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Widerstands-Schweißmaschine für Kondensatorschweißung mit sehr kurzen
und steilen Impulsen Die Erfindung bezieht sich auf eine Widerstands-Schweißmaschine
für Köndensatorschweißung mit sehr kurzen und steilen Impulsen für Doppel- bzw.
Mehrfach-Punkt- oder -Nahtschweißung.
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Beim Impulsschweißen verwendet man bekanntlich Kondensatorentladungen,
die mittels geeigneter Schalter in .die Primärwicklung eines besonders dimensionierten
Impulsschweißtransformators geleitet werden. Sekundärseitig erhält man dabei Stromstöße,
deren Energie vergleichbar mit dem beim üblichen Punktschweißverfahren in der gleichen
Schweißstelle investierten Energiebetrag ist, die aber zeitlich viel kürzer sind
und demzufolge eine weit höhere Stromdichte haben. Beträge von Zoo ooo Amp./cm2
können in der Stromspitze erreicht und überschritten werden. Der zeitliche Verlauf
beim Impulsschweißen liegt in der Praxis meist so, daß der Stromfluß nach einer
Dauer von 2 - 1o-3 bis 2. 1o-2 Sekunden abgeklungen ist. Die bei Fournier-Zerlegung
vorhandenen Frequenzen liegen daher, als Kreisfrequenzen, zwischen 1500 und
x50 s-1. Um die benötigten Stromstärken von Zoo ooo Amp. in vollem Umfange erreichen
zu können, muß man den induktiven Spannungsabfall in den Stromzuleitungen zur Schweißstelle
klein genug halten. Um eine Vorstellung von der benötigten Kleinheit zu geben, sei
die bei einem zulässigen induktiven Spannungsverlust von 5 V und einem Schweißstrom
von Zoo ooo
Amp. bei einer Kreisfrequenz von 500 s-1 errechnet.
Es ist
Induktivitäten von o,= #tH werden aber bereits vor sehr kleinen Leiterschleifen
gebildet. Es sind Anordnungen bekanntgeworden, welche gestatten, so kleinE und kleinere
Induktivitäten zu erzielen und nicht zu überschreiten. So werden z. B. alle Schweißelektroden
und ihre Zu- und Ableitungen auf die eine Seite des Werkstückes gelegt. Andere Vorschläge
zur genannten Zielsetzung gehen dahin, daß die Zu- und Ableitungen der Schweißelektroden
so zu verlegen sind, daß sie ein Minimum des Werkstückes umfassen, und daß somit
die Gesamtinduktivität kleingehalten und ein Minimum an Streufluß erzeugt wird.
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Trotz dieser Vorkehrungen ist das Impulsschweißverfahren bisher eigentlich
nur auf wenige geeignete kleine Werkstücke anwendbar. Nachteilig wirkt sich ferner
aus, daß für verschiedene Schweißprogramme verschiedene Elektrodensätze benutzt
und deshalb bei .Änderung des Programms ausgewechselt werden müssen.
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Gegenstand der Erfindung ist, das Impulsschweißverfahren mit den erforderlichen
kleinsten Induktivitäten auch für größere Werkstücke anwendbar zu machen und den
erwähnten Nachteil dahin zu beheben, daß ein Auswechseln der Elektrodensätze für
verschiedene Schweißprogramme nicht mehr erforderlich ist. Die Anwendung des Impulsschweißverfahrens
für größere Werkstücke wird erfindungsgemäß durch die Kombination folgender an sich
bekannter Maßnahmen erzielt a) Verwendung eines nahezu eisenfreien Transformators
extrem fester Kopplung; b) Anordnung aller Schweißelektroden und ihrer Zu- und Ableitungen
auf der einen Seite des Werkstückes; c) Anordnung und Bemessung der Zu- und Ableitungen
derart, daß sie ein Minimum des Werkstückes umfassen und daß somit die Gesamtinduktivität
kleingehalten und ein Minimum an Streufluß erzeugt wird.
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Zu diesen drei bekannten Maßnahmen tritt noch folgende neue: d) Bemessung
der Induktivität der gesamten Sekundäranordnung einschließlich des Schweißgutes
unterhalb von o,= #tH, indem die Zuleitungen der Schweißelektroden und der gemeinsamen
Gegenelektroden als Flachkupferstreifen von optimal 2 mm Dicke ausgebildet und die
Schweißelektroden bei einem gegenseitigen Abstand von 0,3 bis i mm derart
angeordnet sind, daß die eine Hälfte der Elektrodenspitzen durch Aussparungen des
anderen Elektrodenbandes hindurchragt, während die andere Hälfte der Elektrodenspitzen
auf dem ausgesparten Elek trodenband befestigt ist.
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Um das Auswechseln von Elektrodensätzen bei verschiedenem Programmschweißen
zu vermeiden, werden nach der Erfindung mehrere in verschiedenen Anordnungen gewählte
Elektrodensätze hintereinander auf demselben Bandpaar angebracht, derart, daß in
an sich bekannter Weise durch Wahl der Auflagestelle der rückwärtigen Elektrode
eine verschiedene oder in verschiedenem Abstand liegende Schweißpunktanordnung erzielt
wird.
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Erfindungsgemäß werden nun die Stromleitungen zu den Elektroden als
sehr dicht aufeinander liegende Bänder ausgeführt, die bis unmittelbar zur Schweißstelle
geführt sind. Um die Strombahn des Schweißstromes ebenfalls mit geringstmöglicher
Induktivität auszuführen, besitzt das eine Band Aussparungen, durch die die auf
dem zweiten Band befestigten Elektroden hindurchragen. Auf dem ersten Band liegen
weiterhin ebenfalls direkt Elektroden auf. Das Werkstück - z. B. zwei übereinanderzuschweißende
Bleche - liegt auf allen Elektroden auf und wird rückseitig durch eine Leiterbrücke
angedrückt. Beim Schweißen geht nunmehr der Stromlauf von den Elektroden des einen
Bandes durch das Schweißgut zu den Elektroden des anderen Bandes. Es ist jedoch
darauf zu achten, daß der Schweißstrom auf Grund der Tendenz, die Strombahn auszuweiten,
nicht in der rückseitigen Elektrodenbrücke die Möglichkeit hat, zu vagabundieren.
Um dies zu vermeiden, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, die rückseitige Elektrode
aus so dünnem Kupfer- oder Schweißlegierungsmaterial herzustellen, daß sie nur knapp
dicker als die nach den Formeln des Skineffektes für die verwendete Schweißfrequenz
als Eindringtiefe errechnete Schichtdicke ist. Bei Kupfer kommt man erfahrungsgemäß
mit Blechdicken für die hintere Gegenelektrode von 2 bis ¢ mm aus. Bei sehr großen
und langsamen Maschinen werden jedoch Blechstärken bis etwa 8 mm bevorzugt. Um die
Strombahn extrem klein zu halten, wird die Höhe der Schweißelektroden sehr gering
gehalten, maßstäblich beispielsweise ähnlich, wie in der Fig. 2 dargestellt. Es
zeigt sich, daß bei robusten Strombandleitungen der Strom ebenfalls die Tendenz
hat, nur in den äußersten, gegenseitig abgekehrten Blechschichten zu fließen und
ein möglichst großes, dazwischenliegendes Magnetfeld aufzubauen. Um diesen Verlust
klein zu halten, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, die bandförmige Zuführung aus
Bandmaterial, vorwiegend aus versilbertem Kupferblech, herzustellen, das in seiner
Dicke etwa der für die Impulsfrequenz errechneten Eindringtiefe entspricht. In der
Praxis erweist sich eine Blechstreifenstärke von 1,5 bis 2 mm bei einem gegenseitigen
Abstand der Leiter von 0,3 bis = mm als ausreichend. Die Gegenelektrode wird
mit bekannten Mitteln an das Schweißstück stark angedrückt, zum Auswechseln des
Schweißgutes wird lediglich die Gegenelektrode, die ohne jede äußere Stromzuführung
arbeitet, abgehoben. Dieses stellt naturgemäß einen erheblichen Vorteil dar, da
das Schweißgut selbst flächenmäßig beliebig ausgedehnt sein kann und nur die kleine
Gegenelektrode bewegt zu werden braucht, die bei einer Karosserieschweißung z. B.
von innen gegendrückbar ist. Hilfsweise kann die Schweißung von dein Anpreßdruck
dieser rückwärtigen Hilfselektrode in Abhängigkeit vom Schweißdruck ausgelöst werden,
z. B. durch ein
Kontaktmanometer. Verschiedene Schweißprogramm(
können durch Anbringen verschiedener Elektroden Sätze auf ein und demselben Bandpaar
vorgeseher werden, z. B. hintereinanderliegend eine Zweipunkt und eine Vierpunktschweißung.
In diesen Fäller braucht die rückwärtige Verbindungsschiene nur aul das gewünschte
Elektrodenpaar mit der gewünschter Punktzahl aufgedrückt zu werden, ohne daß sonstige
Umstellungen an der Schweißmaschine notwendig sind, vor allem ohne Bewegung des
meistorts festgelagerten Schweißtransformators mit den Bandzuführungen.
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In der Zeichnung sind Anordnungen für verschiedene Schweißprogramme
dargestellt.
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Fig. i zeigt zunächst die beiden Elektrodenbänder. Das Band 2 besitzt
Aussparungen 3, durch die die Elektroden 4, die auf dem Band i befestigt sind, hindurchragen.
Auf dem Band 2 sind die Elektroden 5 befestigt.
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Fig. 2 zeigt die beiden Elektroden im Schnitt. Als Werkstück sind
zwei übereinanderzuschweißende Bleche 6-6 eingezeichnet, die durch die Leiterbrücke
7 gegen die Elektroden 4 und 5 angedrückt werden. Beim Schweißen geht nunmehr der
Stromlauf von den Elektroden 5 durch das Schweißgut 6 in die Brücke 7 und von da
erneut durch das Schweißgut zu den Elektroden 4. Man erhält somit bei der skizzierten
Schweißung gleichzeitig vier Schweißpunkte 8-8, jede Strombahn erzeugt einen Doppelpunkt.
Naturgemäß kann man diese Unterteilung beliebig fein ausbilden. Man kann sich aber
auch mit nur zwei Schweißpunkten begnügen.
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In Fig.3 sind zwei aufeinanderzuschweißende Drähte in derselben Anordnung
dargestellt. Hier liegen als Schweißgut 6-6 ein Längsdraht und vier Querdrähte vor.
Die Schweißstellen 8 liegen an den Kreuzungspunkten dieser Drähte, 7 ist die Gegenelektrode,
die mit bekannten Mitteln in der Kraftrichtung 9 an das Schweißgut stark angedrückt
wird.
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Fig.4 zeigt schematisch eine Anordnung, wie sie zum Schweißen von
Rohren geeignet ist. In diesem Falle ist es zweckmäßig, sich bei Vorschub des Rohres
gegenseitig überlappende oder ergänzende Schweißpunktanordnungen mit länglicher
Punktform, z. B. 2 - io mm, vorzusehen, so daß sich bei jeder folgenden Schweißung
die Lücken der vorigen schließen und die Anordnung einer lückenlosen Naht ergibt.
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Selbstverständlich ist die in Fig. i und 2 skizzierte Anordnung räumlich
auch so durchführbar, daß das Schweißgut 6-6 die Naht eines in den Schweißelektroden
abgewendeter Richtung gerundeten Rohres darstellt, wobei die Gegenelektrode 7 zweckmäßig
eine Kupferstange ist, die von dem zu schweißenden Rohr umgeben ist. Der Anpreßdruck
wird in diesem Falle durch die Elektroden der Schweißnaht zugeleitet. Der Schweißstrom
durchfließt hierbei zweckmäßig, z. B. von der Elektrode 5 ausgehend, die Rohrwandung
6 mit geringer Stromdichte zum Kern 7 und von diesem durch die Schweißnaht 6-6 nunmehr
mit hoher Stromdichte infolge der räumlichen Einengung zur Elektrode 4, was leicht
durch verschiedene Andrücke und Formgebung der Elektroden 4, 5 zu erreichen ist.
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Diese aufgeführten Beispiele beschränken nicht die Anwendung der Erfindung.
Auf Grund der erfindungsmäßigen Anordnung und Ausbildung der Elektroden wird das
gegenüber den anderen bekannten Schweißverfahren vorteilhafte Impulsverfahren auch
auf Schweißaufgaben anwendbar, die bisher von ihm nicht durchgeführt werden konnten.
Dabei erweist sich die Möglichkeit, mehrere Schweißprogramme mit derselben Elektrodenanordnung
ohne Änderung des Elektrodensatzes durchzuführen, als weiterer Vorteil.