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Einrichtung zur Übertragung des Stromes auf umlaufende Wellen Die
Erfindung betrifft .eine Einrichtung zur übertragung des, Stroms auf eine umlaufende
Welle von einem feststehenden, die Welle tragenden Teil aus. Derartige Einrichtungen
werden beispielsweise bei Schweißmaschinen verwendet, wo es erforderlich ist, einen
Strom großer Intensität von einem stationären Bauteil auf eine mit großer Geschwindigkeit
umlaufende Welle zu übertragen.
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Bei derartigen Nahtschweißmaschinen besitzt die Elektrode Scheibenform;
diese sogenannte Druckscheibe ruht drehbar in einem Lager, von dem aus der Strom
auf die Scheibe übergehen muß. Dasselbe Lager muß .die Radialbelastung, die auf
die Welle ausgeübt wird, wenn die Scheibe unter Druck in Kontakt mit dem zu schweißenden
Werkstück gebracht wird, aushalten. Dieser Radialdruck erzeugt einen Kontakt zwischen
der Welle und dem Lager, so daß der Strom von dem einen auf den anderen Teil übergehen
kann. Die Kontaktfläche zwischen der Welle und dem Lager ist jedoch lediglich linienförmig;
hieraus resultiert eine starke Konzentration des Stroms auf eine außerordentlich
schmale Kontaktstelle. Die daraus resultierenden Wärmeverluste beschleunigen die
Abnutzung des Lagers und der Welle, eine Abnutzung, die an sich schon durch einenRadialdruck
eingeleitet wird. Schließlich wird bei dieser Anordnung der Zustand der Kontakte
schlecht; die Führung der Welle in dem Lager wird ungenau. Die Folge davon ist,
daß die Welle und das Lager häufig ausgewechselt werden
müssen,
um die Lagerung in einem das, sichere Arbeiten des Gerätes gewährleistenden Zustand
zu erhalten,.
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Es sind auch zur Überleitung des Stroms aus einem stationären Bauteil
auf eine umlaufende Welle Systeme mit Gleitkontakten bekannt; hierdurch soll bezweckt
werden, schädliche Stromverluste unter Gewährleistung einer freien Drehbarkeit der
Welle zu vermeiden. Diese bekannte Einrichtung wird zur Übertragung eines Stroms
von ungefähr i 5o ooo Ampere verwendet; der umlaufende Teil (die Welle) hat jedoch
nur eine geringe Drehgeschwindigkeit, etwa gegen fünf Umdrehungen pro Minute. Der
Stromübergang von dem feststehenden Bauteil geschieht mit Hilfe von Kontakten aus
Silber; die Welle, auf die der Strom übertragen werden soll, besteht aus einer Kupferlegierung
hoher Leitfähigkeit, deren Oberfläche dauerhafter oder härter als die Silberkontakte
ist. Beispielsweise wird eine Muffe oder Hülse von. geringer Stärke aus einer harten
Kupferlegierung hoher Leitfähigkeit auf,die Kupferwelle aufgezogen diese Muffe oder
Hülse führt den Strom hoher Intensität der umlaufenden Welle zu. Dabei muß dafür
gesorgt werden, daß zwischen der Muffe oder Hülse und der Welle ein guter Kontakt
besteht.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zu schaffen,
die es ermöglicht, Ströme hoher Intensität auf eine mit großer Geschwindigkeit von
über 125 Touren pro Minute umlaufende Welle zu übertragen.
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Des weiteren bezweckt die Erfindung, schädliche Stromverluste zu vermeiden
dadurch, daß breite Kontaktzonen geschaffen werden im Interesse der Verringerung
des elektrischen Widerstands und der Erleichterung des Stromübergangs.
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Erfindungsgemäß ist auf der Welle lose. jedoch drehsicher mit ihr
verbunden, eine elektrisch leitende Muffe angeordnet, die eine gewisse Elastizität
besitzt, um Dimensionsänderungen, hervorgerufen durch unterschiedliche Ausdehnungskoeffizienten
der Werkstoffe der Welle einerseits und .der :Muffe andererseits, auszugleichen;
die Muffe steht unter der Wirkung mindestens eines sie gegen die Welle drückenden
leitenden Segments, das seinerseits gegen den feststehenden, den Strom aufnehmenden
Bauteilgedrückt wird. Dadurch wird erreicht, daß unter Vermeidung von schädlichen
Stromverlusten Ströme hoher Intensität auf mit. großer Geschwindigkeit laufende
Wellen übertragen werden können.
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Die Erfindung bezieht sich im besonderen auf eine elektrische Widerstandsschweißmaschine
mit umlaufender Elektrode, wobei die Stromübertragung von einem feststehenden Leiter
auf die umlaufende Elektrode in der obererwähnten Weise stattfindet.
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Die Figuren erläutern, die Erfindung an einem Ausführungsbeispiel.
Es stellt dar Fig. i eine Widerstandsschweißmaschine im Au f ri ß.
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Fig. 2 einen Achsschritt .durch die die Elektroden-Scheibe tragende
Anordnung im vergrößerten 1:1aß-S tab.
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Fig. 3 den Schnitt nach Linie 3-3 der Fig. 2, Fig. 4 die Stromübertragungsmuffe
im Grundriß, teilweise geschnitten, Fig. 5 die Stirnansicht zu Fi.g. 4.
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Die Widerstandsschweißmaschine zur Erzeugung von Schweißnähten ist
im ganzen mit io bezeichnet. Sie besteht aus dem Maschinengestell i i, einer Fußplatte
i2, einem unteren Elektrodenarm 13, der an dem Gestell bei 14 befestigt ist, und
einem oberen Arm 15, der in ähnlicher Weise bei 16 an dem Gestell befestigt ist.
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Schweißmaschinen dieser Art werden mit Strom versorgt durch eine Wechselstromquelle,
die durch die Leitungskabel L1, L2 angedeutet ist; an der Wechselstromquelle liegt
die Primärwicklung 18 über Anschlußleitungen 20 und 21. Um das Gerät primärseitig
durch die Bedienungsperson unterbrechen zu können, ist ein beliebiger Unterbrecher,
z. B. ein Schalter 22, in der Verbindungsleitung 21 vorgesehen. Die Wicklung 18
ist die Primärwicklung eines Schweißtransformators, der außerdem einen Eisenkern
23 hoher Permeabilität und eine Sekundärwicklung 24 mit einer oder mehreren Windungen
eines Kupferstabes erheblicher Stärke aufweist.
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Der untere Auslegerarm 13 trägt ein Gehäuse 25, das unter Zwischenschaltung
eines Teiles 26 mit Hilfe von Schraubenbolzen 27 an diesem Arm befestigt ist. Das
Gehäuse 25 schließt eine Welle 28 ein, die, wie in Fig. 2 vergrößert gezeigt, eine
als Schweißelektrode dienende Druckscheibe 30 trägt, ferner Einrichtungen
zur Lagerung der Welle und die Mittel zur Überleitung des Stroms von dem Gehäuse
25 auf die Welle und damit auf die untere scheibenförmige Elektrode 3o. Die obere;
ebenfalls scheibenförmige Elektrode 31 dient zur Herstellung ,des Kontaktes mit
dem Werkstück g", das zwischen den Scheiben 30 und 3i liegt, wie aus Fig.
i ersichtlich. Die obere Scheibenelektrode wird durch einen Bauteil 32 getragen,
der an einem Block 33 befestigt und mittels des Kopfes 34 vertikal beweglich ist.
Der Kopf 34 bildet einen Teil des oberen Arms oder Auslegers 15 und umfaßt
eine Druckkammer 35, in welcher sich ein nicht gezeichneter Kolben befindet. Mit
Hilfe des letzteren kann der Block 33 gehoben oder gesenkt werden zusammen mit dem
Teil 32 und der oberen Scheibenelektrode 31. Letztere wird durch ein Zahnrad' 36
einer Welle 37 angetrieben und durch einen Arm getragen, der mit dem Teil
32 aus einem Stück besteht. Am freien Ende der Welle 37 befindet sich aufgekeilt
ein Kegelrad 4o, das mit einem Kegelrad 41 einer vertikalen Welle kämmt; letztere
ist in einem Lager 43 gelagert. Das Kegelrad 44. kämmt mit einem Kegelrad 45 auf
der Welle eines Antriebsmotors 46. Es werden somit das Zahnrad 36 und über dieses
die obere Scheibenelektrode 31 durch den Motor .4;6 über die Kegelräder 45, 44,
41 und 4o angetrieben. Die vertikale Bewegungsfreiheit des Teiles 32 ist eine beschränkte.
Es ist lediglich erforderlich, daß die beiden Elektrodenscheiben so weit voneinander
getrennt werden können, daß das Werkstück W zwischen den beiden Scheiben an Ort
gebracht werden- kann. Dem Teil 32 wird ein
Strom hoher Intensität
durch einen Leiter 4,; zugeführt, der vorzugsweise aus einem Stück mit dem Teil
32 besteht und an die eine Klemme der Sekundärseite 24 angeschlossen ist. Die andere
Klemme der Sekundärseite ist mit dem unteren Arm 13 in elektrisch leitender Verbindung;
von diesem Arm fließt der Strom über den Teil 26 und das Gehäuse 25 auf die Welle
28, um an die Scheibenelektroden zu gelangen. Der Kopf 3:I ist gegen den Auslegerarm
15 durch einen Isolierstreifen 48 isoliert.
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Das Gehäuse 25 umfaßt, wie Fig. 2 zeigt, mehrere ringförmige Teile,
nämlich den Ringteil 5o, an welchem eine Stirnplatte 5t mit Hilfe von Schraubenbolzen
52 befestigt ist, ferner einen zweiten Ringteil 53, der an dem Ringteil
50 mit Hilfe von Schraubenbolzen 54 befestigt ist. Ein. Abschlußdeckel 55
ist an dem Teil 53 mit Schraubenbolzen 56 befestigt. Das ganze Gehäuseaggregat wird
durch den Teil 26 getragen, der eine ringförmige Ausnehmung 57 besitzt zur
Einpassung des Abschlußdeckels 55. Der Teil 26 ist auf den Teil 53 mittels Gewindebolzen
58 und Muttern 59 aufgeschraubt. Zwischen dem Deckel 55 und der Ausnehmung 57 ist
eine Isolierung 6o eingeschaltet, die dazu beiträgt, den Deckel des Teiles 26, welcher
die Ströme hoher Intensität auf das Gehäuse 25 überträgt, zu isolieren. Um dies
zu erreichen, muß ein guter elektrischer Kontakt zwischen den Teilen 26 und 53 bestehen;
dieser Kontakt wird durch die Gewindebolzen 58 und die aufgesetzten Muttern 59 hergestellt.
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Die Teile 5o, 53, die stirnseitige Platte 5 r und der rückseitige
Abschlußdeckel55 sind in ihrer gegenseitigen Lage fixiert und bilden so das rohrförmige
Gehäuse oder Gestell 25, in welchem sich die Welle 28 befindet. Das stirnseitig
aus der Abschlußplatte 51 austretende verjüngte Ende der Welle 28 nimmt die Scheibenelektrode
3o auf, die durch eine Mutter 6i gesichert ist. Die Welle ist in Rollenlagern gelagert.
Das Rollenlager 62 befindet sich in dem Teil 5o, das Rollenlager 63 in dem Teil53.
Die Rollenlager müssen gegen ihre Trägerteile isoliert sein, um zu verhindern, daß
sie Stromerhalten. Das Rollenlager 62 wird gegen den Teil 5o durch ein Isolierstück
6q., das Rollenlager 63 gegen den Teil 53 durch ein Isolierstück 65 isoliert. Am
vorderen Wellenende, nächst der Scheibenelektrode 30, befindet sich eine Öldichtung
66, welche in die stirnseitige Abschlußplatte 51 auf eine Manschette 67 der Welle
28 montiert ist.
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An ihrem rückwärtigen ;Ende, im Bereich des Abschlußdeckels 55, besitzt
die Welle einen kleineren Durchmesser; dort sind Öldichtungen 6@8 und 69 auf einer
abdichtenden Muffe oder Hülse 70 vorgesehen" Ebenfalls an ihrem rückwärtigen
Ende ist die Welle mit Gewinde zur Aufnahme einer Schraubenmutter 7, versehen.
Diese hält die Welle auf den Wälzlagern 62 und 63 in dem Gehäuse 25.
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Auf dem Mittelteil der Welle 28 sitzt lose eine Muffe oder Hülse 72
aus hartem Metall von schwacher Leitfähigkeit, beispielsweise Stahl; diese Hülse
wird auf der Welle durch einen Schraubenbolzen 73 derart gehalten, daß sie mit der
Welle umläuft. Die Hülse oder Muffe ist mit einem durchgehenden Mantelschlitz 74
versehen (Fig. q.). Dieser Schlitz läuft in einem gewissen Winkel zur Längsachse.
Der Schlitz hat den Zweck, unterschiedliche Dehnungen oder Zusammenziehungen der
Werkstoffe, aus welchen die Welle einerseits und die Muffe oder Hülse andererseits
bestehen, auszugleichen. Die Welle 28 besteht vorzugsweise aus Kupfer. Die Muffe
oder Hülse 72 hingegen besteht aus einem härteren Werkstoff, beispielsweise Stahl,
um sie hinreichend widerstandsfähig und verschleißfähig zu machen. Da diese beiden
Werkstoffe unterschiedliche Ausdehnungskoeffizienten besitzen, ist es nicht möglich,
die Hülse oder Muffe auf der Kupferwelle festzuziehen. Der Schlitz 74, ermöglicht
es, daß sich die Muffe oder Hülse mehr oder weniger öffnet oder schließt.
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Da die Muffe oder Hülse 72 und die Welle 28 zwischen den Wälzlagern
in einer gewissen Entfernung von dem Gehäuse 25 angeordnet sind, müssen für den
Stromübergang von dem Gehäuse auf die Welle besondere Mittel vorgesehen sein; diese
bestehen aus einer Vielzahl von Segmenten 75, wie in Fig. 3 gezeigt. Diese Segmente
umgeben die Hülse oder Muffe 72 und stehen in zwei zueinander senkrechten Richtungen
unter Druck, nämlich in radialer Richtung nach innen, so daß die Segmente in Kontakt
mit der Hülse oder Muffe 72 gehalten werden, und in axialer Richtung, um die Segmente
mit der Kontaktoberfläche des Teiles 53 in Berührung zu halten. Die Segmente sind
fliegend gelagert, und zwar mit Hilfe von Nadelstiften 76, welche bei 77 in den
Teil 53 eingeschraubt sind, so daß sie sich von der durch den Teil 53 gebildeten
planen Kontaktfläche aus achsparallel zur Welle 28 nach vorn erstrecken. Jedes Segment
weist ein Paar Längsbohrungen 78 auf, mit welchen die Segmente auf den Nadelstiften
sitzen; die Durchmesser der Bohrungen 78 sind wesentlich größer als die Durchmesser
der erwähnten Stifte: Dadurch wird erreicht, daß sich die Segmente jeder Unregelmäßigkeit
der Oberfläche der Muffe oder Hülse angleichen sowie die normale Abnutzung der Teile
und das normale Spiel zwischen den Wälzlagern ausgleichen können.
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Die Segmente bestehen, um einen guten Stromübergang von dem Teil 53
auf die Welle 28 zu erzielen, ganz aus Silber oder, wie im gezeichneten Beispiel,
aus Kupfer mit einem dünnen Silberüberzug auf der inneren Oberfläche, wie bei 8o
angedeutet. Es kann wünschenswert sein, den Silberüberzug mit Schmierrillen, wie
bei 81 angedeutet, auszurüsten. Die Führungsglieder für jedes Segment werden durch
an den Segmenten befestigte Stifte 83 gebildet. Diese Stifte greifen mit ihren äberstehenden
Enden in Einschnitte 84 ein, welche in der Kontaktfläche des Teiles 53 radial verlaufend
angeordnet sind.
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Auf den Nadelstiften 76 sitzen Schraubenfedern 35, welche mit ihren
einen Enden gegen Köpfe 86 dieser Wellen abstützen. Die Schraubenfedern sind an
beiden Enden mit Scheiben 87 versehen; die
Federn dienen dazu, auf
die Segmente einen elastischen Druck in der Achsrichtung gegen die Kontaktfläche
des Teiles 53 auszuüben und dadurch einen guten Stromübergang zwischen den Segmenten
und dieser Kontaktfläche zu gewährleisten. Weitere Schraubenfedern 88, je in eine
Kapsel 9o eingeschlossen, dienen dazu, auf die Segmente einen elastischen Druck
in radialer Richtung auszuüben. Auch diese Federn sitzen auf Schäften 9i, die an
ihren inneren Enden zu Köpfen 92 erweitert sind. Diese Köpfe drücken auf die Segmente,
welche an diesen Stellen plane Druckflächen 93 aufweisen. Durch die Federn 88 werden
somit die Segmente im Sinne der Ausübung eines radialen Kontaktdruckes auf die Muffe
oder Hülse 72 beeinflußt.
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Wie ersichtlich, werden die axial und radial auf die untere Elektrodenscheibe
ausgeübten Drücke durch die Welle 28, welche durch die Wälzlager 62 und 63 geführt
und getragen ist, aufgenommen. Die Segmente 75 erfahren durch diese auf die Scheibe
ausgeübten Drücke keine Reaktionsbeanspruchung; sie werden in jedem Fäll unter Kontaktdruck
sowohl gegenüber dem Gehäuse 25 wie auch gegenüber der mit der Welle 28 vereinigten
Hülse oder Muffe 72 gehalten, dergestalt, daß ein Stromübergangsw eg von hoher Leitfähigkeit
von dem Gehäuse zu der Welle gewährleistet ist, auch dann, wenn die Welle 28 mit
hoher Geschwindigkeit umläuft. Erfindungsgemäß ist die Möglichkeif geschaffen, daß
die Welle 28 mit Geschwindigkeiten über i25 Touren pro Minute dreht und daß` Strom
hoher Intensität wirksam auf die Welle übergeleitet wird, ohne daß, selbst nach
Tausenden von Umdrehungen, eine schädliche Veränderung des Zustandes der Kontaktoberflächen
eintritt. Wie aus Fig.3 ersichtlich, sind die Segmente durch achsparallele Zwischenräume
im Abstand voneinander gehalten; diese Zwischenräume dienen zum Sammeln von Metallteilchen,
die sich während des Betriebs absondern können. Auf diese Weise wird verhindert,
daß Metallteilchen auf der Welle oder den Segmenten haftenbleiben und daß eine übermäßige
Abnutzung eintritt.
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Es ist zweckmäßig, die umlaufende Welle zu kühlen und die Kontaktstücke
in Öl getaucht zu halten. Um die Welle zu kühlen, ist sie mit einer zentralen Ausbohrung
95 versehen. In dieser befindet sich eine Flüssigkeitszuleitung 96. Die Kühlflüssigkeit
wird dem Rohr 96 über einen äußeren Gewindestutzen 97 zugeführt. In dem Abschlußdeckel
55 ist eine Öffnung zum Ableiten der sich dort ansammelnden Flüssigkeit vorgesehen.
Die Öffnung 98 dient zur Abführung der Kühlflüssigkeit, welche sich zwischen den
Dichtungen 68 und 69 sammelt. Ein Ölbehälter loo, der durch einen Deckel ioi verschlossen
wird und mittels eines Teiles log auf den Teil 5o aufgeschraubt ist, sorgt für die
Zuführung von Öl zu den in dem Gehäuse 25 angeordneten beweglichen Teilen. In dem
Behälter ist ein Entlüftungsrohr vorgesehen, weil der Behälter nahezu vollständig
gefüllt gehalten werden muß, um dafür zu sorgen, daß die Bauelemente der erfindungsgemäßen
Kontakteinrichtung vollkommen in Ö1 getaucht werden, beispielsweise in Rizinusöl
oder ein ähnliches Schmiermittel.