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Verfahren zum Aufschweißen von 'Stiften, Schrauben, Bolzen od. dgl.
auf ein Werkstück mittels Lichtbogen Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren
zum Aufschweißen von Stiften, Bolzen od. dgl. auf ein Werkstück, beispielsweise
auf eine Blechplatte, mittels Lichtbogen, bei dem das Werkstück und der Stift oder
Bolzen in. einem Schweißstromkreis hintereinandergeschaltet werden. Man ist bisher
so vorgegangen, daß man: zu Beginn der Schweißung den Balzen oder Stift in geringem
Abstand von dem Werkstück gehalten hat. Nach Einlegen eines Schalters wurde zwischen
dem Bolzen und der Platte ein kurzdauernder Lichtbogen gezogen und darauf durch
Verschiebung des Bolzens in Richtung zu dem Werkstück das flüssige Ende des Bolzens
mit dem darunterliegenden, durch den Lichtbogen an der Schweißstelle ebenfalls verflüssigten
Plattenmaterial zusammengestaucht. Kurz darauf wurde der Schalter geöffnet und die
Schweißung war beendet. Die zeitliche Aufeinanderfolge der Bewegungs- und Schaltvorgänge
wurde meist selbsttätig durch einen gemeinsamen Antrieb gesteuert.
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Dieses bekannte Verfahren hat den Nachteil, daß der in Luft brennende
Lichtbogen hoher Stromstärke bis iooo A und darüber) die Umgebung empfindlich stört
und einen wirkungsvollen Schutz des Arbeiters gegen die Lichtbogenstrahlen notwendig
macht. Ein weiterer Nachteil dieses Verfahrens ist die Einwirkung des Luftstickstoffes
und Sauerstoffes auf die flüssige Schweißstelle: Es bilden sich in unzulässigen
Mengen Eisenoxyd-und Nitriteinschlüsse, die die Verbbindung sehr spröde machen.
Nachteilig ist ferner der schwierige
Zündvorgang des Lichtbogens.
Der Bolzen muß zunächst mit leichtem Druck auf die Platte aufgesetzt und sofort
wieder abgezogen werden, um den Lichtbogen zu bilden. Der Bewegungsmechanismus muß
sehr kräftig gehalten werden, da bei der notwendigen Stromstärke meist schon nach
wenigen Millisekunden Kurzschluß.dauer der Bolzen mit dem Werkstück teilweise leicht
verschweißt. Diese Verschweißung rnuß zunächst wieder getrennt werden. Der ganze
Schweißapparat muß also sehr kräftig gebaut sein und wird damit teuer und unhandlich.
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Um wenigstens einen Teil der Nachteile zu beheben, hat man schon die
Schweißstelle mit einem keramischen Rohr umgeben, das einerseits den Arbeiter gegen
die Lichtstrahlen, andererseits die Schweißstelle in gewissen Grenzen gegen den
Luftstickstoff und Sauerstoff abschirmt. Man hat weiterhin versucht, die Schweißung
durch Flußmittel zu verbessern, das in eine Bohrung im Bolzen eingepreßt ist. Diese
Vorbereitung der Bolzen macht das Schweißverfahren teuer. Dabei bleiben die Schwierigkeiten
des Zündvorganges bestehen.
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Es ist weiterhin versucht worden, den: Lichtschutz mit einer Zünderleichterung
zu kombinieren, indem man gesinterte Halbleiter in Topfform über das zu verschweißende
Ende des Bolzens schiebt, den Bolzen samt Halbleiter auf die Platte aufsetzt, so
beim Einschalten den Strom schließt und den Lichtbogen über den schmelzenden Halbleiter
bildet. Auch dieses Verfahren ist teuer, da bei jeder Schweißung ein neuer Sinterkörper
verwendet werden muß.
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Durch die Erfindung werden diese Nachteile beseitigt. Erfindungsgemäß
wird der Stift oder Bolzen mit seinem einen Ende bis nahe an das Werkstück, das
in bekannter Weise mit dem Stift oder Bolzen in einem Schweißstromkreis hintereinandergeschaltet
ist, gebracht, mit dem Werkstück durch einen leicht schmelzbaren Körper leitend
verbunden, in dieser Stellung festgehalten und an der Schweißstelle von einem grobkörnigen
Pulver umgeben. Hierauf wird der Stromkreis geschlossen und nach Bildung des Lichtbogens
der Stift oder Bolzen gegen das Werkstück durch Federkraft od. dgl. geschnellt.
Als leicht schmelzbaren Körper kann man eine aus Metallspänen zusammengedrehte Pille
verwenden öder das Ende des Stiftes öder des Bolzens so abstechen, daß eine schlanke
Spitze gebildet wird.
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Die Erfindung soll an Hand der in den Fig. i bis 7 der Zeichnung dargestellten
Ausführungsbeispiele näher erläutert werden.
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In Fig. i ist der Bolzen i durch Zwischenlage einer etwa erbsengroßen
Pille .2 aus zusammengedrehten Metallspänen mit der Eisenplatte 3 in leitende Verbindung
gebracht. Um die Schweißstelle herum ist ein grobkörniges Schweißpulver q. nach
Art der Pulver für Unterpulverschweißung etwa 40 mm hoch aufgeschüttet und zum besseren
Zusammenhalt von einem kurzen Rohrstück 5 aus keramischem Material oder auch aus
Eisen umgeben. Der Bolzen i und das Werkstück 3 sind in einem Schweißstromkreis
6 hintereinandergeschaltet, der von, einer Lichtbogenstromquelle 7 (Gleich-oder
Wechselstrom) gespeist wird. Durch den Schalter 8 kann der Stromkreis geschlossen
und geöffnet werden. Beim Einlegen des Schalters 8 schmilzt und verdampft die Eisenwolle
a in wenigen Millisekunden. Es bildet sich ein Lichtbogen zwischen dem Bolzen i
und der Platte 3. Dieser Lichtbogen wird nach kurzer Zeit, die meist kürzer als
i Sekunde ist, dadurch erstickt, daß der Bolzen durch eine in der Figur nicht dargestellte
Feder nach dem Auslösen einer Klinke od. ä. Sperrvorrichtung zur Platte hin geschnellt
wird. Das flüssige Ende des Bolzens i verbindet sich mit der auf eine gewisse Tiefe
ebenfalls verflüssigten Schweißstelle dere Platte 3 zu einem Körper. Unmittelbar
nach dem Zusammenstauchen von Bolzen und Platte wird .der Schalter 8 geöffnet und
die Schweißung beendet.
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Die Zündung kann auch dadurch erreicht werden, daß man das Ende des
Bolzens i nach Fig. 2 so absticht, daß eine schlanke Spitze 9 stehenbleibt, die
mit dem Werkstück 3 in Berührung gebracht wird, nach dem Einschalten des Stromes
sehr schnell abbrennt und den Lichtbogen bildet.
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Es ist auch möglich, die Zündung durch eines der bekannten, in den
Figuren nicht gezeichneten Hochfrequenzgeräte einzuleiten. In diesem Fall bleibt
zwischen dem Bolzen i und dem Werkstück 3 ein kleiner Luftspalt bestehen.
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In Fig. 3 ist eine Vorrichtung zur Ausübung des Verfahrens dargestellt,
Diese Vorrichtung, die in ihrer Form dem bekannten Preßluftmeißel ähnlich ist, besteht
im wesentlichen aus dem Handgriff I i und dem stabförmigen Führungsstück 12, das
mit seiner einen Stirnseite auf das Werkstück 3 aufsetzbar ist und zwei Augen 14.
und 15 zur Lagerung einer Stoßstange 16 besitzt, die mit einem Einspannstück 17
fest verbunden ist. Das Führungsstück 12 besteht aus zwei durch Zwischenlage einer
Isolationsschicht 13 voneinander isolierten Teilen 18 und i9. An der Stoßstange
16 ist eine Feder 2o angeordnet, die sich einerseits gegen den mit der Stoßstange
fest verbundenen Federteller 21 und andererseits gegen eine Büchse 22 für die Lagerung
und Führung der Stoßstange 16 anlegt. Die Lagerbüchse 22 ist mit einem Außengewinde
versehen, das mit einem entsprechenden Gewinde des Auges 14 zusammenarbeitet. Durch
Verdrehen der Lagerbüchse 22 kann die Vorspannung der Feder 20 eingestellt werden.
Das obere Ende der Stoßstange ist mit einer Nase 23 versehen, in die eine auf demverschiebbargelagerten
Verriegelungsgestänge 2q. befestigte Klinke 25 eingreift. Das Verriegelungsgestänge
ist an dem einen Arm eines am Handgriff i i drehbar gelagerten zweiarmigen Hebels
26 angelenkt. Gegen den anderen, Arm des Hebels 26 drückt eine im Handgriff i I
befestigte Feder 27. Mittels eines auf dem Verriegelungsgestänge 24 angeordneten
Stellringes 28 kann die Tiefe des Eingriffes der Klinke 25 begrenzt werden. An dem
Einspannstück 17 ist der anzuschweißende Balzen i befestigt; seine Lage ist
durch
einen verstellbaren Anschlag 30 bestimmt. Ani das Einspannstück ist das Kabel
31 angeschlossen. Das untere Ende des Stiftes i ist von einem Rohrstück 32 aus keramischem
Material, angefüllt mit dem Schweißpulver 4, umgeben, das an dem unteren Teil i9
des Führungsstückes 12 befestigt ist. Die Verdrehung der Stoßstange 16 ist durch
einen Keil 33 verhindert. Durch einen Knauf 34 kann die Stoßstange 16 in axialer
Richtung verschoben und die Feder 20 gespannt werden. Das Führungsstück 12 kann
wenigstens teilweise auch rohrförmig ausgebildet sein.
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Das Gerät arbeitet folgendermaßen,: Nach dem Einsetzen des Bolzens
i in das Einspannstück 17 wird die Feder 16 durch Druck auf den Handgriff i i und
Hochziehen der Stoßstange 16 mittels des Knaufs 34 gespannt. Das Gerät wird auf
die Schweißstelle aufgesetzt und, falls der Bolzen i nicht zu einer schlanken Spitze
abgestochen ist, eine aus Metallspänen zusammengedrehte Pille zwischen den Bolzen
und das Werkstück 3 ein,-gelegt. Hierauf wird das grobkörnige Schweißpulver 4 in
das Rohrstück 32 eingeschüttet und der nicht dargestellte Schalter, der als Fußkontakt
ausgebildet sein kann, geschlossen. Kurze Zeit nach Zündung des Lichtbogens wird
durch Betätigung des Hebels 26 am Handgriff i i die Klinke 25 ausgelöst und dadurch
die Stoßstange 16 und der Stift i in das an der Oberfläche des Werkstückes 3 an
der Schweißstelle gebildete Schmelzbad geschnellt. Sofort nach dem Zusammenstauchen
des Bolzens i mit dem Werkstück 3 wird der Schalter geöffnet, die Bolzenklemmung
gelöst und das Werkstück abgehoben.
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Um von der Sorgfalt des Arbeiters bei der Bedienung des Werkzeuges
unabhängig zu sein, kann der Vorgang ganz oder teilweise durch Relais gesteuert
werden. Der Griff kann in diesem Falle, wie in Fig.4 dargestellt, ausgeführt werden.
Der Hebel 26 am Handgriff i i arbeitet mit einem Schalter 36 zusammen, der in einem
Stromkreis mit der Erregerwicklung 37 einer elektromagnetischen Auslösevorrichtung
38 liegt. Durch diese elektromagnetische Auslösevorrichtung wird bei Betätigung
des Hebels 26 die Klinke 39 zurückgezogen und damit die Stoßstange 16 freigegeben.
Die vollautomatische Arbeitsweise des Werkzeuges kann mittels einer Schaltung nach
Fig. 5 erreicht werden. An dem Schalter 36 sind drei parallel geschaltete Steuerstromkreise
angeschlossen, von denen sich der erste über die Erregerwicklung 37 der elektromagnetischen
Auslösevorrichtung und die in Ruhestellung offenen Kontakte 35 eines Verzögerungsrelais
40, der zweite über die Erregerwicklung 41 eines als Schütz ausgebildeten Hauptschalters
42 für die Einschaltung des Schweißstromes und über die in der Ruhestellung geschlossenen
Kontakte 43 eines weiteren Verzögerungsrelais 44 und der dritte über die Erregerwicklung
45 des ersten Verzögerungsrelais 40 schließt. Die Erregerwicklung 46 des zweiten
Verzögerungsrelais 44 liegt im Stromkreis mit den Kontakten 35 des ersten Verzögerungsrelais
40. i ist der Bolzen, der auf das Werkstück 3 aufgeschweißt werden soll.
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Diese automatische Schalteinrichtung arbeitet folgendermaßen: Wird
zur Einleitung des Schweißvorganges der Schalter 36 geschlossen, dann wird die Spule
4i des als Schütz ausgebildeten Hauptschalters 42 erregt und der Hauptschalter 42
geschlossen. Gleichzeitig wird die Spule 45 des Verzögerungsrelais 4o erregt. Nach
einer festgelegten Zeit schließen zunächst die Kontakte 35 des Relais 40, die Erregerwicklung
37 der elektromagnetischen Auslösevorrichtung 38 wird erregt, die Klinke 39 ausgelöst
und der Bolzen i in das Schmelzbad geschnellt. Durch Schließung der Kontakte 35
des Verzögerungsrelais 40 wird auch die Spule 46 des Verzögerungsrelais 44 erregt,
und die Kontakte 43 werden nach kurzer Zeit geöffnet. Damit wird der Spulenstromkreis
des Hauptschützes 42 unterbrochen. Das Schütz 41 fällt ab, und seine Kontakte unterbrechen
den Schweißstromkreis. Die Schweißung ist beendet, und es ist wiederum nur mehr
nötig, die Bolzenklemmung zu lösen und das Schweißwerkzeug abzuheben. Da die beiden
Zeitrelais 40 und 44 die vorgegebenen Zeiten genau einhalten, sind gleichbleibend
gute Schweißungen gewährleistet.
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Um das Verfahren auch für Schweißung an senkrecht angeordneten Werkstücken
anwenden zu können, muß entsprechend Fig. 6 der Pulverbehälter 48 auf der Seite
der Bolzeneinführung mit einem auswechselbaren Keramik- oder Metallboden 47 versehen
werden und an der nach oben gerichteten Seite offen sein. Der Boden hat eine entsprechende
Bohrung 49 für die Durchführung des Bolzens. Um das Abfließen der feineren Pulverteile
zu verhindern, kann der Boden noch mit einer Dichtung 5o aus Filz od. ä. weichen
Material versehen sein. Für das Überkopfsehweißen wird der wie in Fig. i bzw. 3
ausgeführte Pulverbehälter 51 ebenfalls auf der Seite der Bolzeneinführung mit einem
auswechselbaren Keramik- oder Metallboden 52 und einer Dichtung 53 versehen (s.
Fig. 7).
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Zur Erleichterung des Arbeitens an der senkrechten Wand und bei Überkopfschweißung
ist es für manche Zwecke vorteilhaft, das untere Führungsteil i9, mit dem sich das
Werkzeug an dem Werkstück abstützt, mit zwei oder drei Stützfüßen zu versehen, damit
das Werkzeug einen festen Stand erhält. Die Standfestigkeit des Werkzeuges kann
noch weiter erhöht werden, wenn die Füße an ihren Auflageflächen Permanent- oder
Elektromagnete tragen, durch welche das Werkzeug an dem Werkstück festgehalten wird.
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Die Erfindung bietet folgende Vorteile: Da bei dem neuen Schweißverfahren
zur Abdeckung des Lichtbogens billiges Silikatpulver verwendet wird, von dem jeweils
nur ein kleiner Teil geschmolzen wird und der größere Teil wieder verwendet werden
kann, können die Kosten gegenüber den bekannten Schweißverfahren beachtlich gesenkt
werden. Die erzielte Schweißverbindung ist sehr zäh, da sie unter fast völligem
Luftabschluß erfolgt. Da der Bolzen oder Stift sich nur in einer
Richtung
bewegt, kann das Werkzeug zur Ausübung des Verfahrens sehr einfach und leicht gebaut
werden, so daß die Anschaffungskosten gering sind.