß die auf den Elektroden 14, 15 fest aufsitzenden Stößel 66, 67 durch
entsprechendes Schwenken des Schweißkopfes 51 der Bewegung der Schweißvorrichtung
in Richtung des Pfeiles 85 zwanglos folgen können, ohne daß sich ihr Druck auf die
Elektroden 14, 15 dabei ändert.
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Ungefähr in dem Zeitpunkt, in dem die Stößel 66, 67 während dieser
Schwenkbewegung genau in der Verlängerung der Elektroden 14, 15 stehen, betätigt
der Nocken 47 das Schaltschütz 84, das darauf den Schweißstrom kurzzeitig einschaltet,
um die Punktschweißverbindung zwischen den Teilen 1o und i i an den Spitzen des
ersten Elektrodenpaares 14, 15 herzustellen.
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Sobald die Vorrichtung 37 nach vollzogener Schweißung die in Abb.
7 dargestellte Lage erreicht hat, läuft der Nocken 48 wieder von dem Steuerschieber
83 ab, so daß dieser unter dem Druck der Preßluft in die in Abb. 3 gezeichnete Stellung
zurückgeht,
in welcher die Stößel 66, 67 durch die Kolben
76, 77 wieder von den Elektroden 14, 15 abgehoben werden.
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Gleichzeitig hat auch der Nocken 49 den Steuerschieber 59 wieder in
die in Abb.3 bzw. 5 dargestellte Lage vorgeschoben, in welcher der Preßluft der
Weg zum Zylinder 54 freigegeben ist, so daß der Schweißkopf 51 wieder in Richtung
der Bewegung der Vorrichtung 37 eingeschwenkt wird. Nur hat sich die Vorrichtung
37 inzwischen auf den Schienen 31, 32 so weit vorwärts bewegt; däß die Stößel 66,
67 nunmehr nicht mehr auf das erste, sondern auf das zweite Elektrodenpaar 14, 15
zeigen, an dem sich darauf ebenso wie an allen folgenden Elektrodenpaaren der oben
beschriebene Vorgang selbsttätig wiederholt, bis die Schweißung auch an dem letzten
Elektrodenpaar der Reihe vollzogen und die Vorrichtung 37 am Ende des Rahmens 20,:21,
23 angelangt ist (Abb. 8).
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In dieser Stellung stößt der Druckknopf 86 gegen einen an dem Rahmen
20, 21, 23 befestigten Anschlagwinkel 87 und betätigt dadurch über die Stange 88
einen innerhalb der Vorrichtung 37 angeordneten Umschalter 89 bekannter Art, der
durch Vertauschen der Stromzuleitungen des Elektromotors 39 diesen umpolt und dadurch
dessen Drehrichtung umkehrt, so daß sich die Vorrichtung nunmehr in Richtung des
Pfeiles go zu bewegen beginnt. Gleichzeitig ist auch die Stange gi gegen einen zweiten,
an dem Rahmen 2o, 21, 23 angeordneten Anschlagwinkel 92 gestoßen und hat dabei mittels
des Hebels 93 den Umschalthahn 63 aus der in den Abb. 5 und 7 gezeichneten
Stellung in die in Abb. 8 dargestellte Lage gebracht, in welcher die aus der Leitung
62 kommende Preßluft nicht mehr wie vorher über die Leitung 65 dem Zylinder 54,
sondern über die Leitung 64 dem Zylinder 53 periodisch zugeführt wird und dadurch
die zwangsläufige Schwenkbewegung des Schweißkopfes 51 nunmehr in Richtung des Pfeiles
go erfolgt.
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Sofort nach dem Schweißen des letzten Punktpaares der ersten Reihe
ist die Vorrichtung 37 durch Ausschalten des Netzstromes kurzzeitig stillgesetzt
und der Rahmen 20, 21, 23 mit den Elektroden 14, 15 durch Umschalten des Hahnes
27 in die in Abb. 4 gezeichnete Stellung vom Werkstück io entfernt worden, so daß
er wieder die Ruhelage nach Abb. i einnimmt. Darauf wird die Trommel 12 von Hand
in Richtung des Pfeiles 94 um ihre Längsachse so weit gedreht, daß nunmehr die nächste
der Rippen i i den Elektroden 14, 15 gegenüber zuliegen kommt, und durch Zurückschalten
des Hahnes 27 gemäß Abb. 3 der Rahmen 2o, 21, 23 wieder in die Ausgangslage vorgeschoben,
in welcher die Elektroden 14, 15 wieder auf dem Werkstück io aufsitzen. Nach dem
Wiedereinschalten des Netzstromes führt dann die Vorrichtung 37 selbsttätig die
Schweißung an der zweiten Rippe im gleichen Rhythmus wie an der ersten, nur mit
umgekehrter Bewegungsrichtung (Abb. 8) durch.
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Nach Vollendung der zweiten Reihe von Doppelpunkten stößt der Druckknopf
95 des Schalters 89 gegen einen festen Anschlagwinkel 96 und die Stange gi des Umschalthahnes
63 gegen einen ebenfalls fest am Rahmen 2o, :21, 23 angeordneten Anschlag 97, worauf
sich die Bewegungsrichtung der Vorrichtung 37 wieder umkehrt, so daß nach dem Weiterdrehen
der Trommel 12 die Herstellung der dritten Reihe von Doppelpunkten in gleicher Weise
erfolgt, wie oben für die erste Reihe beschrieben usf. Auf diese Weise kann eine
beliebige Anzahl von Punktreihen an dem Werkstück fast völlig selbsttätig in kürzester
Zeit und mit großer Genauigkeit hergestellt werden, wobei wesentlich ist, daß die
ganze Vorrichtung auch bei einer sehr großen Anzahl von Schweißpunkten in einer
Reihe, wie sie z. B. bei der Herstellung von Flugzeugrümpfen vorkommt, verhältnismäßig
leicht gehalten werden kann.